KAJIAN STUDY PERBANDINGAN PERFORMANSI MESIN OTTO SATU SILINDER MENGGUNAKAN ALAT CATALYTIC CONVERTER DENGAN BAHAN BAKAR PERTAMAX DAN CAMPURAN PERTAMAX-SERBUK KAPUR BARUS Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DisusunOleh : RIZKI NUDDIN NASUTION (110401005)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
1 Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Pengujian secara langsung adalah cara paling efektif untuk mengetahui performa sebuah mesin, dalam hal ini mesin otto empat langkah berkapasitas 125 cc diuji dengan menggunakan variasi campuran bahan bakar pertamax murni dengan campuran pertamax-kapur barus, dengan jumlah K 1 gr, K 1,5 gr dan campuran K 2 gr , serta dengan manambahkan alat katalitik converter pada knalpot. Pengujian ini dilakukan untuk memperoleh perbandingan nilai kalor bahan bakar, performansi mesin, AFR serta emisi gas buang. Dari hasil pengujian dapat diperoleh nilai kalor bahan bakar atas (HHV) meningkat hingga mencapai nilai 11,87 %, untuk nilai kalor bahan bakar bawah (LHV) meningkat hingga 17,18 %, performansi mesin dengan bahan bakar pertamax dan campuran pertamax-kapur barus dengan menambahkan alat katalitik konverter pada knalpot dapat diperoleh torsi meningkat mencapai 7,82 %, daya meningkat hingga 6,93 %, konsumsi bahan bakar spesifik menurun sebesar 16,76 %, rasio udara bahan bakar meningkat hingga 2,64 %, efisiensi termal menurun hingga 4,82 %, kadar karbon menurun 23, 95%, kadar karbon dioksida menurun 25,18 %,kadar sisa hidro carbon meningkat 82,91 %, kadar sisa oksigen meningkat 6,68 % untuk campuran K 1 gr. Untuk campuran K 1,5 gr dapat diperoleh, HHV meningkat 14, 79 %, LHV meningkat 21,40 %, torsi meningkat hingga 12,17 %, daya meningkat 10,54 % , SFC menurun hingga 28,06 %, rasio udara bahan bakar meningkat 1,69 %, efisiensi termal meningkat 5,51 %, kadar karbon menurun hingga 11,97 %, kadar karbon dioksida menurun hingga 7,03 %, kadar sisa hidro karbon meningkat 50,42 %, kadar sisa oksigen menurun 0,81 %. Untuk campuran K 2 gr dapat diperoleh HHV meningkat 19,70 %, LHV meningkat hingga 28,30 %, torsi meningkat hingga 9,56 %, daya meningkat 5,50 %, SFC menurun hingga 17,16%, rasio udara bahan bakar menurun 4,14 %, efisiensi termal menurun hingga 4,36 %, kadar karbon menurun hingga 9,19 %, kadar karbon dioksida menurun 11,00 %, kadar sisa hidro karbon meningkat 88,22 %, dan kadar sisa oksigen menurun hingga 0,50%. Kata kunci: Mesin Otto 4 langkah, pertamax, katalitik konverter , kapur barus
2 Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT Testing directly is the best effective way to determine the performance of a machine, in this case the machine otto four-stroke 125 cc capacity was tested by using a variation of the fuel mixture pertamax pure with a mixture pertamaxcamphor, with the number of K 1 g, K 1, 5 g and 2 g of a mixture of K, as well as by adding catalytic converters in the exhaust apparatus. This testing is done to obtain a comparison of calorific value of fuel, engine performance, AFR and exhaust gas emissions. From the test results can be obtained calorific value of fuel on (HHV) increased to reach a value of 11.87%, for the lower calorific value of fuel (LHV) increased to 17.18%, the performance of the engine with the fuel mixture pertamax, pertamax and- mothballs by adding a catalytic converter in the exhaust may be obtained torque increased to 7.82%, power increased to 6.93%, specific fuel consumption decreased by 16.76%, fuel air ratio increased to 2.64%, efficiency thermal decreased to 4.82%, the carbon content decreased 23, 95%, carbon dioxide levels decreased 25.18%, the rest of the hydro carbon levels increased 82.91%, increased levels of residual oxygen to a mixture of 6.68% K 1 gr. To a mixture of 1.5 g K can be obtained, HHV increased 14, 79%, LHV increased 21.40%, torque increased to 12.17%, power increased 10.54%, SFC decreased to 28.06%, the ratio of air material fuel increased 1.69%, thermal efficiency increased by 5.51%, the carbon content decreased to 11.97%, carbon dioxide levels decreased to 7.03%, residual hydrocarbon content increased 50.42%, residual oxygen levels decreased 0, 81%. To a mixture of K 2 g can be obtained HHV increased by 19.70%, LHV increased to 28.30%, torque increased to 9.56%, power increased 5.50%, SFC decreased to 17.16%, the ratio of air to fuel decreases 4.14%, thermal efficiency decreases to 4.36%, the carbon content decreased to 9.19%, carbon dioxide levels decreased 11.00%, residual hydrocarbon content increased 88.22%, and the residual oxygen content decreases to 0, 50%. Keywords: Otto 4 stroke engine, pertamax , catalytic converters, camphor
