LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR. ANALISA PENGGUNAAN CAMPURAN BAHAN BAKAR, AIR DENGAN ZAT KIMIA (KOH) PADA MOTOR HONDA IMPRESSA 100 cc

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

ANALISA PENGGUNAAN CAMPURAN BAHAN BAKAR, AIR DENGAN ZAT KIMIA (KOH) PADA MOTOR HONDA IMPRESSA 100 cc

Candra Setia Bakti 41305010039

Jurusan Teknik Mesin FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MERCU BUANA Tugas Akhir ini Telah Diperiksa dan disetujui oleh : Jakarta, 21 Juli 2009

Koordinator Tugas Akhir

(Nanang Ruhyat ST, MT)

Dosen Pembimbing

(Ir. Rully Nutranta M.Eng)

TUGAS AKHIR

ABSTRAK

Sumber bahan baku minyak nabati yang tersedia hanya tinggal menghitung waktu saja, untuk itu harus segera dikembangkan jenis bahan bakar yang lain agar dapat menghemat penggunaan sumber energi minyak bumi. Tujuan yang ingin dicapai dari penggunaan campuran bahan bakar ini adalah untuk menghemat penggunaan bahan bakar pada kendaraan bermotor. Pengujian dilakukan dengan menggunakan sepeda motor honda Impressa 100 cc, campuran bahan bakar yang di uji adalah campuran air dengan zat kimia (KOH). Proses pengujian dilakukan dengan putaran, volume bahan bakar. Dengan tujuan untuk menguji sepeda motor tersebut setelah penggunaan campuran dan sebelum penggunaan campuran, sehingga dapat diketahui kinerja mesin. Cara pengujian ini dengan memasukkan data kendaraan dikomputer melalui mesin Dynotest model Dynojet 250i dimana mesin di uji pada putaran rendah sampai dengan putaran tinggi sebelum menggunakan campuran dan setelah menggunakan campuran. Dari hasil pengujian didapat perbandingan penggunaan kedua kinerja mesin setelah menggunakan dan sebelum menggunakan campuran bahan bakar tersebut. Didapat hasil pengujian untuk yang menggunakan campuran bahan bakar, air dengan zat kimia (KOH) menghasilkan Torsi maksimum 4,56 ft-lbs= 5,95 Nm, daya Maksimum 5,76 HP= 4,29 KW, dan AFR nya pada putaran maksimum sebesar 13, 26. Untuk hasil pengujian tanpa menggunakan bahan bakar campuran nilai Torsi maksimum 4,69 ft-lbs=6,12 Nm, Daya maksimum 5,96 HP = 4,44 KW, dan AFR nya 12,61. Jadi setelah penggunaan bahan bakar ini dibandingkan dengan sebelum penggunaan campuran bahan bakar tersebut, penggunaan bahan bakarnya lebih hemat, tapi untuk performance mesin itu sendiri untuk yang tidak menggunakan campuran bahan bakar torsi dan daya yang dihasilkan lebih besar dibandingkan dengan penggunaan bahan bakar campuran tersebut.

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MERCU BUANA

iii

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN........................................................................... i LEMBAR PERNYATAAN .......................................................................... ii ABSTRAK ................................................................................................... iii KATA PENGANTAR .................................................................................. iv DAFTAR ISI ................................................................................................ vi DAFTAR GAMBAR .................................................................................... ix DAFTAR TABEL ........................................................................................ x DAFTAR SATUAN ..................................................................................... xi BAB I

PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ................................................................ 1 1.2 Pokok permasalahan ....................................................... 2 1.3 Pembatasan masalah ....................................................... 3 1.4 Maksud dan tujuan .......................................................... 3 1.5 Metode penulisan ............................................................ 3 1.6 Sistematika penulisan ...................................................... 4

BAB II

LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian motor bakar ................................................... 5 2.1.2 Proses pembakaran luar ......................................... 5 2.1.2 Proses pembakaran dalam ...................................... 6 2.1.3 Siklus motor bakar................................................. 6 2.2 Motor bensin 4 langkah dan 2 langkah ............................ 8 2.2.1 Berdasarkan siklus kerjanya .................................. 8 2.2.2 Bahan bakar .......................................................... 11 2.2.3 Bahan bakar minyak .............................................. 12 2.3 Pembakaran .................................................................... 16 2.3.1 Elektrolisis air ....................................................... 17 2.4 Fenomena pembakaran .................................................... 18 2.4.1 Pembakaran normal ............................................... 18 2.4.2 Pembakaran Abnormal .......................................... 19


vi

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

2.5 Sistem pengapian sepeda motor 4 langkah ....................... 22 2.5.1 Sistem CDI ............................................................ 22 2.5.2 Sudut pengapian .................................................... 24 2.6 Parameter prestasi mesin ................................................. 26 2.6.1 Torsi dan daya pengereman (poros) ....................... 27 2.6.2 Tekanan efektif rata-rata ........................................ 28 2.6.3 Konsumsi bahan bakar........................................... 29 2.6.4 Kecepatan Aliran Volumetric ............................... 30 2.6.5 Massa aliran udara, ma (massa rate of flow) .......... 31 2.6.6 Effisiensi Volumetris, (ηvol) ................................... 31 2.6.7 Perbandingan Antara Udara Dengan Bahan Bakar (Air/ Fuel Ratio) ........................................................... 31 BAB III

PROSEDUR PENGUJIAN 3.1 Diagram alir Metodologi Pengujian ................................. 33 3.2 Pengujian Prestasi Mesin................................................. 34 3.3 Spesifikasi Mesin ........................................................... 34 3.4 Deskripsi Alat-alat Uji .................................................... 35 3.4.1 Tabung elektrolisis ................................................. 37 3.4.2 Dioda (Rectifier) .................................................... 38 3.4.3 Intake Manifold ...................................................... 38 3.4.3 Pemasangan Alat .................................................... 38 3.5 Prosedur Menjalankan Mesin .......................................... 40 3.6 Prosedur Pengujian ......................................................... 40 3.6.1 Pengukuran Konsumsi Udara................................. 41 3.7 Tujuan Pengujian ............................................................ 42 3.8 Grafik Test ...................................................................... 42

BAB IV

DATA PENGUJIAN DAN ANALISA DATA 4.1 Data Hasil Pengujian ....................................................... 43 4.2 Perhitungan Tekanan Efektif Rata-rata ............................ 44 4.3 Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar .............................. 46 4.4 Pemakaian bahan bakar spesifik ( Break spesifik fuel consumption) ................................................................... 48


vii

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

4.5 Kecepatan aliran volumetric, Va (volumetric rate of flow) 49 4.6 Grafik dan Analisa ........................................................... 52 4.6.1 Hubungan putaran dan Torsi Poros .......................... 52 4.6.2 Hubungan Putaran dengan air fuel rasio................... 54 BAB V

PENUTUP 5.1 Kesimpulan ...................................................................... 57 5.2 Saran................................................................................. 58

LAMPIRAN DAFTAR PUSTAKA


viii

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1

Spesifikasi Bensin Premium 88 di Indonesia ............................ 15

Tabel 4.1

Data Hasil Torsi dan Daya Pengujian Bahan Bakar Premium... 43

Tabel 4.2

Data Hasil pengujian Torsi dan Daya Bahan bakar campuran Air dan KOH......................................................................................... 44

Tabel 4.3

Data Hasil Pengujian Air Fuel Rasio (AFR) (Premium) dengan dynotest .................................................................................... 46

Tabel 4.4

Data Hasil Pengujian laju Konsumsi Bahan bakar (premium) dengan stopwatch ................................................................................. 46

Tabel 4.5

Data Hasil Pengujianlaju Konsumsi Bahan bakar (premium) dengan stopwatch ................................................................................. 47

Tabel 4.6

Data Hasil Pengujian Air Fuel Rasio (AFR) Campuran Bahan bakar air dengan zat kimia (KOH) dengan dynotest ............................ 48


x

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

Diagram P-V Motor 2 Langkah ........................................... 9

Gambar 2.2

Diagram P-V Motor 4 Langkah ........................................... 10

Gambar 2.3

Capacitive discharge Ignition System .................................. 23

Gambar 2.4

Diagarm katup .................................................................... 25

Gambar 2.5

Efek tekanan pembakaran ................................................... 26

Gambar 2.6

Skema dari prinsip operasi sebuah dinamometer ................. 27

Gambar 3.1

Diagram alir metodologi pengujian ..................................... 33

Gambar 3.2

Mesin dynotest .................................................................... 35

Gambar 3.3

Wide Band Air/Fuel Ratio Sensor ....................................... 36

Gambar 3.4

Perangkat Komputer Dynotest............................................. 37

Gambar 3.5

Tabung tempat proses elektrolisis ........................................ 37

Gambar 3.6

Dioda .................................................................................. 38

Gambar 3.7

Intake Manifold................................................................... 38

Gambar 3.8

Rangkaian pemasangan alat elektrolisis ............................... 39

Gambar 3.9

Pengujian Dynotest ............................................................. 40

Gambar 4.1

Grafik Perbandingan Putaran terhadap Torsi ....................... 52

Gambar 4.2

Grafik Perbandingan Putaran terhadap Torsi Menggunakan campuran air dan KOH ....................................................... 53

Gambar 4.3

Grafik Hubungan putaran dengan AFR

bahan bakar tanpa

campuran air dan KOH ....................................................... 54 Gambar 4.4

Grafik hubungan putaran dengan AFR bahan bakar campuran air dan KOH ............................................................................ 55


ix

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

DAFTAR SATUAN


xi

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Dampak kenaikkan BBM tahun lalu sangat terasa, terutama bagi kita yang seharihari menggunakan kendaraan, bekerja dengan jarak rumah dengan kantor cukup jauh, sehingga anggaran untuk transportasi kita juga kena imbasnya ikut naik juga, terutama premium sebesar 30 % diikuti dengan kenaikkan tarif angkutan yang berkisar pada angka 20-25 . Kenaikkan harga juga terjadai pada kebutuhan pokok (sembako), yang merupakan urat nadi kehidupan kita. Dari kenyataan yang ada walaupun harga BBM telah turun dua kali pada awal tahun 2009 tetap membuat kita masih perlu berhemat karena harga kebutuhan masih tetap tinggi. Ditengah gencarnya pemerintah memberikan kompensasi atas kenaikkan harga BBM, tetatpi ada berita yang kurang menggembirakan di sektor pendidikan karena pemerintah berencana akan menghapus BOS (Bantuan Operasional FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MERCU BUANA

