Tugas Akhir
Pengaruh Penggunaan Tabung Elektrolizer Pada Mesin 4 Langkah berbahan bakar Alkohol
Diajukan untuk memenuhi Persyratan kurikulum sarjana strata satu ( S-1 )
Disusun oleh : NAMA
: RUDI PURBOWO
NIM
: 01303-026
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA 2009 Universitas Mercu Buana
1
Tugas Akhir
LEMBAR PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan dibawah ini :
NAMA
: RUDI PURBOWO
NIM
: 01303-026
JURUSAN
: TEKNIK MESIN
FAKULTAS
: TEKNOLOGI INDUSTRI
Menyatakan dengan sesungguh – sungguhnya dan sebenar – benarnya bahwa Tugas Akhir yang saya buat dan susun ini adalah hasil pemikiran serta karya saya sendiri. Tugas Akhir ini tidak dibuat oleh pihak lain, duplikat baik sebagian atau keseluruhan. Kutipan – kutipan diambil hanya dari referensi yang telah disebutkan sumbernya.
Jakarta, 15 April 2009
( Rudi Purbowo )
Universitas Mercu Buana
2
Tugas Akhir
LEMBAR PENGESAHAN
Tugas Akhir ini diajukan untuk memenuhi Persyaratan kurikulum sarjana strata satu (S-1) Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu buana Jakarta 2009
Dengan Judul Tugas Akhir :
“Pengaruh Penggunaan Tabung Elektrolizer Pada Mesin 4 Langkah berbahan bakar Alkohol” Disusun oleh : Nama
: RUDI PURBOWO
NIM
: 01303-026
Laporan ini telah disetujui dan disahkan oleh :
Mengetahui Koordinator Tugas akhir
Dr. Abdul Hamid, M.Eng
Universitas Mercu Buana
Dosen Pembimbing
Ir. Yuriadi Kusuma Mse
3
Tugas Akhir
DAFTAR ISI
LEMBAR PERNYATAAN LEMBAR PENGESAHAN DAFTAR ISI .................................................................................................................
i
ABSTRAK .....................................................................................................................
iv
KATA PENGANTAR ..................................................................................................
vi
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................
vii
DAFTAR TABEL .........................................................................................................
viii
DAFTAR NOTASI .......................................................................................................
ix
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang ..................................................................................
1
I.2. Tujuan Penulisan ...............................................................................
2
I.3.
Batasan Masalah .................................................................................
2
I.4.
Metode Penulisan ..............................................................................
3
I.5.
Sistematika Penulisan ...........................................................................
3
LANDASAN TEORI II.1. Motor Bensin .....................................................................................
6
II.1.1.
Bagian -Bagian Mesin .........................................................
6
II.1.2.
Prinsip Kerja Motor Bensin ...............................................
9
II.2. Siklus Otto ..........................................................................................
11
II.3. Hubungan Antara Rasio Kompresi dan Nilai Oktan Bahan Bakar ...
12
II.4. Proses Pembakaran Pada Motor Bensin ...........................................
14
II.5. Sistem Karburator ..............................................................................
15
II.6. Tabung Elektrolizer ..........................................................................
17
II.7. Hubungan Motor Bakar Dengan Alkohol ............................................
18
i Universitas Mercu Buana
4
Tugas Akhir
II.7.1.
Pengertian Alkohol ............................................................
18
II.7.2.
Jenis – jenis Alkohol ..........................................................
19
II.7.3.
Pengaruh Alkohol Terhadap Performa Mesin ...................
20
II.8. Pengaruh Alkohol Terhadap Sistem Bahan Bakar ............................
21
II.9. Konsep Dasar Perpindahan Panas .....................................................
23
II.9.1.
BAB III
Koefisien Perpindahan Panas .............................................
25
II.10. Parameter Yang Mempengaruhi Kemampuan mesin .......................
28
II.10.1. Torsi (T) ............................................................................
28
II.10.2. Daya Poros .........................................................................
29
II.10.3. Konsumsi Bahan Bakar (Fc) .............................................
29
II.10.4. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik ......................................
30
II.10.5. Efisiensi Termal .................................................................
30
METODE PENGUJIAN III.1. Deskripsi Alat Uji .............................................................................
31
III.2. Jenis Bahan Bakar Yang Digunakan .................................................
33
III.3. Alat-alat Pengujian ............................................................................
33
III.4. Batasan Pengujian .............................................................................
34
III.5. Prosedur Pengujian ...........................................................................
35
III.5.1. Persiapan Pengujian ...........................................................
36
III.5.2. Cara Menghidupkan Mesin ................................................
36
III.5.3. Prosedur Pengambilan Data ...............................................