3 Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT atas segala karunia, kesehatan dan rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi ini adalah“Study Eksperimental Performansi Mesin erkapasitas 125 CC Dengan Bahan Bakar Pertamax dan Campuran Pertamax-serbuk kapur Barus”. Selama penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada: 1. Kedua orang tua tercinta, Ibunda Masnilon Batubara dan Ayahanda Hamidan Nasution yang telah memberikan segala dukungan tak terhingga baik dukungan moril dan materil. 2. BapakIr. MulfiHazwi, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan. 3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen Ketua Jurusan Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara 4. Abangda Wahid Habib Sialoho S.T, Umri Nahdi Siregar S.T dan Rayhan Risyad Siregar S.T, senior 2009, 2010, yang telah banyak membagikan ilmunya kepada penulis. 5. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin.
4 Universitas Sumatera Utara
6. Saudari Hamidah Permata Sari beserta keluaraga yang selalu memberikan dukungan,
doa, semangat, dan motivasinya hingga skripsi ini bisa
terselesaiakan. 7. Kepada teman-teman Rinaldi Simanjuntak, Ilham Aulia, Fahmi anshari, Kintawar Miko, Lingga Rahmad Nst, mahasiswa Teknik Mesin USU khususnya untuk stambuk 2011, yang telah banyak memberikan dukungan dan sharing dalam penyelesaian skripsi ini. 8. Kakak dan adikku tercinta Doriyani Nasution S.pd, Ainul Mardiah Nasution dan M. Rasyid Alridho Nasution yang terus mendukung dan memberikan motivasi hingga skripsi ini selesai. Penulis menyadari bahwa skripsi ini belum sempurna, baik dari segi teknik maupun dari segi materi. Oleh sebab itu, demi penyempurnaan skripsi ini kritik dan saran sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap agar laporan ini bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan penulis sendiri pada khususnya.
Medan, 25 Agustus 2016 Penulis,
Rizki Nuddin Nst NIM : 110401005
5 Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI Halaman ABSTRK.............................................................................................................i ABSTRACT.......................................................................................................ii KATA PENGANTAR .......................................................................................iii DAFTAR ISI
..................................................................................................v
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................viii DAFTAR TABEL .............................................................................................x DAFTAR NOTASI ...........................................................................................xii
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ................................................................................1 1.2 Perumusan Masalah ........................................................................3 1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................3 1.4 Manfaat Penelitian ..........................................................................3 1.5 Batasan Masalah .............................................................................3 1.6 Sistematika Penulisan .....................................................................4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Motor Bakar ....................................................................................6 2.2 Prinsip Kerja Motor Bakar Empat langkah .....................................7 2.3 Performansi Motor Bakar Empat langkah ......................................9 2.3.1 Torsi (Torque) .......................................................................10 2.3.2 Daya (Power) ........................................................................11 2.3.3 Konsumsi Bahan bakar Spesifik (SFC) ................................12 2.3.4 Rasio Udara Bahan Bakar ( Air Fuel ratio) ..........................13 2.3.5 Efisiensi Termal (Thermal Efficiency) ..................................14 2.4 Nilai Bahan Kalor ...........................................................................15 6 Universitas Sumatera Utara
2.5 Pertamax .........................................................................................16 2.6 Zat Aditif.........................................................................................18 2.6.1 Jenis Jenis Zat Aditif .............................................................18 2.6.2 Manfaat Zat Aditif Pada Fungsi Sistem Pelumasan..............19 2.6.3 Manfaat zat Aditif Pada Fungsi Sistem Distribusi Bahan Bakar dan Sistem Pembakaran ..............................................19 2.6.4 Manfaat Aditif Pada Fungsi Bahan Bakar ............................20 2.6.5 Zat Aditif Secara Umum .......................................................20 2.7 Kapur Barus ....................................................................................21 2.7.1 Sejarah Kapur Barus .............................................................22 2.7.2 Sumber Kapur Barus .............................................................22 2.7.3 Kapur Barus Sebagai Zat Aditif Untuk meningkatkan Angka Oktan .........................................................................23 2.8 Katalitik Konverter .........................................................................24 2.8.1 Konstruksi Katalitik Konverter .............................................24 2.8.2 Tipe-Tipe Katalitik Konverter ..............................................25 2.8.3 Efek Pada Lingkungan ..........................................................26 2.8.4 Fungsi Lain Katalitik Konverter ...........................................28 2.8.4.1 Sound Absorption Muffler/Silencer..........................29 2.8.4.2 Sound Cancelation Muffler/Silencer.........................30