1

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Sekolah) dan belum menentukan pengganti program tersebut. Artinya sekolahsekolah terutama yang swata juga akan ikut menaikkan biaya sekolah dengan berbagai bentuk macam pungutan yang namanya juga akan macam-macam. Hal ini memaksa kita untuk berhemat, hemat apa saja yang bisa di hemat. Bagi yang menggunakan kendaraan pun banyak mengeluh mencari berbagai cara berhemat BBM. Mengenai cara berhemat BBM, terutama bagi yang sering atau bahkan selalu menggunakan kendaraan bermotyor baik sepeda motor maupun mobil. Biasanya kita menggunakan premium untuk bahan bakar kendaraan kita karena lebih murah dibanding dengan bahan bakar yang lainnya, pada beberapa bulan yang lalu Bpk. Djoko Sutrisno menemukan alat berhemat BBM, metoda yang digunakan dalam rangka berhemat hal itu digantikan menggunakan air murni. Mengenai teknologi temuannya, Djoko menjelaskan, air yang akan menjadi sumber energi itu dicampur dengan zat kimia berupa kalium hidroksida (KOH). Menurut Djoko gas hasil elektrolisis tersebut mampu menambah oktan bensin atau solar, sehingga menjadi lebih hemat. Dari semakin banyaknya kendaraan yang menggunakan alat buatannya itu secara massal membuat kita bertanya-tanya apakah alat tersebut layak digunakan atau tidak. Untuk itu perlu dilakukan pengujian alat tersebut pada kendaraan yaitu uji penggunaan bahan bakar tersebut, uji prestasi mesin setelah penggunaan alat tersebut dan sebelum menggunakan alat tersebut. 1.2 Pokok Permasalahan Dalam kenyataannya semua kendaraan bermotor perlu adanya tenaga untuk menggerakannya untuk saat ini kendaraan menggunakan bahan bakar sebagai penggeraknya. Masalahnya yaitu bahan bakar yang digunakan bervariasi dan juga


2

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

bervariasi juga tingkat bahayanya dan performancenya. Untuk itu dengan adanya penulisan ini akan sedikit mengungkap tentang performance penggunaan bahan bakar campuran dengan air dan zat kimia (KOH). 1.3 Pembatasan Ruang Lingkup dan Pembahasan Dalam tugas akhir ini penulis mengambil batasan sebagai berikut : 1. Pengujian dilakukan terhadap kendaraan bermotor 2. Pengujian yang dilakukan adalah : 

Pengukuran laju konsumsi bahan bakar



Pengujian akselarasi pada kendaraan bermotor



Pengujian Daya dan Torsi

1.4 Maksud Dan Tujuan Maksud dan tujuan penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Agar dapat menambah ilmu dan wawasan penulis tentang performance kendaraan bermotor dengan menggunakan bahan bakar tertentu. 2. Mensosialisasikan tentang bagaimana dampak dari penggunaan bahan bakar campuran pada kendaraan

kepada seluruh masyarakat, agar

masyarakat lebih mengerti tentang performance kendaraan. 3. Mengetahui pengaruh penggunaan campuran bahan bakar, dengan air dan zat kimia (KOH) yang dihasilkan kendaraan bermotor. 1.5 Metode Penulisan Pada tugas akhir ini bersifat eksposisi yang sifatnya pemaparan dan kenyataan serta teori-teori yang diambil dari refrensi-refensi buku tentang mesin, dalam tulisan ini juga akan dijelaskan tentang bagaimana cara kerja mesin tersebut setelah penulis melakukan uji coba pada kendaraan tersebut maka secara langsung penulis menerapkan wawancara langsung kepada ahli mekanik mesin dan penulis


3

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

juga melakukan study pustaka sebagai sarana pendukung untuk refrensi-refrensi data-data yang bersifat teori. 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan Tugas akhir ini dikelompokkan atas beberapa bab yang masing-masing bab berisikan : BAB I

PENDAHULUAN Bab ini akan membahas tentang umum secara singkat mengenai isi tugas akhir ini. Dalam bab ini terdiri dari latar belakang, pembatasan masalah , tujuan penelitian, metode penelitian dan sitematika penulisan.

BAB II LANDASAN TEORI Bab ini menerangkan tentang motor bakar, dasar-dasar motor bakar dan

elektrolisis air. BAB III PROSEDUR PENGUJIAN Bagian ini berisi langkah-langkah pengujian, kalibrasi dan prosedur pengujian. BAB IV ANALISA DATA Pada bab ini berisikan tentang analisa data-data yang diambil dari hasil pengujian. BAB V PENUTUP Pada bab ini berisikan tentang kesimpulan dari apa yang sudah dilakukan dalam penulisan tugas akhir ini serta saran-saran yang dibutuhkan untuk penulis agar dapat menambah dan melengkapi dari penulisan tugas akhir ini.


4

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

BAB II LANDASAN TEORI

2.1

PENGERTIAN MOTOR BAKAR Dalam mesin sendiri mempunyai yang namanya siklus pembakaran biasa

disebut dalam istilah adalah motor bakar, motor bakar sendiri mempunyai arti yaitu salah satu jenis kalor yang dalam kinerjanya terdapat dalam ruang bakar (silinder) dengan menggunakan bahan bakar setelah mengalami pembakaran dalam ruang bakar maka akan menghasilkan perubahan tenaga, menjadi tenaga gerak melalui mekanisme yang sudah ditentukan, dalam proses pembakaran kalor ini ada dua bagian diantaranya adalah : 2.1.1 Proses Pembakaran Luar (External Combustion Engine) Dalam proses pembakaran pada mesin pembakaran luar terjadi diluar mesin, energi thermal dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah. fluida kerja itu sendiri adalah fluida dari mesin kalor. contohnya mesin turbin, mesin uap, semua energi yang diperlukan oleh mesin itu mula-mula meninggalkan gas hasil pembakaran kemudian melalui dinding pemisah kalor energi tersebut masuk ke fluida kerja yang kebanyakan terdiri dari air atau uap.


5

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

2.1.2 Proses Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engine) Dalam mesin pembakaran dalam merupakan mesin yang fluida kerjanya adalah gas hasil pembakaran. Dalam proses mesin pembakaran dalam ini terbagi lagi menjadi tiga kelompok yaitu motor bakar torak, turbin gas, dan propulasi pancar gas. Mesin pembakaran motor bakar torak adalah pembakaran yang menggunakan bagian silinder yang didalamnya terdapat torak yang bergerak secara tranlasi, gerakan tranlasi torak menyebabkan gerak rotasi pada poros engkol dan sebaliknya gerakan rotasi pada engkol menyebabkan gerakan tranlasi pada torak. Pada mesin pembakaran dalam turbin gas fluida kerja yang berupa gas yang digunakan untuk memutar roda turbin bersudut. sejumlah sudut itu berfungsi untuk mengubah momentum fluida kerja yang mengalir diantara sudut tersebut. Sedangkan pada mesin pembakaran propulasi pancar adalah mesin yang menghasilkan daya dorong, gaya tersebut terjadi karena adanya perubahan momentum gas yang mengalir melalui mesin tersebut. Contoh motor bakar pembakaran dalam : Mesin diesel, mesin bensin. 2.1.3 Siklus Dari Motor Bakar Torak 1. Siklus Ideal Proses termodinamika dan kimia yang terjadi dalam motor bakar torak amat kompleks untuk dianalisa menurut teori. Untuk memudahkan menganalisanya perlu membayangkan suatau keadaan yang ideal. Makin ideal suatu keadaan makin mudah untuk di analisa, akan tetapi dengan sendirinya makin jauh menyimpang dari keadaan sebenarnya. Pada

umumnya

untuk

menganalisa

motor

bakar

torak

dipergunakan siklus udara sebagai siklus yang ideal. Siklus udara


6

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

menggunakan beberapa keadaan yang sama dengan siklus sebenarnya dalam hal sebagai berikut : a. Urutan proses b. Perbandingan kompresi c. Pemilihan temperatur dan tekanan pada suatau keadaan d. Penambahan kalor yang sama per satuan berat udara 2. Siklus Aktual Siklus udara volume konstan atau siklus Otto adalah proses yang ideal.Dalam kenyataanya baik siklus volume konstan, siklus tekanan konstan dan siklus gabungan tidak mungkin dilaksanakan, karena ada beberapa hal yaitu : (Ref : Arismundar, penggerak mula motor bakar torak, hal : 2931).

1. Fluida kerja bukanlah udara yang bisa dianggap sebagai gas ideal, karena fluida kerja disini adalah campuran bahan bakar (premium) dan udara, sehingga tentu saja sifatnya pun berbeda dengan sifat gas ideal. 2. Kebocoran fluida kerja pada katup (valve), baik katup masuk maupun katup buang, juga kebocoran pada piston dan dinding silinder, yang menyebabkan tidak optimalnya proses. 3. Baik katup masuk maupun katup buang tidak dibuka dan ditutup tepat pada saat piston berada pada posisi TMA dan atau TMB, karena pertimbangan dinamika mekanisme katup dan kelembaman fluida kerja. Kerugian ini dapat diperkecil bila saat pembukaan dan penutupan katup disesuaikan dengan besarnya beban dan kecepatan torak. 4. Pada motor bakar torak yang sebenarnya, saat torak berada di TMA tidak terdapat proses pemasukan kalor seperti pada siklus udara. Kenaikan


7

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

tekanan dan temperatur fluida kerja disebabkan oleh proses pembakaran campuran udara dan bahan bakar dalam silinder. 5. Proses pembakaran memerlukan waktu untuk perambatan nyala apinya, akibatnya proses pembakaran berlangsung pada kondisi volume ruang yang berubah-ubah sesuai gerakan piston. Dengan demikian proses pembakaran harus dimulai beberapa derajat sudut engkol sesudah TMA menuju TMB. Jadi proses pembakaran tidak dapat berlangsung pada volume atau tekanan yang konstan. 6. Terdapat kerugian akibat perpindahan kalor dari fluida ke fluida pendingin, misalnya oli, terutama saat proses kompresi, ekspansi dan waktu gas buang meninggalkan silinder. Perpindahan kalor tersebut terjadi karena ada perbedaan temperatur antara fluida kerja dan fluida pendingin. 7. Adanya kerugian energi akibat adanya gesekan antara fuida kerja dengan dinding silinder dan mesin. 8. Terdapat kerugian energi kalor yang dibawa oleh gas buang dari dalam silinder ke atmosfer sekitarnya. Energi tersebut tidak dapat dimanfaatkan untuk kerja mekanik. 2.2

MOTOR BENSIN 4 LANGKAH DAN 2 LANGKAH

2.2.1. Berdasarkan Siklus Kerjanya - Cara kerja motor dua langkah (2 tak) Motor 2 langkah/2 tak adalah motor yang dalam siklusnya terdiri dari 2 kali langkah piston (naik dan turun), 1 kali langkah poros engkol (putaran), untuk satu kali langkah usaha/pembakaran. (ref : M. Fatkhurohman, Spd. Dasar-dasar otomotif)


8

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Gambar 2.1 Diagram P-V Motor 2 Langkah (Ref : Arismundar, penggerak mula motor bakar torak, hal : 29)

Keterangan Gambar : 1. Langkah Hisap Dan Langkah Kompresi (5-6-1) Dalam langkah ini campuran bahan bakar dan udara di hisapoleh piston kemudian masuk kedalam ruang silinder disamping itu juga juga di ikuti dengan langkah kompresi, 5 oc sebelum piston sampai titik mati atas (TMA) maka busi mengeluarkan loncatan bunga api ke dalam ruang silinder barulah campuran bahan bakar dengan udara terbakar setelah terbakar akan mengakibatkan tekanan pada piston dan mengakibatkan gerakan piston bergerak dari titik mati atas(TMA) ke titik mati bawah (TMB).karena pada mesin motor 2 langkah ini satu kali gerakan piston di ikuti dengan 2 kali langkah kerja. 2. Langkah Expansi Dan Langkah Buang (3,4) Dalam langkah kerja ini dimana hasil dari pembakaran gas ini mendorong piston menuju titik mati bawah (TMB) yang disusul dengan gerakan buang dan pada saat bersamaan campuran bahan bakar dan udara dihisap masuk kedalam ruang silinder melalui saluran masuk menuju ruang silinder.


