KAJIAN EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN PERFORMANSI MESIN SEPEDA MOTOR BERKAPASITAS 125 CC MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR PERTAMAX DENGAN LPG
Skripsi yang diajukan untuk melengkapi Syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh:
AMANDA JULIAN PRANATA NIM :110401027
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Abstrak Statistik penggunaan bahan bakar minyak yang sudah tidak lazim di Indonesia, sungguh sangat mengkhawatirkan dalam kemandirian energi yang akan datang. Konsumsi energi pada sektor transportasi menduduki peringkat pertama di Indonesia. Untuk mengurangi konsumsi energi berbasis bahan bakar minyak, maka diperlukan langkah pemanfaatan sumber energi dari jenis bahan bakar gas LPG (Liquid Petroleum gas). Namun demikian, peralihan ke bahan bakar gas ini membutuhkan konverter kit agar bisa digunakan pada mesin jenis otto pada sepeda motor. Prinsip konverter kit pada umumnya adalah menurunkan tekanan dan menyediakan kebutuhan bahan bakar pada saat mesin dalam putaran idle maupun putaran stasioner. Pada penelitian ini, penggunaan bahan bakar gas diuji pada sepeda motor Honda Kharisma dengan kapasitas mesin 125 cc untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan dari pemakaian bahan bakar gas di kendaraan. Sebagai perbandingan, data yang diteliti dibandingkan dengan bahan bakar pertamax untuk mengetahui perbedaan yang mendasar dari penggunaan masing-masing bahan bakar tersebut pada saat diuji di sepeda motor yang sama. Dari hasil pengujian konsumsi bahan bakar spesifik (SFC), mesin berbahan bakar gas memiliki SFC terendah mesin pada 4000 rpm yaitu sebesar 159,16 gr/kWh. Sedangkan SFC tertinggi mesin terjadi pada pengujian bahan bakar pertamax pada putaran 2000 rpm yaitu sebesar 452,48 gr/kWh. Pemakaian bahan bakar gas mengalami penurunan torsi dan daya. Akan tetapi, Emisi gas buang pemakaian bahan bakar LPG sangat baik yaitu sebesar 1.51 % pada putaran mesin 2000 rpm. Kata kunci : LPG, Pertamax, Performasi, Mesin otto, Konverter kit.
i Universitas Sumatera Utara
Abstract Statistics on the use of the fuel oil that are not uncommon in Indonesia, it is very worrying in the coming energy independence. The energy consumption in the transportation sector was ranked first in Indonesia. To reduce the energy consumption of oil-based fuel, then the necessary of steps of utilization sources energy of types of fuel gas LPG (Liquid Petroleum gas). However, the transition to fuel gas requires a converter kit that can be used on a machine type otto on a motorcycle. The principles of converter kit in general are reducing the pressure and provide for the needs of fuel during the machine in idle and stationer round. In this study, the use of fuel gas in tested on a motorcycle “Honda Kharisma” with 125 cc engine capacity to know the advantages and disadvantages of the use of fuel gas in the vehicle. As comparison, the Data were examined in compare with the fuel of Pertamax to know the fundamental difference from the use of each of these fuels when tested in the same motorcycle. Based on the results of the testing of fuel consumption (SFC), LPG gas-fuelled engines has SFC of the lowest machine on the 4000 rpm is equal to 159.16 grams/kWh. Whereas, SFC of the highest engine going on testing of fuels Pertamax on round 2000 rpm in the amount 452.48 grams/kWh. The use of fuel gas consumption decrease torque and power. But, an emission of LPG fuel consumption is excellent amounting 1.51% on machine speed 2000 rpm. Keywords: Liquefied Petroleum Gas (LPG), Pertamax, Performance, otto machine, converter kit
ii Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala karunia 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 “ Kajian eksperimental perbandingan performansi mesin sepeda motor berkapasitas 125 cc menggunakan bahan bakar Pertamax dengan LPG”. Selama penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terimakasih kepada: 1.
Kedua orang tua tercinta, Ayahanda Amir AR dan Ibunda Nurmala, yang telah memberikan dukungan yang tak terhingga baik moril maupun materil.
2.
Bapak Ir. Abdul Halim Nasution,M.Sc selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan.
3.
Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
5.
Saudara-saudara tersayang, Nenek warsinah , ine, alwi, lala, dila dan wak usman untuk doa-doa, dukungan semangat
dan motivasi
dalam
menyelesaikan skripsi ini. 6.