37
III.5.4. Prosedur Mematikan Mesin ...............................................
38
III.5.5. Instalasi Pengujian Mesin ..................................................
38
ii Universitas Mercu Buana
5
Tugas Akhir
BAB IV
BAB V
PERHITUNGAN DAN ANALISA HASIL PENGUJIAN IV.1. Data Hasil Pengujian .........................................................................
40
IV.2. Perhitungan Hasil Pengujian .............................................................
41
IV.2.1. Perhitungan Hasil Pengujian 1 Tabung Elektrolizer ..........
42
IV.2.2. Perhitungan Hasil Pengujian 2 Tabung Elektrolizer ..........
45
IV.3. Analisa Data Hasil Perhitungan ........................................................
48
IV.3.1. Torsi ...................................................................................
48
IV.3.2. Daya Poros .........................................................................
50
IV.3.3. Konsumsi Bahan Bakar ......................................................
51
IV.3.4. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik ......................................
52
IV.3.5. Efisiensi Thermal ...............................................................
54
KESIMPULAN DAN SARAN V.I. Kesimpulan .......................................................................................
55
V.2. Saran .................................................................................................
57
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
iii Universitas Mercu Buana
6
Tugas Akhir
ABSTRAK
Tabung elektrolizer adalah alat yang berfungsi untuk mengubah air menjadi sumber energi, dicampur dengan zat kimia berupa kalium hidroksida (soda kue). Gas hidrogen yang dihasilkan mampuh menambah oktan bahan bakar sehingga bahan bakar menjadi mudah terbakar. Air yang sudah dicampur bahan kalium hidroksida kemudian dihubungkan dengan elektroda agar unsur oksigen dan hidrogen dalam air tersebut terurai, setelah itu unsur hidrogennya yang mudah terbakar dijebak dan diambil sebagai sumber tanaga. Untuk 1 tabung elektrolizer pada putaran terendah menghasilkan daya sebesar 0,92 kW dan pada putaran tertinggi sebesar 4,62 kW sedangkan untuk 2 tabung elektrolizer pada putaran terendah menghasilkan daya poros sebesar 1,38 kW dan pada putaran tertinggi sebesar 5,1 kW. Konsumsi bahan bakar untuk 1 tabung elektrolizer putaran terendah sebesar 0,36 kg/jam dan putaran tertinggi sebesar 0,69 kg/jam sedangkan untuk 2 tabung elektrolizer putaran terendah sebesar 0,37 kg/jam dan putaran tertinggi sebesar 0,72 kg/jam. Konsumsi bahan bakar untuk 1 tabung elektrolizer lebih tinggi dibandingkan untuk 2 tabung elektrolizer. Untuk pemakaian bahan bakar spesifiknya lebih irit dan juga dapat meningkatkan performa atau daya mesin pada kendaraan bermotor jika menggunakan bahan bakar alkohol. Kata kunci : Tabung elektrolizer, air, zat kimia, elektroda
iv Universitas Mercu Buana
7
Tugas Akhir
KATA PENGANTAR
Syukur saya panjatkan ke hadirat Allah.swt yang telah memberikan rahmat, hidayah serta karunia-Nya kepada saya hingga dapat menyelesaikan penyusunan laporan Tugas Akhir ini. Laporan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk kelulusan jenjang pendidikan Strata satu ( S1 ) pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana Jakarta. Dalam Penulisan Tugas Akhir ini, penulis telah banyak mendapat bantuan dan bimbingan baik secara moril maupun material seingga terselesaikannya penyusunan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari hal tersebut sebab tanpa bantuan dari pihak lain Tugas Akhir ini tidak akan selesai. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Allah. SWT yang selalu memberikan kesehatan akal, rahmat hidayah serta karuniaNya. 2. Kedua Orang Tua ku, saudara-saudaraku dan semua keluargaku
yang selalu
memberikan doa, kasih sayang dan kepercayan. Terima kasih atas dorongan moril ataupun materil sehingga memotivasi saya untuk menyelesaikan penyusunan laporan ini. 3. Bapak Ir. Yuriadi Kusuma M.Eng, selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk untuk memberikan bimbingan dan pengarahan kepada penulis hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini. 4. Bapak Firman & Bapak Mantri selaku Lab Mesin
v Universitas Mercu Buana
8
Tugas Akhir
5. Semua anak-anak teknik mesin khususnya angkatan 2003 (Kopral. ST, Jali. ST, Ari. ST, Riswan. ST), yang selalu membantu dalam penulisan Tugas Akhir ini, baik materi maupun secara moril. 6. Semua Alumni dan Mahasiswa Teknik Mesin seluruh angkatan, senang bisa kenal kalian semua. 7. Semua yang tidak bisa disebutin satu-satu baik Rektor, Dekan, Dosen, karyawan, dan semua mahasiswa mahasiswi UMB khususnya Fakultas Teknologi Industri. Terima kasih semuanya. 8. Mae yang telah membantu penulis dalam memperbaiki Laporan Tugas Akhir ini. Saya menyadari Laporan Tugas Akhir ini jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu saran dan kritik yang membangun sangat kami harapkan. Kiranya laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Amien.