9

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

- Cara kerja motor 4 langkah ( 4 tak) Motor 4 langkah/4 tak adalah motor yang dalam siklusnya terdiri dari 4 kali langkah piston (naik dan turun), 2 kali langkah poros engkol (putaran), untuk satu kali langkah usaha/pembakaran. (ref : M. Fatkhurohman, Spd. Dasar-dasar otomotif)

Q1 = Pembakaran pada volume konstan Q2 = Pembuangan gas sisa pembakaran Gambar 2.2 Diagram P-V Motor 4 Langkah (Ref : Arismundar, penggerak mula motor bakar torak, hal : 31)

Keterangan Gambar : 1. Langkah Hisap (5-A-1) Dalam langkah ini katup masuk terbuka kemudian bahan bakar bercampur dengan udara masuk keruang silinder, pada langkah piston bergerak dari titik mati atas (TMA) menuju ke titik mati bawah (TMB). 2. Langkah Kompresi (1-B-2) Dalam langkah ini katup masuk dan katup buang tertutup, campuran bahan bakar dan gas berada diruang silinder kemudian piston bergerak dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) pada langkah ini bahan bakar dipampatkan oleh piston, 5 oC sebelum piston mencapai titik mati atas (TMA) busi mengeluarkan loncatan bunga api yang berguna untuk membakar bahan


10

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

bakar yang berada diruang silinder setelah terjadi pembakaran maka secara otomatis akan menaikan tekanan dan suhu secara tiba-tiba (2-3) 3. Langkah Expansi (3-C-1) Dalam langkah ini katup masuk dan katup buang masih dalam keadaan tertutup, dengan adanya tekanan dari ruang bakar akibat adanya pembakaran diruang silinder maka piston tersebut bergerak dari titikmati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB).seiring dari hasil pembakaran gas secara otomatis gas akan memuai dan di ikuti dengan kecepatan piston bergerak selama dalam langkah expansi sejumlah energi panas diubah menjadi energi mekanis. 4. Langkah Buang (1-D-5) Dalam langkah ini katup keluar terbuka disaat piston bergerak dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) sekaligus mendorong sisa hasil pembakaran tadi dari ruang silinder menuju keluar ruang silinder setelah langkah ini selesai dan katup keluar tertutup maka siklus kembali lagi kepada langkah pertama, langkah ini akan terus bekerja seperti ini. Perbedaan siklus motor bensin 2 langkah dalam mekanisme kerjanya yaitu dalam 1 kali pembakaran hanya dilakukan 2 kali langkah kerja, pada motor bensin 2 langkah ini setiap 1 kali langkah piston maka diikuti 2 langkah kerja. 2.2.2

Bahan Bakar Semua jenis motor bakar selalu membutuhkan bahan bakar untuk proses

pembakaran. Bahan bakar adalah bahan yang sangat diperlukan dalam pembakaran yang terjadi dalam ruang bakar. Bahan bakar yang dipergunakan dalam motor bakar harus mempunyai kriteria berupa sifat fisik dan sifat kimia, antara lain adalah nilai bakar dari bahan bakar itu sendiri, densitas yang tinggi, tidak beracun, stabilitas panas, rendah polusi udara, mudah dipakai dan disimpan (Ref Mathur M.L, A Course in Internal Cobustion Engine, hal: 230).


11

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Adapun setiap bahan bakar mempunyai sifat-sifat alamiah, yaitu sebagai berikut : 1. Volatility (Penguapan) adalah kemampuan menguap dari bahan bakar pada temperatur tertentu dalam proses destilasi. 2. Titik nyala adalah temperatur tertentu dimana bahan bakar dapat terbakar tanpa bantuan percikan api. 3. Specific gravitasi merupakan perbandingan berat jenis bahan bakar terhadap acuan tertentu (berat jenis air atau udara). 4. Nilai kalor adalah jumlah energi yang terkandung dalam bahan bakar. Adapun kriteria utama yang harus dipenuhi bahan bakar yang akan digunakan dalam motor bakar adalah sebagai berikut : (Ref Mathur M.L, A Course in Internal Cobustion Engine, hal: 231).

1. Prose pembakaran bahan bakar dalam silinder harus secepat mungkin dan panas yang dihasilkan harus semaksimal mungkin. 2. Bahan bakar yang digunakan harus tidak meninggalkan endapan atau deposit setelah proses pembakaran, karena akan menyebabkan kerusakan pada dinding silinder. 3. Gas sisa pembakaran harus tidak berbahaya pada saat dilepaskan ke atmosfer. 2.2.3 Bahan Bakar Minyak Adalah suatu campuran senyawa organik yang dibutuhkan dalam proses pembakaran dengan tujuan mendapatkan energi/tenaga. Bahan Bakar Minyak ini adalah hasil dari proses distilasi minyak bumi menjadi fraksi-fraksi yang diinginkan seperti : Bahan Bakar Gas, Gasoline (Premium dan Pertamax), Nafta, Kerosine, Gas Oil (Solar),dll.


12

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Pada saat ini ketersediaan bahan bakar mulai menipis, untuk itu diperlukan langkah-langkah yang tepat untuk lebih meningkatkan efisiensi bahan bakar yang digunakan. Ada beberapa cara dalam mengupayakan penghematan bahan bakar yaitu : 1. Meningkatkan efisiensi dari proses pembakaran pada system engine. Dalam hal ini pihak pabrikan sangat berperan dalam upayanya menciptakan mesin yang mempunyai effesiensi maksimal. 2. Memperbaiki kualitas bahan bakar dengan cara meningkatkan kualitas bakar dan juga bahan-bahan pendukung untuk terciptanya suatu pembakaran yang lebih baik dengan cara penambahan senyawa yang akan menciptakan pembakaran yang lebih baik (additive). Additive yang ada dipasaran menawarkan keunggulan tertentu, seperti menaikkan angka oktan / angka cetane, pembersih, dispersansi. Bahan Bakar; baik itu gasoline, solar, dll, mempunyai prinsip yang sama yaitu memerlukan nilai kualitas bakar yang baik. Sedangkan untuk mendapatkan nilai kualitas bakar yang baik banyak faktor yang mempengaruhinya, seperti : kandungan air, kandungan senyawa organic, kandungan sulphur, asam-asam organik, dan lamanya penyimpanan. 1. Gasoline Adalah bahan bakar jenis light distillate yang dalam aplikasinya di bedakan dalam jenis Premium, Pertamax dan Pertamax Plus. 2. Premium Premium atau sering kita sebut bensin merupakan salah satu hasil dari penyulingan (destilasi) dari minyak bumi. Bahan bakar jenis ini merupakan campuran hidrokarbon antara lain parafin, olefins, napthenes dan aromatic


13

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR (Ref: McKetta, encyclopedia of Chemical Processing and Design, Vol 20 hal: 48).

Bensin merupakan bahan bakar untuk motor bakar jenis SI (Spark Plug), yaitu pada mesin yang proses penyalaan campuran bahan bakar dengan udaranya dengan menggunakan percikan api dari busi. Campuran yang dihasilkan dari penyulingan minyak bumi, terkadang kurang memuaskan secara mutu untuk penggunaan pada motor bakar. Biasanya sebelum digunakan bensin ditambahkan dengan suatau aditif yang dapat memperbaiki kualitas dari bensin itu sendiri. Aditif antara lain adalah TEL (Tetra Ethyl Lead / (C2H5)4Pb) atau TML (Tetra Methyl Lead / (CH3)4Pb). Aditif ini berfungsi sebagai anti knocking karena dengan penambahan zat ini pada bahan bakar bensin dapat meningkatkan angka oktan sehingga ketika bahan bakar tersebut terkompresi dalam ruang bakar, tidak mudah meledak sendiri. Angka oktan bensin semula berkisar 75 sampai 85. Sedangkan setelah ditambahkan dengan zat aditif angka oktan bensin dapat bertambah menjadi 90 sampai 95. TEL mempunyai sifat larut dalam bensin dan mendidih pada temperatur 200 oC, serta mempunyai berat sekitar 1,7 Kg/liter (Ref : Maleev, V.L, Internal Combustion Engines, hal : 272). Kandungan utama dari TEL adalah timbal dimana timbal merupakan partikel berat yang sangat berbahaya bagi manusia. Angka oktan sendiri adalah angka yang menyatakan berapa persen volume iso oktana dalam campuran yang terdiri dari iso oktana dan heptana normal yang mempunyai kecenderungan berdetonasi sama dengan bahan bakar tersebut. Angka oktan merupakan angka dari 1-100. Iso oktana mempunyai bilangan 100, Bahan bakar dengan kecepatan menguap tinggi dan viskositas rendah membantu terbentknya campuran homogen dan menurunkan waktu


14

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

pembakaran tunda sehingga kecepatan oksidasi tinggi. Sebab selama tahap pembakaran tunda akan lebih banyak campuran yang terbentuk dan mudah terbakar. Periode penundaan suatu campuran bahan bakar-udara menyatakan kesabaran campuran tersebut untuk menunggu saat dinyalakan. Bensin dengan bilangan oktan yang tinggi mempunyai periode penundaan yang panjang. Dengan adanya bilangan oktan yang tinggi hambatan yang sebagian besar disebabkan oleh detonasi berangsur-angsur dapat diatasi.(Ref : Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar, hal 85)

Tabel 2.1. Spesifikasi Bensin Premium 88 di Indonesia (Kutipan Spesifikasi Dirjen Migas Pertamina) No 1

Angka Oktan Riset (RON)

2

Kandungan Pb gr/l

Min 88

Max -

METODE TEST IP ASTM - D-2699

-

0.3

D-3341

BATASAN

SIFAT

Destilasi - 10% Volume Penguapan (Co)

74

- 50% Volume Penguapan (Co)

88

125*)

- 90% Volume Penguapan (C )

-

180

- Titik didih akhir (Co)

-

205

- Residu (% Vol)

-

2.0

4

Tekanan Uap Reid pada 37,8oC(Kpa)

-

62*)

D-323

5

Getah Purwa (mg/100ml)

-

4

D-381

6

Periode Induksi (menit)

240

-

7

Kandungan belerang (% assa)

-

0.2

D-1266

8

Korosi Bilah Tembaga (3 jam/50oC)

-

No.1

D-130

Uji Doctor atau Alternatif Belerang

-

Negatif

Merchaptan (% massa)

-

0.002

3

9

o

10

Warna

11

Bau


-

IP 30

D-525

-

Kuning Dapat dipasarkan

15

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

2.3 Pembakaran Pada motor bakar, proses pembakaran merupakan reaksi kimia yang berlangsung sangat cepat antara bahan bakar dengan oksigen yang menimbulkan panas sehingga mengakibatkan tekanan dan temperatur gas yang tinggi. Oksigen untuk keperluan pembakaran diperoleh dari udara yang yang merupakan campuran antara oksigen dan nitrogen, serta beberapa gas lain dengan presentase yang relatif kecil dan dapat diabaikan.Reaksi kimia antara bahan bakar dan oksigen yang diperoleh dari udara akan menghasilkan produk hasil pembakaran yang komposisinya tergantung dari kualitas pembakaran yang terjadi. Pada motor Otto, campuran udara bahan bakar tersebut dinyatakan dalam silinder oleh bunga api listrik dari busi pada akhir langkah kompresi. Pada keadaan normal kita mendapatkan pembakaran teratur dimana selalu terdapat 2 tahapan yaitu bagian yang terbakar dan bagian yang tidak terbakar. Suhu pembakaran berkisar antara 2100oK sampai 2500 oK.Waktu pembakaran yang teratur lamanya kira-kira 3 mili detik (0,003 s) (Ref :Mathur, M.L, A Course in Internal Combustion Engine, hal: 60).