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .........................................................32 3.2 Alat dan Bahan Penelitian ...............................................................34 3.2.1 Alat Penelitian.......................................................................34 3.2.2 Bahan Penelitian ...................................................................39 3.3 Metode Penelitian ...........................................................................40 3.4 Metode Pengolahan Data ................................................................41 3.5 Pengamatan dan tahap Ujian ...........................................................41 3.6 Prosedur Pengujian Konsumsi Bahan Bakar ..................................43 3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin ..........................................43 3.8 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ...............................44 3.9 Prosedur Penelitian AFR dan Emisi Gas Buang .............................46 7 Universitas Sumatera Utara
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ................................................47 4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar ..............................................50 4.2.1 Torsi ......................................................................................52 4.2.2 Daya ......................................................................................55 4.2.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ................................57 4.2.4 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) .........................................59 4.2.5 Efisiensi Termal ....................................................................61 4.3 Pengujian Emisi Gas Buang ...........................................................63 4.3.1 Kadar Karbon Monoksida (CO) Dalam Gas Buang .............63 4.3.2 Kadar Karbon Dioksida (CO2) Dalam Gas Buang ...............64 4.3.3 Kadar Sisa Hidro Carbon (HC) Dalam Gas Buang ..............65 4.3.4 Kadar Sisa Oksigen (O2) Dalam Gas Buang ........................66 4.4 Hasil Pengujian ...............................................................................67 4.5 Perbandingan hasil pengujian .........................................................69 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan .....................................................................................72 5.2 Saran ..............................................................................................72
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................xii
8 Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1
Perkembangan spesifikasi bensin di Indonesia ............................ 17
Tabel 4.1
Data hasil massa bahan bakar (M) dan temperatur air (T) pada Bom kalorimeter........................................................................... 47
Tabel 4.2
Data hasil pengujian dan perhitungan HHV dan LHV ................ 48
Tabel 4.3
Nilai Rata-Rata Pengujian Massa Tarik Timbangan Pegasdan Konsumsi 40 ml bahanbakar ........................................................ 50
Tabel 4.4
torsi (Nm) vs putaran mesin (rpm) ............................................... 53
Tabel 4.5
Daya (Watt) vs putaran mesin (rpm) ............................................ 55
Tabel 4.6
Data massa jenis bahan bakar ....................................................... 57
Tabel 4.7
Data hasil perhitungan laju aliran bahan bakar (ṁf) dan Konsumsi bakar spesifik (Sfc) ...................................................... 58
Tabel 4.8
Perbandingan udara bahan bakar (Air Fuel Ratio) ....................... 59
Tabel 4.9
Data hasil perhitungan Efisiensi Termal ...................................... 61
Tabel 4.10
Kadar Carbon Monoksida (CO) ................................................... 63
Tabel 4.11
Kadar Carbon Dioksida (CO2) dalam gas buang .......................... 64
Tabel 4.12
Kadar SisaHidro Carbon (HC) dalam gas buang.......................... 65
Tabel 4.13
Kadar SisaOksigen (O2) Dalam Gas Buang ................................. 66
Tabel 4.14
Hasil Pengujian rata-rata nilai kalor bahan bakar..........................68
Tabel 4.15
Hasil pengujian rata-rata unjuk kerja motor bakar........................68 9 Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.16
Hasil pengujian rata-rata emisi gas buang....................................69
Tabel 4.17
Perbandingan nilai kalor bahan bakar...........................................70