Saudara
Rizaldi,
Fahmi
anshari,
Lingga
Rahmad,
Budi,
Tama,Teguh,Syugito,Erwin, Hafis dan teman-teman mahasiswa Teknik Mesin USU khususnya untuk stambuk 2011, yang telah banyak memberikan dukungan dan saling berbagi ilmu pengetahuan dalam menyelesaikan skripsi ini.
iii Universitas Sumatera Utara
7.
Kepada Ka.Lab, Laporan, Asisten Teknologi mekanik yang banyak membantu penulis dalam penyediaan fasilitas penelitian.
8.
Teman-teman HMI Komisariat FT USU atas dukungan dan semangat perjuangan yang telah diberikan. Penulis menyadari bahwa skripsi ini belum sempurna, baik dari segi teknik
maupu 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,
Maret 2016
Penulis,
Amanda Julian Pranata NIM :110401027
iv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK............................................................................................................ i KATA PENGANTAR ............................................................................................. iii DAFTAR ISI ......................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. ix DAFTAR TABEL ................................................................................................... xii DAFTAR NOTASI ................................................................................................. xiv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .......................................................................................... 1 1.2 Tujuan Penelitian ..................................................................................... 3 1.3 Batasan masalah ...................................................................................... 4 1.4 Metodologi Penulisan .............................................................................. 4 1.5 Sistematika penulisan .............................................................................. 5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mesin Pembakaran dalam........................................................................ 6 2.1.1 Mesin Otto (mesin pembakaran dalam jenis spark Ignition / SIE) .................................................................................... 6 2.1.2 Mesin Diesel (mesin pembakaran dalam jenis compression ignition/CIE)
11
2.1.3 Mesin Wankel ..................................................................................... 15
2.2 Tinjauan terhadap unjuk kerja motor bensin .......................................... 17 2.2.1 Torsi dan daya .................................................................................. 17 2.2.2 Konsumsi bahan bakar Spesifik (specific Fuel Consumption, Sfc) ............................................................................ 17
v Universitas Sumatera Utara
2.2.3 Perbandingan udara Bahan bakar (AFR) .......................................... 18 2.2.4 Effisiensi thermal brake ................................................................... 19
2.3 Bahan Bakar ............................................................................................. 19 2.3.1 ELPIJI ................................................................................................ 19 2.3.1.1 Sifat ELPIJI .............................................................................. 20 2.3.1.2 Bahaya ELPIJI........................................................................ 20 2.3.1.3 Harga ELPIJI ......................................................................... 21 2.3.2 Pertamax .......................................................................................... 21 2.3.2.1 Sifat Pertamax ..................................................................... 22 2.3.2.2 Keunggulan Pertamax ......................................................... 23 2.3.2.3 Harga Pertamax ................................................................... 23 2.4 Konverter KIT............................................................................................ 24 2.4 Emisi gas buang ........................................................................................ 25
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat................................................................................... 27 3.2 Alat dan Bahan ......................................................................................... 28 3.2.1 Alat ................................................................................................... 28 3.2.2 Bahan.... 33 3.3 Perakitan Sistem Konverter kit................................................................. 34 3.2.1 Alat ................................................................................................... 35 3.2.2 Bahan.... 35 3.2.2 Proses perakitan.... ......................................................................... 35 3.4 Metode pengumpulan data ..................................................................... 39
vi Universitas Sumatera Utara
3.5 Metode pengolahan data ........................................................................ 40 3.6 Pengamatan dan tahap pengujian ........................................................... 40 3.7 Prosedur Pengujian performa mesin ....................................................... 40 3.8 Prosedur Pengujian Emisi gas buang ....................................................... 43 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data hasil penelitian................................................................................. 46 4.1.1 Hasil pengujian menggunakan Bahan Bakar Pertamax ................... 46 4.1.2 Hasil pengujian menggunakan Bahan Bakar ELPIJI .......................... 47 4.2 Pengujian Performansi Mesin ................................................................. 48 4.2.1 Final ratio ......................................................................................... 48 4.2.2 Torsi ................................................................................................. 49 4.2.3 Daya ................................................................................................. 53 4.2.4 Konsumsi Bahan bakar Specifik (SFC) ............................................. 55 4.2.5 Efisiensi Thermal Brake................................................................... 58 4.2.6 Rasio udara-bahan bakar (AFR) ...................................................... 60 4.2.7 Emisi gas buang .............................................................................. 61 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 64 5.2 Saran ...................................................................................................... 65 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. xv LAMPIRAN