Bahan bakar yang lazim digunakan pada mesin sepeda motor adalah bensin(premium). Rumus kimia dari bensin adalah CnHm, dengan perbandingan atom hidrogen dan karbon 1.6 < H/C < 2.1. Adapun reaksi pembakaran bahan bakar hidrokarbon secara umum adalah : CnHm + (n + m) (O2 + 3,773N2) → n CO2 + m/2 H2O + 3,773 (n + m/4) N2 Persamaan reaksi diatas menunjukkan reaksi pembakaran yang sempurna dari 1 mol bahan bakar. Selama proses pembakaran senyawa hidrokarbon terurai menjadi senyawa-senyawa hidrogen dan karbon yang masing-masing bereaksi dengan oksigen membentuk CO2 dan H2O.


16

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Pada saat proses pembakaran dimana terdapat kelebihan udara, α > 1, gas hasil pembakaran akan mengandung O2, maka reaksi pembakaran diatas akan berubah menjadi: CnHm + α (n + m)(O2 + 3,773N2) → n CO2 + m/2 H2O + xO2 + 3,773 α ( n + m/4) N2

Dimana : α

= Koefisien kelebihan udara

x

= Jumlah mol pada sisa oksigen = 0,5 (2 α(n + m/4) – (2n + m/2) Untuk komposisi campuran bahan bakar dan udara dimana α < 1, maka

akan terjadi kekurangan O2 untuk proses pembakaran. Sehingga membuat reaksi pembakaran berlangsung tidak sempurna. Akibat kekurangan ini, akan terbentuk gas CO serta terdapat sisa gas H2 dan hidrokarbon HC yang belum sempat terbakar. Reaksi ini dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi sebagai berikut : CnHm + α (O2 + 3,773 N2) → b CO2 + c H2O + dN2 +eCO + fH2 + gHC Jumlah mol dari masing-masing gas buang tersebut dapat diketahui melalui pengukuran dan analisa gas buang. Nitrogen tidak berperan pada proses pembakaran, namun pada temperatur yang tinggi nitrogen akan bereaksi membentuk senyawa NO. setelah proses pembakaran, NO ini masih bereaksi dengan oksigen membentuk NO2, yang merupakan gas berbahaya bagi kesehatan. 2.3.1 Elektrolisis air Molekul air dapat diuraikan menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengalirinya arus listrik. Proses ini disebut elektrolisis air. Pada katoda, dua molekul air bereaksi dengan menangkap dua elektron, tereduksi menjadi gas H2 dan ion hidrokida (OH-). Sementara itu pada anoda, dua molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O2), melepaskan 4 ion H+ serta mengalirkan elektron ke


17

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

katoda. Ion H+ dan OH- mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. Reaksi keseluruhan yang setara dari elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut.

Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk gelembung pada elektroda dan dapat dikumpulkan. Untuk analisa ini menggunakan KOH karena salah satu kegunaan KOH yang amat penting adalah untuk baterai alkali yang menggunakan larutan KOH sebagai elektrolit. Oleh itu, kalium hidroksida membantu dalam proses ini. Prinsip ini kemudian dimanfaatkan untuk menghasilkan hidrogen dan hidrogen peroksida (H2O2) yang dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan hidrogen. 2.4 Fenomena pembakaran Fenomena pembakarn yang terjadi selama proses pembakaran terbagi menjadi dua macam, yaitu pembakaran normal dan pembakaran tidak normal. 2.4.1 Pembakaran Normal Pembakaran ini terjadi bilamana penyalaan campuran udara-bahan bakar semata-mata diakibatkan oleh percikan bunga api yang berasal dari busi. Adapun nyala api akan menyebar secara merata dalam ruang bakar dengan kecepatan normal sehingga campuran udara-bahan bkar terbakar pada suau periode yang sama.(Ref : Heywood, Internal Combustion Engine Fundamental, hal : 375).

Tekanan gas yang diakibatkan oleh proses ini akan merata (tanpa Fluktuas tekanan) dalam ruang bakar. Pembakaran dimulai sebelum akhir langkah kompresi dan diakhiri sesaat setelah melewati TMA. Suhu dalam ruang bakar akan mencapai kisaran 2100 K-2500 K (Ref ; Arends, Motor Bensin, hal 60).


18

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

2.4.2 Pembakaran Abnormal Terjadi sebagian campuran bahan bakar mengalami penyalaan sendiri yang biasanya tidak disebabkan oleh percikan bunga api dari busi. Hal ini dikarenakan temperatur campuran bahan bakar udara terlalu tinggi yang salah satunya disebabkan hasil dari langkah kompresi, hingga mencapai titik nyalanya, sehingga menyebabkan campuran tersebut akan menyala dengan sendirinya. Ataupun titik panas pada permukaan ruang bakar yang menimbulkan percikan api dengan sendirinya baik sebelum ataupun sesudah penyalaan, peristiwa ini biasa disebut dengan detonasi. Campuran bahan bakar-udara didalam silinder motor bensin mula-mula terbakar ketika busi mengeluarkan api listrik, yaitu pada saat beberapa derajat engkol sebelum torak mencapai TMA. Kemudian nyala api merambat ke segala arah dengan kecepatan yang sangat tinggi (25-50 m/det), sementara itu campuran dibagian yang terjauh dari busi masih menunggu giliran untuk terbakar. Akan tetapi ada kemungkinan bagian campuran tersebut terakhir, karena terdesak oleh penekanan torak maupun oleh gerakan nyala api pembakaran yang merambat dengan cepat itu, temperaturnya dapat melampaui temperatur penyalaan sendiri sehingga akan terbakar dengan cepat (meledak). Proses terbakar sendiri dari bagian campuran yang terakhir (terjauh dari busi) ini yang dinamai detonasi. Faktor –faktor yang menyebabkan tingginya temperatur campuran bahan bakar dengan udara, sehingga menimbulkan detonasi adalah sebagai berikut : (Ref : Pulkrabek, Engineering Fundamentals of the Combustion engine, hal :156-157)

a. Nilai Oktan (Oktane Number) dari bahan bakar yang terbakar terlalu rendah.


19

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Nilai oktan adalah bilangan yang menyatakan pebandingan kandungan isooktana (C8 H18) pada campuran antara iso-oktana denagn heptana (C7H14) dalam bahan bakar. Untuk iso-oktana akan bebas dari knocking, sedang heptana mempunyai nilai knocking yang buruk. Semakin tinggi nilai oktan maka akan semakin bagus anti knocking bahan bakar tersebut. b. waktu pengapian yang terlalu cepat waktu pengapian yang teralu cepat akan menyebabkan sebagian dari bahan bakar belum sempat terbakar seluruhnya. Hingga proses ekspansi sisa bahan bakar tersebut akan termampatkan sampai temperaturnya tinggi menyebabkan timbulnya pembakaran sendiri (Self Ignition). c. Busi terlalu panas Busi yang terlalu panas akan menyebabkan temperatur disekitarnya tidak merata, sehingga ketika busi menyala akan terdapat daerah-daerah dengan suhu yang akan menyebabkan pembakaran bahan bakar tidak berjalan dengan merata. d. Temperatur nyala bahan bakar Bahan bakar dengan temperatur nyala yang tinggi akan menyebabkan sulit untuk berdetonasi. Dengan kata lain semakin tinggi temperatur nyala suatu bahan bakar maka akan sulit berdetonasi. Hal-hal yang dapat mencegah timbulnya detonasi adalah sebagai berikut : (Ref : Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, hal :83)

a. Mengurangi perbandingan kompresi b. Memperlambat saat penyalaan.


20

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

c. Mengurangi tekanan dan temperatur campuran bahan bakar dan udara yang masuk silinder. d. Menaikkan kecepatan torak (putaran poros engkol), untuk memperoleh arus turbulen pada campuran di dalam silinder yang mempercepat rambatan nyala api. e. Memperkaya (menaikkan perbandingan ) campuran bahan bakar-udara atau mempermiskin (menurunkan perbandingan) bahan bakar-udara dari suatu harga perbandingan campuran yang sangat mudah berdetonasi. f. Mempergunakan bahan bakar dengan bilangan oktana yang lebih tinggi. Hasil atau produk yang didapat dari reaksi pembakaran dapat dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan jenis pembakarannya, yaitu : 1. Pembakaran sempurna (Ideal) Setiap pembakaran sempurna pasti akan menghasilkan karbondioksida dan H2O. reaksi pembakaran sempurna ini hanya dpat berlangsung jika campuran udara-bahan bakar sesuai dengan kebutuhan atau campuran stokiometris ( nilai stokiometris = 14,7) dan cukup waktu untuk pembakaran campuran udara-bahan bakar. 2. Pembakaran tidak sempurna Pembakaran tidak sempurna terjadi apabila kebutuhan oksigen untuk pembakaran tidak cukup (AFR= udara < 14,7). Produk yang dihasilkan dari proses pembakaran ini adalah hidrokarbon yang tidak terbakar (HC), dan apabila sebagian dari hidrokarbon yang terbakar, maka aldehide, ketone, asam karbosiklis dan karbon monoksida akan menjadi polutan dalam gas buang.