Jakarta, 5 Juni 2009
Penulis
vi Universitas Mercu Buana
9
Tugas Akhir
DAFTAR GAMBAR
Gambar . 2.1. Piston Gambar 2.2. Batang Penggerak Gambar 2.3
Sikius Motor Bensin 4 langkah
Gambar 2.4
Siklus Otto Udara Standar
Gambar 2.5
Karburator
Gambar 2.6
Tabung Elektrolizer
Gambar 3.1.
Tachometer
Gambar 3.2.
Dynamometer
Gambar 3.3.
Alat Ukur Pemakaian Bahan Bakar
Gambar 3.4.
Termometer Suhu
Gambar 3.5.
Diagram alir pengujian
Gambar 3.6.
Skema Instalasi Pengujian Mesin
vii Universitas Mercu Buana
10
Tugas Akhir
DAFTAR TABEL
Tabel 2.8.A.
Perbedaan Sifat Bensin dengan Gasohol
Tabel 3.1.
Data Spesifikasi Honda Astrea Legenda
Tabel 4.1
Data Hasil Pengujian 1 Tabung Elektrolizer
Tabel 4.2
Data Hasil Pengujian 2 Tabung Elektrolizer
Tabel 4.3.
Data Hasil Perhitungan 1 Tabung Elektrolizer
Tabel 4.4.
Data Hasil Perhitungan 2 Tabung Elektrolizer
viii Universitas Mercu Buana
11
Tugas Akhir
DAFTAR NOTASI SIMBOL
KETERANGAN
SATUAN
A
Luas penampang
m2
d
diameter tabung
m
Cp
Koefisien perpindahan panas karena tekanan
F
Beban Dynamometer
Fc
Konsumsi bahan bakar
kg/jam
k
Konstanta
W/m/K
LHV
kJ/kg.K N
Nilai kalor bawah bahan bakar
20930 kJ/kg
m
Laju aliran massa
kg/s
n
Putaran mesin
rpm
Ne
Daya poros
kW
r SFC T
Lengan Dynamometer
m
Pemakaian bahan bakar spesifik
kg/jam.kW
Torsi
Nm
Tb2
Suhu Alkohol setelah melewati pemanas
o
C
Tb1
Suhu Alkohol sebelum melewati pemanas
o
C
tb
Waktu pemakaian bahan bakar
dtk
Vb
Volume pemakaian bahan bakar
m
3
ρ
masa jenis bahan bakar
kg/m3
ρb
Massa jenis bahan bakar
kg/m
η th
Efisiensi Thermal
µm
Kecepatan rata-rata
3
% m/s
ix Universitas Mercu Buana
12
Tugas Akhir
BAB I PENDAHULUAN
I.1.
Latar Belakang Sebagai konsekwensi dari lajunya tingkat pembangunan di dalam negeri, serta akibat
dari situasi politik dunia, dirasakan kini makin meningkatnya harga dan langkanya minyak bumi. Untuk itu penulis melihat semakin dibutuhkan usaha-usaha pencarian dan pemanfaatan sumber energi lain yang non minyak. Alkohol merupakan salah satu dari sekian banyak sumber energi pengganti, antara lain : tenaga air, panas matahari, batu bara, angin, nuklir, dan lain-lain. Dalam hal ini dipilih alkohol sebagai alternatif pengganti bahan bakar bensin premium atas pertimbangan – pertimbangan sebagai berikut : ¾ Alkohol merupakan bahan bakar yang renewable (dapat diperbaharui dari waktu ke waktu). ¾ Sifat–sifat alkohol yang mirip dengan gasoline sehingga masih memungkinkan masih dapat dipergunakan pada mesin piston 4 langkah dengan melakukan sedikit modifikasi yang di butuhkan.