............................................................................................. xvii
vii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Statistik Energi total Indonesia .............................................................. 1
Gambar 1.2
Konsumsi BBM berdasarkan sektor ...................................................... 2
Gambar 2.1
A. Nikolaus Otto .................................................................................... 7
Gambar 2.2
Diagram p-v dan t-s otto Ideal ............................................................... 8
Gambar 2.3
Diagram p-v dan t-s otto actual ............................................................. 8
Gambar 2.4
Siklus empat langkah ............................................................................. 10
Gambar 2.5
Siklus dua langkah ................................................................................. 11
Gambar 2.6
Produk mesin ......................................................................................... 12
Gambar 2.7
Diagram p-v dan t-s otto ....................................................................... 12
Gambar 2.8
Siklus kerja mesin diesel 4 langkah ....................................................... 14
Gambar 2.9
Siklus kerja mesin diesel 2 langkah ....................................................... 15
Gambar 2.10
Mesin wankel ......................................................................................... 15
Gambar 2.11
Gas LPG 3 kg ........................................................................................ 19
Gambar 2.12
Pembelian Elpiji di SPBU ..................................................................... 21
Gambar 2.13
Pertamax ................................................................................................ 22
Gambar 2.14
Harga Pertamax ..................................................................................... 24
Gambar 2.15
Polusi gas buang kendaraan ................................................................... 27
Gambar 3.1
Pengujian konsumsi bahan bakar .......................................................... 28
Gambar 3.2
Pengujian konsumsi bahan bakar .......................................................... 28
Gambar 3.3
Pengujian Torsi ...................................................................................... 29
viii Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.4
Sepeda Motor ......................................................................................... 29
Gambar 3.5
Tachometer ............................................................................................ 31
Gambar 3.6
Regulator ............................................................................................... 31
Gambar 3.7
Tools ...................................................................................................... 32
Gambar 3.8
Timbangan pegas ................................................................................... 32
Gambar 3.9
Timbangan digital .................................................................................. 33
Gambar 3.10
Stopwatch .............................................................................................. 33
Gambar 3.11
Gas Analyzer ......................................................................................... 34
Gambar 3.12
Tabung gas ............................................................................................. 35
Gambar 3.13
Pertamax ................................................................................................ 36
Gambar 3.14
Set up ..................................................................................................... 37
Gambar 3.15
Karburator bekas.................................................................................... 38
Gambar 3.16
Napel dengan plat .................................................................................. 39
Gambar 3.17
Plat yang dipasang di injector ............................................................... 39
Gambar 3.18
Plat yang dipasang di injector ............................................................... 40
Gambar 3.19
Instalasi konverter kit ............................................................................ 40
Gambar 3.20
Letak konverter kit di sepeda motor ...................................................... 41
Gambar 3.21
Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin ......................................... 44
Gambar 3.22
Diagram Alir Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang............................. 45
Gambar 4.1
Grafik Sfc Vs putaran ............................................................................ 51
Gambar 4.2
GrafikTorsi Vs Putaran .......................................................................... 54
Gambar 4.3
Grafik Daya Vs Putaran ......................................................................... 56
ix Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.4
Grafik Efisiensi Thermal Vs Putaran..................................................... 59
Gambar 4.5
Grafik perbandingan AFR Vs Putaran................................................... 60
Gambar 4.6
Grafik perbandingan CO bahan bakar pertamax dengan
LPG
62
x Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1
Data hasil pengujian dengan bahan bakar pertamax ............................ 45
Tabel 4.2
Data pengujian menggunakan bahan bakar LPG .................................. 46
Tabel 4.3
Massa tertarik rata-rata pada pengujian ................................................. 48
Tabel 4.4
Torsi mesin hasil perhitungan................................................................ 49
Tabel 4.5
Daya mesin hasil perhitungan................................................................ 51
Tabel 4.6
Konsumsi bahan bakar spesifik hasil perhitungan ................................ 54
Tabel 4.7
Nilai efisiensi thermal brake hasil perhitungan ..................................... 56
Tabel 4.8
Data hasil pengujian AFR...................................................................... 58
Tabel 4.9
Hasil pengujian kadar CO...................................................................... 59
xi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Lambang
Keterangan
Satuan
P
Daya
Watt
n
Putaran
Rpm
T
Torsi
N.m
LHV
Nilaikalor
Kj/kg
Sfc
Konsumsi Bahan bakar
gr/Kw.h
ṁ𝑓𝑓
ηb
Laju aliran bahan bakar Efisiensi thermal brake
Kg/jam
t
Waktu
Detik
F
Gaya
Newton
rJ
ari-jari poros dengan titik gaya
m
V
Volume
ml
xii Universitas Sumatera Utara