21

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

3. Pembakaran dengan udara berlebih Pada kondisi temperatur yang tinggi, nitrogen dan oksigen yang terdapat dalam udara pembakaran akan bereaksi dan akan membentuk oksida nitrogen (NO dan NO2) udara > 14,7. 2.5 Sistem Pengapian Sepeda Motor 4 Langkah Salah satu sistem yang berrperan penting pada sepeda motor 4 langkah adalah sistem pengapian (ignition system). Sistem ini merupakan pengatur terjadinya bunga api yang digunakan untuk menyalakan campuran bahan bakar dan udara yang didalam ruang bakar. Sistem pengapian meliputi pengaturan tegangan yang digunakan untuk menghasilkan loncatan bunga api pada busi serta waktu pengapian yang digunakan pad proses pembakaran. Sistem CDI (Capacitve Discharge Ignition System) CDI system merupakan salah satu sistem pengapian yang digunakan pad sepeda motor 4 langkah. Rangkain komponen sebagai pemicu energi untuk proses pengapian, disebut sebagai trigger box, berperan sebagai contact breaker. Di dalam trigger box terdapat beberapa komponen antara lain kapasitor (C), transistor (tyristor), Konverter arus (charging divice), konverter sinyal (pulse shapping circuit), dan kontrol unit. Kapasitor berfungsi sebagai penyimpan energi utama (tegangan dan arus listrik) yang akan menghasilkan tegangan yang cukup tinggi (300 sampai 500V). Sumber arus dapat berasal dari battery atau generator dari putaran mesin. Tegangan yang digunakan untuk membangkitkan bungan api pada ruang bakar dinaikkan dengan melalui transformer ignition (coil) menjadi sekitar 30MV.


22

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Arus listrik yang masuk kedalam kapasitor dipastikan merupakan arus bolak-balik (AC) dengan melalui konverter arus yang mengkonversi arus DC menjadi arus AC. Arus listrik bolak balik merupakan arus listrik yang memungkinkan untuk dapat dirubahbesar tegangan listriknya, pada transformator (trafo) maupun pada kapasitor. Besarnya arus

yang msuk dalam kapasitor merupakan mekanisme yang

tergantung pada kecepatan putaran motor. Pulse-shapping circuit, control unit dan tyristor mengatur besarnya arus yang masuk ke dalam kapasitor sehingga akan mengatur pula waktu kapasitor untuk melepaskan energi

ke

ignition

transformator. Sinyal (denyut periodik) yang masuk ke pulse-shaping circuit diperoleh dari generator induksi yang terdapat pada kumparan (stator) dan induktor magnet pada poros Crankshaft (rotor). Hal ini yang menjadi dasar dimungkinkannya merubah sudut pengapian (saat penagpian) dengan merubah (memutar) komponen induktor magnet pada poros crankshaft. (Ref : PPDN, Kutipan spesifikasi Dirjen Migas; bahan bakar minyak, bahan bakar khusus, bahan bakar gas elpiji, hal :441)

Gambar 2.3 Capacitive discharge Ignition System


23

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Sistem CDI tidak memerlukan perawatan dan memiliki umur yang lebih panjang. Kapasitor dapat menampung energi ratusan kali lebih besar bila dibandingkan dengan system konvensional, sehingga dapat menghasilkan output tegangan yang tinggi dan dalam tempo yang singkat (0.1 sampai 0.3 mili detik) tahanan yang terdapat pada komponen yang kecil (sekitar 50 Ohm) memungkinkan lebih cepatnya kenaikkan tegangan pada kapasitor. Besar tegangan yang dilepaskan oleh kapasitor tidak tergantung pada kecepatan rpm motor hal ini akan mengurangi kemungkinan terjadinya kesalahan pengapian diruang bakar serta lebih mudah dalam pengapian mula (Starting). Kelemahan

pada

system

CDI

dapat

dialami

ketika

ingin

merubah/memodifikasi sudut pengapian (saat pengapian). Hal yang sering dilakukan adalah dengan merubah sudut indicator magnet (rotor) pada poros Crankshaft. 2.5.2 Sudut pengapian (spark Timing) Sudut pengapian dapat diartikan sebagai saat loncatan bungan api terjadi di busi atau dengan kata lain sebagai saat awal pembakaran. Spark Timing di set untuk dapat menghasilkan torsi maksimum (MBT, maximum brake torque) berdasarkan perhitungan terhadap kondisi opersi mesin, yang meliputi standar emisi mesin dan kecenderungan terjadinya ketukan (knocking). Dalam perancangan sebuah mesin, sudut pengapian yang optimum mempertimbangkan beberapa variable diantaranya kecepatan mesin, tekanan Inlet Manifold, dan campuran bahan baker dan udara yang masuk ruang bakar. (Ref : PPDN, Kutipan spesifikasi Dirjen Migas; bahan bakar minyak, bahan bakar khusus, bahan bakar gas elpiji, hal :427).


24

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Standar emisi dari mesin adalah ketentuan kandungan gas HC (hidrokarbon), CO, CO2 dan NOx pada gas buang mesin. Saat pengapian merupakan awal dari terjadinya pembakaran campuran bahan bakar dan udara dalam ruang bakar. Aliran pembakaran (Burning Flame) gas paada ruang bakar mempengaruhi kondisi pembakaran campuarn udara dan bahan bakar. Penentuan variasi sudut pengapian akan mengakibatkan perubahan terhadap aliran dan kondisi (tekanan dan temmperatur) pembakaran, sehingga hasil dari pembakaran yang terdapat dalam gas buang tentuakan dipengaruhi oleh peentuan sudut pengapiannya. (Ref : PPDN, Kutipan spesifikasi Dirjen Migas; bahan bakar minyak, bahan bakar khusus, bahan bakar gas elpiji, hal :433).

Pada mesin berjenis low speed sudut pengapian akan lebih pendek dibandingkan dengan mesin berjenis high speed. Pada mesin high speed kecepatan gerakan piston menuu TMA akan semakin besar kecepatannya, sehingga untuk mencapai TMB maka saat pengapian cenderung untuk di set lebih jauh dari TMA. Hal tersebut dapat diperhitungkan dengan laju aliran pembakaran bahan bakar pada ruang bakar. Sebagai contoh penggambarannya terdapat pada gambar.

Gambar 2.4. Diagarm katup motor Bensin empat langkah low speed dan high speed (Ref : Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, hal :36)


25

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Perhitungan terhadap penentuan spark timing juga mempertimbangkan faktor terjadinya knocking. Dalam hal ini penentuan sudut pengapian terhadap angka oktan (ON, oktan number) dari bahan bakar menjadi dasar penentuan yang penting. Secara umum dapat ditentukan bahwa besar sudut pengapian (derajat sebelum TMA) maka angka oktan kritis yang direkomendasikan akan semakin tinggi. Sebagai contoh penggambaran adalah pada gambar ini.

Gambar 2.5. Efek tekanan pembakaran pada variasi saat pengapian dan kebutuhan angka oktan (Ref: McKetta, Encylopedia of Chemical Processing and design, hal : 385)

2.6 Parameter Prestasi Mesin Pada umumnya performa/prestasi suatu mesin bisa diketahui dengan membaca dan menganalisa parameter yang ditulis dalam sebuah laporan, entah itu dalam bentuk brosur, laporan test drive dari media tabloid/majalah otomotif/acara otomotif di televisi, dsb. Biasanya kita akan mengetahui daya, torsi, dan konsumsi bahan bakar spesifik dari mesin tersebut. Parameter itulah yang menjadi pedoman praktis prestasi sebuah mesin. Secara umum daya berbanding lurus dengan luas piston sedang torsi berbanding lurus dengan volume langkah. Parameter tersebut relatif penting


26

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

digunakan pada mesin yang berkemampuan kerja dengan variasi kecepatan operasi dan tingkat pembebanan. Daya maksimum didefinisikan sebagai kemampuan maksimum yang bisa dihasilkan oleh suatu mesin. Adapun torsi poros pada pada kecepatan tertentu mengindikasikan kemampuan untuk memperoleh aliran udara (dan juga bahan bakar) yang tinggi ke dalam mesin pada kecepatan tersebut. Sementara suatu mesin dioperasikan pada waktu yang cukup lama, maka konsumsi bahan bakar serta efisiensi mesinnya menjadi suatu hal yang dirasa sangat penting. (Ref : Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, hal :823) 2.6.1 Torsi dan Daya Pengereman (poros) Dinamometer biasanya digunakan untuk mengukur torsi sebuah mesin. Adapun mesin yang akan diukur torsinya tersebut diletakkan pada sebuah test bed dan poros keluaran mesin dihubungkan dengan rotor dinamometer. Prinsip kerja dari sebuah dinamometer dapat dilihat pada gambar 2.7. Rotor dihubungkan secara elektromagnetik hidrolis, atau dengan gesekan mekanis terhadap stator yang ditumpu oleh bantalan yang mempunyai gesekan kecil. Torsi yang dihasilkan pada stator ketika rotor tersebut berputar diukur dengan cara menyeimbangkan stator dengan alat pemberat, pegas atau pneumatik.

Gambar 2.6. Skema dari prinsip operasi sebuah dinamometer Torsi yang dihasilkan mesin adalah : Tb = F x b


27

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Dimana F adalah gaya penyeimbang yang diberikan dan b adalah jarak lengan torsi. Adapun daya yang dihasilkan mesin atau diserap oleh dinamometer adalah hasil perkalian dari torsi dan kecepatan sudut : Pb = 2πN x T x 10 -3 Dimana N adalah kecepatan putar dari poros engkol. Dalam satuan SI, Yaitu : T

= Torsi (Nm)

Pb

= Gaya (kW)

F

= gaya penyeimbang (N)

B

= jarak lengan torsi (m)

N

= putaran kerja (rev/s)

Sebagai catatan torsi adalah ukuran dari kemampuan sebuah mesin melakukan kerja sedangkan daya adalah angka dari kerja yang telah dilakukan. Besarnya daya mesin yang diukur seperti dengan yang didiskripsikan diatas dinamakan dengan brake power (Pb). Daya disini adalah daya yang dihasilkan oleh mesin untuk mengatasi beban, dalam kasus ini adalah sebuah rem. ( Ref : Maleev, Internal – Combustion Engines, hal : 46).

2.6.2 Tekanan efektif rata-rata Unjuk kerja mesin relatif yang terukur, dapat diperoleh dari pembagian kerja per siklus dengan perpindahan volume silinder per siklus. Parameter ini merupakan gaya persatuan luas dan dinamakan dengan Mean Effective Pressure (mep). ( Ref : Heywood, Internal Combustion Engine Fundamental, hal : 50).


28

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Wx1000 x60 xn LxAxNxc

bmep =

Dalam satuan SI : Dimana : n

= Jumlah putaran engkol untuk setiap langkah kerja (2 untuk siklus 4 langkah ; 1 untuk siklus 2 langkah)

bmep = tekanan efektif rata-rata (kPa) W

= Daya (KW)

N

= Putaran mesin (rpm)

A

= Luas Silinder/diameter silinder

L

= Panjang langkah

C

= Jumlah piston

Tekanan efektif rata-rata juga dapat dinyatakan dengan torsi. ( Ref : Maleev, Internal –Combustion Engines, hal : 50).