Tabel 4.18
Perbandingan performansi bahan bakar.........................................70
Tabel 4.19
Perbandingan emisi gas buang bahan bakar...................................71
10 Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Halaman Diagram P-v siklus otto.................................................................7
Gambar 2.2
Diagram T-S Siklus otto ..............................................................8
Gambar 2.3
prinsip kerja motor 4 (empat) langkah ........................................9
Gambar 2.4
Pohon Kapur ................................................................................23
Gambar 2.5
Katalitik Konverter ......................................................................27
Gambar 2.6
Sound Absorptio ..........................................................................29
Gambar 2.7
Sound cancelation Muffler ..........................................................30
Gambar 2.8
Kombinasi Absorption dan Cancelation .....................................30
Gambar 2.9
Skema Pereduksian Kebisingan ..................................................31
Gambar 3.1
Pengujian nilai kalor bahan bakar ...............................................32
Gambar 3.2
Pengujian konsumsi bahan bakar ................................................32
Gambar 3.3
Pengujian torsi .............................................................................33
Gambar 3.4
Pengujian Emisi Gas Buang ........................................................33
Gambar 3.5
Bom Kalorometer ........................................................................34
Gambar 3.6
Sepeda motor ..............................................................................34
Gambar 3.7
Tachometer .................................................................................35
Gambar 3.8
Tools ............................................................................................36
Gambar 3.9
Timbangan Digital .......................................................................36
Gambar 3.10 Timbangan Pegas.........................................................................37 Gambar 3.11 Stopwatch ....................................................................................37 Gambar 3.12 Tali Tambang...............................................................................38 Gambar 3.13 Tabung Ukur ................................................................................38 Gambar 3.14 Selang bahan bakar .....................................................................39 Gambar 3.15 Katalitik Konverter ......................................................................39 Gambar 3.16 Pertamax 92 .................................................................................40 Gambar 3.17 Kapur barus .................................................................................40 Gambar 3.18 Diagram alir penelitian ................................................................42 Gambar 4.1
Grafik Perbandingan Nilai Kalor Atas Bahan Bakar (HHV) ......49
Gambar 4.2
Grafik Perbandingan Nilai Kalor Bawah Bahan Bakar (LHV) ...49
Gambar 4.3
Grafik Massa Tarik Timbang Pegas (Kg) Vs Putaran Mesin (RPM) ..........................................................................................51 11 Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.4
Grafik Waktu Konsumsi 10 ml Bahan Bakar vs Putaran Mesin (rpm)) ................................................................................51
Gambar 4.5
Grafik torsi (Nm) vs putaran mesin (rpm) ...................................54
Gambar 4.6
grafik daya (Watt) vs putaran mesin (rpm) .................................56
Gambar 4.7
Grafik Sfc (gr/kWh) vs putaran mesin (rpm) ..............................59
Gambar 4.8
Ratio Perbandingan Udara Bahan Bakar(Air Fuel Ratio) ...........60
Gambar 4.9
Grafik Efisiensi Termal ...............................................................62
Gambar 4.10 Grafik Kadar Carbon Monoksida (CO %)...................................64 Gambar 4.11 Kadar Karbon Dioksida (CO2)....................................................65 Gambar 4.12 Kadar Hidro Karbon (PPM) ........................................................66 Gambar 4.13 Kadar Sisa Oksigen (O2) Dalam Gas Buang ...............................67
12 Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Lambang
Keterangan
Satuan
Laju massa udara dalam silinder
Kg/jam
Laju aliran bahan bakar
Kg/jam
AFR
Rasio campuran bahan bakar dan udara
B
Diameter silinder
mm
CV
NilaiKalor
Kj/Kg
F
Gaya
N
G
Gaya gravitasi
m/s2
HHV
Nilai kaloratas
Kj/Kg
LHV
Nilai kalor bawah
Kj/Kg
ma
massa aliran udara per siklus
Kg/cyc-cyc n
putaran
rpm
nv
Efisiensi Volumetris
PB
Daya
W
Pi
Tekanan udara masuk ruang bakar
kpa
rc
Rasio kompresi
S
Panjang langkah
Sfc
Konsumsi bahan bakars pesifik
mm
g/W.jam t
waktu
jam
T
Torsi
N.m
Ti
Temperatur udara masuk ruang bakar
K
Vc
Volume sisa
m3
Vd
Volume langkah
m3
ηb
Efisiensi thermal brake
13 Universitas Sumatera Utara