Brake mean effective pressure (bmep) didefinisikan sebagai tekanan konstan teoritik yang dapat dibayangkan terjadi pada setiap langkah kerja dari mesin untuk menghasilkan output daya yang sama dengan brake horse power/BHP (kadang disebut dengan effective horsepower). BHP itu sendiri didefinisikan sebagai jumlah daya yang terdapat pada poros, sedangkan indicated horsepower/IHP didefinisikan sebagai daya yang dikonsumsi oleh motor (Ref : Arismunandar, Penggerak MulaMotor Bakar Torak, hal 45).

2.6.3 Konsumsi bahan bakar Dalam pengujian mesin konsumsi bahan bakar diukur sebagai laju aliran massa bahan bakar per unit waktu (mf). Konsumsi bahan bakar spesifik/spesific fuel consumption (sfc) adalah laju aliran bahan bakar per satuan daya. Pengukuran


29

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana effisiensi mesin dalam menggunakan bahan bakar untuk menghasilkan daya. Sfc = mf Pb dimana : sfc

= konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kWjam)

mf

= massa bahan bakar (kg/jam)

Pb

= daya (kW)

Atau BFC (brake fuel Consumtion) =

3600 xVb (lt/jam) t

Dimana ; Vb = Volume bahan bakar (cc) 2.6.4 Kecepatan Aliran Volumetric Efisiensi volumetris sangat mempengaruhi performance dari suatu motor bakar karena power output yang dihasilkan tergantung sekali besarnya terhadap jumlah udara yang dapat dihisap oleh piston oleh silinder. Va= 0,003536.D2

ho.Ta lt /s Pa

Dimana : D

= diameter orifice (mm)

Ho

= Beda tekanan pada orifice (Pa)

Ta

= Temperatur ruangan (K)

Pa

= Tekanan udara ( 1 Atm)


30

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

2.6.5

Massa aliran udara, ma (massa rate of flow)

ma= 0,00001232.D

ho.Pa ( Kg / s) Ta

Dimana : ma

= massa aliran udara (Kg/s)

2

D

= diameter orifice (mm)

Ho

= Beda tekanan pada orifice (Pa)

Ta

= Temperatur ruangan (K)

Pa

= Tekanan udara ( 1 Atm)

2.6.6 Effisiensi Volumetris, (ηvol)

ηvol =

60.k .Va x 100 % n.Vs

n

= Putaran mesin

k

= 2 untuk 4 langkah 1 untuk 2 langkah

Vs =

 .d 2 .s.N 4.10 6

d

= diameter piston (mm)

s

= panjang stroke (mm)

N

= jumlah silinder

2.6.7 Perbandingan Antara Udara Dengan Bahan Bakar (Air/ Fuel Ratio) Dalam pengujian mesin, pengukuran juga dilakukan terhadap laju aliran massa udara (mbb). Perbandingan antara keduanya berguna dalam mengetahui kondisi operasi mesin.


31

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Air/Fuel ratio (A/F) = ma mf Fuel /air ratio (F/A) = mf ma untuk relative air/Fuel ratio (λ) itu sendiri : λ = (A/F)aktual (A/F)stokiometri relative air/fuel ratio ini memberikan parameter informasi yang lebih guna menetapkan komposisi campuran udara-bahan bakar yang baik.(Ref : Heywood ,Internal Combustion Engine Fundamentals, hal : 71-72).

Jika : λ > 1 : maka campuran itu miskin akan bahan bakar λ < 1 : maka campuran itu kaya akan bahan bakar Jika oksigen yang dibutuhkan tercukupi, bahan bakar hidrokarbon dapat dioksidasi secara sempurna. Karbon didalam bahan bakar kemudian berubah menjadi karbondioksida (CO2) dan hidrogen menjadi uap air H2O. Jika jumlah udara yang diberikan kurang dari yang dibutuhkan secara stokiometrik maka akan terjadi campuran kaya bahan bakar. Produk dari campuran kaya bahan bakar adalah CO, CO2, H2O dan HC (hidrokarbon tidak terbakar). Jika jumlah udara yang diberikan lebih besar dari kebutuhan maka akan terjadi campuran miskin bahan bakar.


32

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

BAB III PROSEDUR PENGUJIAN

3.1 Diagram alir Metodologi Pengujian

STUDI PUSTAKA PERSIAPAN MESIN UJI DYNO TEST DYNOJET

PEMERIKSAAN DAN PENGETESAN MESIN

SERVICE MESIN UJI

KONDISI MESIN DALAM KEADAAN BAIK

Tidak

Ya PERSIAPAN PENGUJIAN

PELAKSANAAN PENGUJIAN DYNOTEST

PENGOLAH DATA DAN PEMBAHASAN

KESIMPULAN

Gambar 3.1. Diagram alir metodologi pengujian


33

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

3.2 Pengujian Prestasi Mesin Pengujian yang dilakukan pada sepeda motor Honda Impressa 100cc dititikberatkan pada perbandingan prestasi mesinnya yang didapat melalui penggunaan bahan bakar premium dan campuran air dengan zat kimia (KOH). Variabel-variabel yang diukur meliputi torsi, daya poros, putaran mesin, dan konsumsi bahan bakar spesifik. 3.3 Spefikasi Mesin Motor Otto Honda Impressa 100 cc, 4 Langkah,1 silinder dengan bahan bakar premium. Type

: 4 Langkah, 1 silinder, OHC, pendingin udara

Piston

: 50,0 mm

Stroke

: 49,5 mm

Swept Volume

: 97,1 cc

Compression Ratio

:8:1

Maxsimum Speed

: 9000 rpm

Indicator Tapping

: 1 cylinder

Diameter of exhaust pipe

: 22 mm

Length of exhaust pipe

: 1m

Colant oulted Temperatur

: 100 oC

Oil inlet temperatur

: 100 oC

Fuel

: Premium

Oil

: SAE 15 W / 40


34

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

3.4 Deskripsi Alat-alat Uji Alat yang digunakan dalam pengujian ini yaitu mesin DYNOTEST atau Dynamometer test. Alat ini digunakan untuk mendapatkan atau mengukur besaran nilai power dan torsi. Sistem dyno ada beberapa macam antara lain : 1. Engine Dyno: Poros output mesin langsung disambung ke alat Dyno, umumnya alat ini digunakan dipabrik kendaraan untuk mengukur performa mesin sebelum dipasang pada body/ chassis. 2. Chassis Dyno: Roda kendaraan memutar roller atau drum mesin dynotest Poros roda kendaraan langsung memutar mesin dynotest.

Gambar 3.2. Mesin dynotest


35

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Untuk menjalani Dynotest, ada beberapa persiapan yang perlu diperhatikan: 1. Memastikan mesin dalam kondisi yang fit / sehat: 2. Cek kondisi ban apakah layak pakai atau tidak. 3. Cek tekanan ban 4. Cek oli mesin apakah dalam kapasitas dan kondisi normal atau tidak 5. Cek busi apakah dalam kondisi normal atau tidak. 6. Memperhitungkan dengan baik modifikasi yang dibuat: misalnya mesin bertenaga besar dipasangkan pada rangka body tua dan lain-lain, yang mungkin saja bisa menyebabkan komponen patah atau kecelakaan lain. 7. Tersedia pemadam api di lokasi Dynotest: untuk antisipasi apabila terjadi kebakaran. 8. Mempersiapkan dana lebih: apabila terjadi kerusakan komponen mesin selama proses Dynotest. Pada bagian knalpot dipasangkan Wide Band Air/Fuel Ratio Sensor. Tujuannya untuk mendeteksi campuran bahan bakar vs udara saat proses dynotest berlangsung,

dicatat

secara

realtime

dari

1500

rpm

hingga

redline.

A/F R sensor ini penting untuk proses tuning performance. Tuner bisa mendapat informasi di RPM berapa mesin butuh lebih banyak bensin atau sebaliknya, sehingga mesin dapat bekerja secara optimal.

Gambar 3.3 Wide Band Air/Fuel Ratio Sensor


36

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Dynotest ini menggunakan sistem komputer sehingga hasil pengujian yang didapat dari pengujian lebih akurat.

Gambar. 3.4 Perangkat Komputer Dynotest 3.4.1

Tabung elektrolisis Tabung ini digunakan sebagai tempat terjadinya elektrolisis dimana

campuran air dan KOH dimasukan didalamnya. Elektroliser adalah teknologi yang telah berusia cukup lama, hampir 85 tahun. Sistem ini pertama kali dikembangkan oleh Nikola Tesla, dan dikembangkan lebih sempurna oleh Stanley A Meyer. Cara kerja Alat ini adalah dengan menggunakan tegangan 12 Volt searah secara langsung (straight DC) . Menggunakan Lilitan kawat Stainless Steel.

Gambar 3.5 Tabung tempat proses elektrolisis


37

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

3.4.2 Dioda (Rectifier) Dioda ini mempunyai 4 bagian yang terpisah antar dioda positif (+) dan dioda negative (-). Fungsi dioda ini adalah menyearahkan arus bolak-balik (AC) yang dihasilkan stator coil menjadi arus searah (DC).

Gambar 3.6 Dioda 3.4.2

Intake Manifold Intake manifold yang digunakan untuk alat ini harus dilubangi terlebih

dahulu sisi sampingnya sebagai tempat masuknya gas hidrogen ke ruang bakar yang dihubungkan oleh selang.

Gambar. 3.7 Intake Manifold 3.4.3

Pemasangan Alat Pemasangan alat ini cukup mudah. Apabila kendaraan motor yang

digunakan menggunakan sistem kelistrikan arus bolak-balik (AC) maka dioda pada bagian positif (1) dihubungkan langsung ke salah satu bagian plat yang ada


38

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

di tabung. Apabila plat ini telah dihubungkan dengan dioda positif maka plat tersebut jadi patokan plat positif. Kemudian dioda positif (2) dihubungkan ke sumber arus (Aki/ kabel stator coil). Untuk Dioda negative (1) hubungkan dengan plat yang ada ditabung, dan Dioda negative (2) dihubungkan ke massa bodi. Untuk dapat mengetahui dioda itu berfungsi dapat dengan memasang bola lampu pada dioda positif (1), apabila berfungsi maka pada saat kunci kontak pada posisi ON lampu tersebut menyala. Untuk kendaraan dengan sistem kelistrikan Arus searah (DC) boleh memakai dioda boleh tidak. Plat positif yang ada di tabung dihubungkan langsung ke sumber arus (Aki/kabel Kunci kontak ON) kemudian plat negative yang ada di tabung dihubungkan ke massa bodi.

(a). Rangkaian untuk sepeda motor

(b). Rangkaian untuk mobil

Gambar.3.8 Rangkaian pemasangan alat elektrolisis Sumber : www.bahan bakar air.com


39

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

3.5 Prosedur Menjalankan Mesin 1. Buka saluran bahan bakar dari tangki bahan bakar sampai ke mesin. 2. Check level bahan bakar. 3. Check pelumas. 4. Periksa kabel accu. 5. Putar kunci kontak ke posisi ON. 6. Start sampai mesin menyala dan alat elektrolisis bekerja. 7. Diamkan beberapa waktu (min 15 menit) pada idling speed untuk pemanasan.

Gambar 3.9 Pengujian Dynotest 3.6 Prosedur Pengujian Sebelum mengadakan pengamatan dan pengukuran oleh “individual testsheet” dan “main test sheet”. Pengkajian motor otto hendaknya dilaksanakan oleh beberapa orang :


40

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Orang pertama • Memimpin dan memberi komando saat mulai sampai selesainya pengamatan. • Mengamati putaran motor pada layar komputer. • Mengamati putaran motor pada revolution counter atau tachometer pada komputer serta melaksanakan pengukuran fuel consumtion dengan stop-watch Orang kedua • Menjalankan sepeda motor pada mesin dynotest. • Mengatur kecepatan mesin. • Memberitahukan kepada orang pertama apabila motor telah di dynotest atau pada saat terjadi kegagalan. Pengujian dilakukan di Laboratorium X dengan menggunakan suatu sistem pengujian yang terintegrasi terdiri dari mesin dynotest, dan pengkondisian udara. Mesin diinstal diatas suatu konstruksi dengan dudukan yang dibuat sedimikian rupa dibuat agar tahan getaran, dan aman pada saat dilakukan pengujian. 3.6.1 Pengukuran Konsumsi Udara Efisiensi volumetris sangat mempengaruhi performance dari suatu motor bakar karena power output yang dihasilkan tergantung sekali besarnya terhadap jumlah udara yang dapat dihisap oleh piston oleh silinder. Pengukuran jumlah udara yang dihisap dilaksanakan dengan air consumpsion motor, dengan prinsip mengukur pressure drey dari aliran udara yang melalui suatu orifice yang telah diketahui diameter dari koefisien of dichargenya dan kemudian menghitung kecepatan aliran udara yang melewati orifice tersebut. Pengukuran pressure drop dilaksanakan dengan manometer.


41

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

3.7 Tujuan Pengujian Tujuan pengujian ini adalah untuk mengetahui performance (prestasi) dari pada motor bensin yang diuji, pengujian dilakukan dua kali. Pertama pengujian dengan tidak menggunakan alat elektrolisis kemudian yang ke dua pengujian dengan menggunakan alat elektrolisis. Pengujian dilakukan pada berbagai kecepatan putaran yaitu dari putaran rendah 1000 rpm sampai dengan putaran tinggi yaitu putaran 10.000 rpm kemudian hasil pengujian digambarkan dalam bentuk grafik.

3.8 Grafik Test Pengujian yang dilakukan ini menghasilkan grafik, grafik hasil test ini sangat berguna untuk menganalisis karakteristik dari proses pembakaran yang terjadi dalam mesin. Dengan demikian kondisi mesin dapat diketahui apakah ada gangguan atau tidak. Pada pengujian dynotest ini dilakukan putaran mesin mulai dari putaran idling hingga putaran penuh dan kembali lagi ke idling akan direkam oleh alat uji dan ditampilkan dalam bentuk grafik.


42

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

BAB IV DATA PENGUJIAN DAN ANALISA DATA

4.1 Data Hasil Pengujian Data pengujian diambil dari laboratorium yang telah dilakukan pengujian di laboratorium PT. TRI MENTARI NIAGA CDI manufacturing Cibinong-Bogor dengan menggunakan mesin dynotest. Hasil yang didapat dari pengujian adalah nilai yang muncul dari hasil test kemudian di catat oleh komputer secara otomatis.

Tabel 4.1 Data Hasil Torsi dan Daya Pengujian Bahan Bakar Premium dengan dynotest Putaran mesin

Daya/Power

Torque

Waktu

(RPM x1000)

(Hp)

ft-lbs

(s)

4,00

3,45

4,53

1,02

5,00

4,26

4,48

2,04

6,00

5,20

4,55

3,01

7,00

5,75

4,31

4,01

8,00

5,93

3,90

5,12

9,00

5,53

3,23

6,45


43

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Tabel 4.2 Data Hasil pengujian Torsi dan Daya Bahan bakar campuran Air dan KOH dengan dynotest Putaran mesin

Daya/Power

Torque

Waktu

(RPM x1000)

(Hp)

ft-lbs

(s)

4,00

3,33

4,38

0,92

5,00

4,21

4,42

1,98

6,00

5,12

4,48

2,96

7,00

5,65

4,24

3,98

8,00

5,64

3,71

5,13

9,00

5,52

3,22

6,47

4.2 Perhitungan Tekanan Efektif Rata-rata Tekanan Efektif rata-rata diperoleh : Bmep = w x 1000 x 60 x n LxAxNxc

Dimana : Bmep

= Tekanan efektif rata-rata (kpa)

W

= Daya ( KW)

n

= Jumlah putaran engkol untuk setiap langkah kerja (2 untuk siklus 4 langkah ; 1 untuk siklus 2 langkah)

N

= Putaran mesin (rpm)

A

= Luas Silinder

L

= Panjang Langkah

C

= Jumlah Piston


44

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

1.

Dik : Daya hasil pengujian menggunakan premium W min

= 3.45 HP = 2,57 KW ...............(tabel 4.1) (1 HP = 0,746 KW)

W max

= 5,93 HP = 4,42 KW ...............(tabel 4.1) (1 HP = 0,746 KW)

L

= 49,5 mm = 0,0495 m

A

= πr2 dengan Diameter piston 50 mm = 0,05 m = 3,14 x 0.0252 = 0.0019 m2

c

= jumlah piston tunggal

N

= Putaran mesin rpm

a.) Pada Putaran rendah (N = 4000 rpm) dan Daya Rendah = 2,57 KW bmep =

2,57 x1000 x60 x 2 = 819,78 Kpa 0,0495x0,0019 x 4000 x1

b.) Pada Putaran Tinggi (N = 9000 rpm) dan Daya Tinggi = 4,42 KW bmep =

4,42 x1000 x60 x 2 = 626,61 Kpa 0,0495x0,0019 x9000 x1

2. Dik : Daya hasil pengujian menggunakan campuran Air dan KOH W min

= 3.33 HP = 2,48 KW ...............(tabel 4.1) (1 HP = 0,746 KW)

W max

= 5,65 HP = 4,21 KW ...............(tabel 4.1) (1 HP = 0,746 KW)

a.) Pada Putaran rendah (N = 4000 rpm) dan Daya Rendah = 2,48 KW bmep =

2,48 x1000 x60 x 2 = 791,06 Kpa 0,0495x0,0019 x 4000 x1

b.) Pada Putaran Tinggi (N = 9000 rpm) dan Daya Tinggi = 4.21 KW bmep =

4,21x1000 x60 x 2 = 596,84 Kpa 0,0495x0,0019 x9000 x1


45

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

4.3 Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Pemakaian bahan bakar, BFC (Brake Fuel Consumtion) BFC =

3600 xVb ( lt /Jam) t Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Air Fuel Rasio (AFR) (Premium) dengan dynotest Putaran mesin

Air/ fuel

Waktu

(RPM x1000)

AFR

(s)

4,00

13,96

0,54

5,00

13,24

0,87

6,00

12,76

1,28

7,00

12,59

1,65

8,00

12,90

2,01

9,00

12,61

2,42

1. Perhitungan konsumsi bahan bakar (premium) Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian laju Konsumsi Bahan bakar (premium) dengan stopwatch Putaran mesin (RPM x1000) 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00

Waktu (det/2 cc) 9 8,8 8,3 6,7 6,1 5,8

a. Pada Putaran minimum (4000 rpm) Vb ( volume Bahan Bakar)

= 2 cc = 0,002 L ( hasil pengukuran gelas ukur

bahan bakar) t

= 9 det ( hasil pengukuran dengan stopwatch).........Tabel 4.4


46

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

BFCmin =

3600x0,002 = 0,8 lt/jam 9

b. Pada Putaran maksimum (9000 rpm) t

= 5,8 dt ( hasil pengukuran dengan stopwatch).........Tabel 4.4

BFCmax =

3600x0,002 = 1,2 lt/jam 5,8

2. Perhitungan konsumsi bahan bakar campuran, air dengan zat kimia (KOH) Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian laju Konsumsi Bahan bakar (premium) dengan stopwatch Waktu (det/2 cc) 9,2 8,5 8,3 6,5 6,3 6,1

Putaran mesin (RPM x1000) 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00

Sebanyak 5 gram KOH dan 150 ml H2O KOH + H2O → K+ OH- + H2O ∑mol KOH =

5 grKOH MrKOH

Mr : K = 1 x massa atom K = 1 x 39 = 39 O = 1 x massa atom O = 1 x 16 = 16 H = 1 x massa atom H = 1 x 1 = 1

+

Mr KOH = 56 ∑mol KOH =

5grKOH = 0,089 mol x 22,4 = 1,99 L 56

Vb = Vb premium / Vb air dan KOH


47

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Vb =

0,002l = 0,001 L 1,99l

a. Pada Putaran minimum (4000 rpm) t

= 9,2 dt ( hasil pengukuran dengan stopwatch).........Tabel 4.5 3600xVb 3600x0,001 = = 0,3 (lt/jam) 9,2 9,2

BFCmin=

b. Pada Putaran maksimum (9000 rpm) t

= 6,1 dt ( hasil pengukuran dengan stopwatch).........Tabel 4.5

BFCmax =

3600xVb 3600x0,001 = = 0,5 (lt/jam) 6,1 6,1

Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Air Fuel Rasio (AFR) Campuran Bahan bakar air dengan zat kimia (KOH) dengan dynotest Putaran mesin

Air/ fuel

Waktu

(RPM x1000)

AFR

(s)

4,00

13,49

0,49

5,00

13,43

0,84

6,00

13,30

1,21

7,00

13,25

1,61

8,00

13,66

2,02

9,00

13,16

2,51

4.4 Pemakaian bahan bakar spesifik ( Break spesifik fuel consumption) 1. Untuk Pemakaian bahan bakar (premium) a. Pada Daya Minimum ( 2,57 KW) BSCF =

BFC min ( lt/kw-jam) Daya min

BSCF =

0,8 = 0,31 (lt/kw-jam) 2,57


(Daya didapat dari tabel 4.1)

48

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

b. Pada Daya Maksimum ( 4,42 KW) BSCF =

BFC max ( lt/kw-jam) Daya max

BSCF =


1,2 = 0,27 (lt/kw-jam) 4,42

2. Untuk Pemakaian bahan bakar campuran, air dengan zat kimia (KOH) a. Pada Daya Minimum ( 2,48 KW) BSCF =

BFC min ( lt/kw-jam) Daya min

BSCF =

0,3 = 0,12 (lt/kw-jam) 2,48


2. Pada Daya Maksimum ( 4,21 KW) BSCF =

BFC max ( lt/kw-jam) Daya max

BSCF =


0,5 = 0,11 (lt/kw-jam) 4,21

4.5 Kecepatan aliran volumetric, Va (volumetric rate of flow) 1. Untuk Bahan Bakar Premium Va= 0,003536.D2

ho.Ta lt /s Pa

D = diameter orifece = 22.3 mm (Diketahui dari alat uji) 1 cmH2O = 98,1 Pa ho = beda tekanan pada orifice 1,17 cmH2O x 98,1 Pa = 114,77 Pa Ta = Temperatur ruangan =34 + 273 = 307 K Pa = 1 atm = 760 mmHg = 101,325 kpa = 101325 Pa


49

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Va= 0,003536.22,32

114,77x307 = 1,036 lt/s 101325

- Massa aliran udara, ma (massa rate of flow) ma= 0,00001232.D2

ho.Pa ( Kg / s) Ta

ma= 0,00001232.22,32

114,77x101325 = 1,192 kg/s 307

- Effisiensi Volumetris, (ηvol) ηvol =

60.k .Va x 100 % n.Vs

n

= Putaran mesin

nmin

= 4000 rpm

Vs =

 .d 2 .s.N 4.10 6

d

= diameter piston = 50 mm

s

= panjang stroke = 49,5 mm

N

= jumlah silinder = 1

Vs =

ηvol = -

 .50 2.49,5.1 = 0,097 4.10 6 60.2.1,036 x 100 % = 32,04 % 4000.0,097

pada putaran maksimum (9000 rpm)

ηvol =

60.2.1,036 x 100 % = 14,42 % 9000.0,097


50

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

2. Untuk Bahan Bakar campuran menggunakan air dan zat kimia (KOH) Va= 0,003536.D2

ho.Ta lt /s Pa

D = diameter orifece = 22.3 mm (Diketahui dari alat uji) 1 cmH2O = 98,1 Pa ho = beda tekanan pada orifice 1,10 cmH2O x 98,1 Pa = 107,91 Pa Ta = Temperatur ruangan =34 + 273 = 307 K Pa = 1 atm = 760 mmHg = 101,325 kpa = 101325 Pa

Va= 0,003536.22,32

107,91x307 = 1,005 lt/s 101325

- Massa aliran udara, ma (massa rate of flow) ma= 0,00001232.D2

ho.Pa ( Kg / s) Ta

ma= 0,00001232.22,32

107,91x101325 = 1,156 kg/s 307

- Effisiensi Volumetris, (ηvol) ηvol =

60.k .Va x 100 % n.Vs

n

= Putaran mesin

nmin

= 4000 rpm

Vs =

 .d 2 .s.N 4.10 6


51

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Vs =

ηvol = -

 .50 2.49,5.1 = 0,097 4.10 6 60.2.1,005 x 100 % = 31,08 % 4000.0,097

pada putaran maksimum (9000 rpm)

ηvol =

60.2.1,005 x 100 % = 13,81 % 9000.0,097

4.6 Grafik dan Analisa 4.6.1

Hubungan putaran dan Torsi Poros Grafik Hubungan putaran dan Torsi Poros Bahan bakar Premium

Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Putaran terhadap Torsi Hasil Pengujian Dynotest


52

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Hubungan antara putaran dengan torsi roda membentuk parabolik. Pada putaran rendah torsi yang dihasilkan besar dan semakin menurun pada kecepatan yang lebih tinggi. Penurunan torsi pada putaran tinggi ini terjadi karena pengaruh penutupan katup hisap dan buang tidak menutup secara sempurna yang dikarenakan waktu yang sangat singkat pada putaran tinggi, juga karena perbedaan roda gigi rasio antara kecepatan rendah sampai tinggi. Grafik ini juga menghubungkan putaran dengan daya dari grafik tersebut terlihat bahwa pada putaran rendah daya yang dihasilkan juga rendah.sedangkan pada putaran tinggi maka semakin besar pula daya yang dihasilkan. ini dikarenakan pada saat putaran tinggi mesin semakin tinggi juga kebutuhan bahan bakar dan semakin tinggi daya yang dihasilkan.

Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Putaran terhadap Torsi Menggunakan campuran air dan KOH Hasil Pengujian Dynotest


53

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Dari hasil pengujian yang didapat dari mesin dynotest ternyata suatu campuran juga dapat mempengaruhi nilai dari torsi tersebut, ternyata dengan penggunaan bahan bakar campuran ini torsi yang dihasilkan lebih rendah dengan yang tanpa menggunakan campuran. Nilai torsi maksimum dengan menggunakan campuran ini 4,56 ft-lbs = 5,95 Nm dibandingkan dengan nilai torsi tanpa campuran air dan KOH dengan nilai Torsi Maksimum 4,69 ft-lbs = 6,12 Nm. Dan untuk hasil daya maksimum yang dihasilkan oleh bahan bakar tanpa campuran sebesar 5,96 HP= 4,44 KW sedangkan daya maksimum yang dihasilkan oleh bahan bakar campuran sebesar 5,76 HP = 4,29 KW.

4.3.2

Hubungan Putaran dengan air fuel rasio Grafik Hubungan putaran dengan AFR bahan bakar tanpa campuran air dan KOH

Gambar 4.3 Grafik Hubungan putaran dengan AFR bahan bakar tanpa campuran air dan KOH Hasil Pengujian Dynotest


54

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Nilai AFR merupakan nilai perbandingan antara laju konsumsi udara dengan laju konsumsi bahan bakar. AFR ini sangat menentukan saat proses pembakaran, dengan AFR ini dapat diketahui proses pembakaran yang terjadi di mesin apakah terjadi pembakaran kaya atau pembakaran miskin. Nilai pembakaran AFR ini biasanya menunjukkan angka 14,7, untuk pembakaran miskin berarti udara > dari angka 14,7 atau kelebihan udara. Sedangkan pembakaran kaya udara < dari angka 14,7 atau kelebihan bahan bakar. Dari hasil pengujian Dynotest grafik diatas menunjukkan bahwa pada putaran rendah terjadi pembakaran kaya karena nilai grafik belum melebihi angka 14,7 dan pada putaran tinggi juga grafiknya semakin menurun ini menunjukkan pada putaran tinggi suplai bahan bakar lebih banyak dari pada udara. Grafik hubungan putaran dengan AFR bahan bakar campuran air dan KOH

Gambar 4.4 Grafik hubungan putaran dengan AFR bahan bakar campuran air dan KOH Hasil Pengujian Dynotest


55

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Dari Grafik diatas menunjukkan bahwa AFR dari penggunaan bahan bakar campuran ini berbeda sekali dengan penggunaan bahan bakar tanpa campuran. Grafik diatas menunjukkan bahwa proses pembakaran diatas termasuk pembakaran kaya. Tapi dibandingkan dengan penggunaan bahan bakar tanpa campuran penggunaan bahan bakar campuran air dan KOH ini lebih stabil. Pada putaran rendah nilai AFR nya 13,49 sedangkan yang tanpa penggunaan campuran nilai AFR nya 13,96. Untuk putaran maksimum dengan penggunaan bahan bakar campuran nilai AFR nya 13,26 dan untuk nilai AFR tanpa menggunakan campuran pada putaran tinggi sebesar 12,61. Ini menunjukkan bahwa menggunakan bahan bakar campuran lebih irit dibandingkan tanpa menggunakan campuran.


56

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan Dari hasil analisa pengujian dari penggunaan bahan bakar campuran air dan zat kimia (KOH) dengan yang tidak menggunakan campuran bahan bakar terhadap prestasi kerja mesin adalah sebagai berikut : 1. Penggunaan bahan bakar campuran air dengan zat kimia (KOH) untuk suplai bahan bakar Pada putaran rendah nilai AFR nya 13,49 sedangkan yang tanpa penggunaan campuran nilai AFR nya 13,96. Untuk putaran maksimum dengan penggunaan bahan bakar campuran nilai AFR nya 13,26 dan untuk nilai AFR tanpa menggunakan campuran pada putaran tinggi sebesar 12,61. Ini menunjukkan bahwa menggunakan bahan bakar campuran lebih irit dibandingkan tanpa menggunakan campuran. 2. Penggunaan bahan bakar campuran air dengan zat kimia (KOH) untuk Torsi dan daya yang dihasilkan lebih rendah dibanding dengan torsi dan daya mesin yang tidak menggunakan campuran. Nilai torsi maksimum dengan menggunakan campuran ini 4,56 ft-lbs = 5,95 Nm dibandingkan dengan nilai torsi tanpa campuran air dan KOH dengan nilai Torsi Maksimum 4,69 ft-lbs = 6,12 Nm. Dan untuk hasil daya maksimum yang dihasilkan oleh bahan bakar


57

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

tanpa campuran sebesar 5,96 HP= 4,44 KW sedangkan daya maksimum yang dihasilkan oleh bahan bakar campuran sebesar 5,76 HP = 4,29 KW. 3. Berdasarkan pengujian dan analisa yang didapat, ternyata penggunaan campuran tersebut sangat berdampak bagi prestasi kerja mesin. Untuk Performance mesin yang baik lebih baik menggunakan bahan bakar sesuai yang telah di tetapkan oleh kapasitas mesin tersebut. 5.2 Saran 1. Perlu dilakukan pengujian lebih lanjut untuk bahan bakar alternatif lainnya sehingga didapat komposisi yang baik untuk kendaraan. 2. Pada Pengujian ini dilakukan dengan mesin dynotest sehingga data yang dihasilkan lebih akurat, karena mesin ini masih jarang di temui untuk itu ke depan perlu di perbanyak tempat lokasi dynotest tersebut. 3. Pada saat pengujian dynotest ini kondisi kendaraan harus benar-benar dalam keadaan baik, agar apabila di uji dalam putaran rendah sampai dengan putaran maksimum kendaraan tersebut tidak terjadi masalah.


58

TEKNIK MESIN

DAFTAR PUSTAKA

1. Arends, BPM, H Berenschot, “Motor Bensin”, Erlangga. Jakarta. 1980. 2. Arismunandar, Wiranto, “Penggerak Mula Motor Bakar Torak”, Edisi keempat ITB Bandung, 1988. 3. Heywood, John B, “ Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw Hill Book Company, Singapore, 1988. 4. Maleev, V.L, “ Internal-Combustion Engines”, McGraw Hill Book Company, Singapore 1973. 5. Mathur M.L, Sharma R.P “ A Course in Internal Combustion Engine”, Published by J.C Kapur, for Dhanpat Rai & Sons. Nai Sarak, Delhi, 1980. 6. McKetta, John J, “ Encyclopedia of chemical processing and design”. Volume 20 Marcel Dekker Inc. Newyork. 7. PPDN, Direktorat, “Kutipan Spesifikasi dirjen Migas ; Bahan Bakar Minyak, Bahan Bakar khusus, bahan bakar Gas Elpiji, dan lampiran”, Pertamina. Jakarta 2003 8. Http:// www.Bahan bakar air.com Juni ; 16:15 WIB 9. http://id.wikipedia.org Juni : 14 :10 WIB

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR. ANALISA PENGGUNAAN CAMPURAN BAHAN BAKAR, AIR DENGAN ZAT KIMIA (KOH) PADA MOTOR HONDA IMPRESSA 100 cc

Recommend Documents