Universitas Mercu Buana
1
Tugas Akhir
¾ Karena alkohol dapat di produksi dari biomass, antara lain umbi–umbian maka pemakaian alkohol sebagai bahan bakar akan memberikan dampak lingkungan yang positif. Bertolak dari berbagai kepositipan dalam berbagai permasalahan di atas, maka baik didalam maupun diluar negeri usaha-usaha penelitian yang dilaksanakan semakin mendekati saat nyata pemakaian alkohol. Dari berbagai penelitian terdahulu tentang alkohol, diperoleh kesimpulan tentang kemampuan suatu kendaraan berbahan bakar alkohol adalah amat memadai, pengaruh pencemaran juga lebih ramah dibandingkan dengan gasoline. Apalagi jika kita bandingkan terhadap bahan baku pembuat alkohol yang tersedia berlimpah-limpah serta amat bervariasi, yang selama ini bersumber dari energi yang kurang dimanfaatkan, seperti ketela pohon serta umbi jalar. I.2.
Tujuan Penulisan Dalam penulisan Tugas Akhir ini memiliki beberapa tujuan dalam penelitian, antara
lain: a. Agar dapat memperdalam pengetahuan dalam bidang otomotif khususnya motor bakar empat langkah dan yang berhubungan baik secara langsung maupun tidak langsung. b. Agar dapat mengetahui faktor-faktor apa saja yang akan mempengaruhi kemampuan suatu mesin bensin pada saat pengujian bahan bakar alkohol deangan bensin premium. I.3.
Batasan Masalah Dalam penyusunan Tugas Akhir ini penulis hanya membahas sebatas ruang lingkup
performance mesin bensin pada saat ” Pengaruh Penggunaan Tabung Elektrolizer Pada Mesin 4 Langkah berbahan bakar Alkohol” yang juga sekaligus menjadi judul dari Tugas Akhir ini.
Universitas Mercu Buana
2
Tugas Akhir
I.4.
Metode Penulisan Metode penulisan yang digunakan oleh penulis dalam menyusun Tugas Akhir ini dilakukan melalui metode : a. Studi pustaka b. Experimen c. Pengumpulan dan analisa data d. Kesimpulan
I.5.
Sistematika Penulisan Sistematika penulisan yang digunakan mencakup keseluruhan isi penulisan yang diuraikan dalam tiap bab. Sistematika penulisan dibuat sebagai berikut :
BAB I
PENDAHULUAN Berisikan latar belakang, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II
LANDASAN TEORI Berisikan teori dasar motor bensin menggunakan bahan bakar bensin premium
dan juga menggunakan bahan bakar alkohol, spesifikasi motor bensin, semua pembahasan tentang motor bensin bahan bakar bensin premium dan juga menggunakan bahan bakar alkohol. BAB III
METODE PENGUJIAN Membahas tentang persiapan, pengumpulan dan pengolahan data yang didapatkan
dari motor bensin tersebut. Dalam bab ini juga akan dibahas alat yang digunakan dalam pengujian, prosedur pengujian dan pengambilan data pada masing- masing pengujian.
Universitas Mercu Buana
3
Tugas Akhir
BAB IV
PERHITUNGAN DAN ANALISA HASIL PENGUJIAN Berisikan tentang perhitungan dan analisa data- data hasil dari analisa yang didapat
dari motor bensin tersebut. Selain itu juga akan diketahui faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi kerangka dari pengujian motor bensin tersebut. BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN Berisikan tentang kesimpulan dan saran. Kesimpulan-kesimpulan tersebut diambil
berdasarkan hasil dari penelitian maupun dari hasil pengujian.
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
Universitas Mercu Buana
4
Tugas Akhir
BAB II LANDASAN TEORI
Salah satu penggerak mula yang banyak digunakan adalah mesin kalor. Mesin kalor adalah mesin yang mempergunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik, atau yang merubah energi termal menjadi energi mekanik. Dimana energi itu sendiri dapat diperoleh dengan proses pembakaran, proses fisi (pemisahan) bahan bakar nuklir dan dari proses lainnya. Jika dilihat dari cara memperoleh energi termal, mesin kalor dibagi menjadi dua golongan, yaitu Mesin Pembakaran Luar (External Combustion Engines) dan Mesin Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engines). Mesin pembakaran luar adalah mesin dimana proses pembakarannya terjadi diluar mesin (mesin uap, turbin uap, mesin udara panas dan turbin gas siklus tertutup). Sedangkan mesin pembakaran dalam adalah mesin dimana proses pembakarannya terjadi didalam mesin. Mesin pembakaran dalam sering disebut dengan nama motor bakar. Jenis dari motor bakar ini antara lain adalah, Motor bakar torak, sistem turbin gas, dan propulsi pancar gas.
Universitas Mercu Buana
5
Tugas Akhir
II.1.
Motor Bensin Motor bensin yang menggerakan mobil penumpang, truk, sepeda motor, skuter dan
jenis kendaraan lain dewasa ini merupakan perkembangan dan perbaikan mesin yang sejak semula dikenal sebagai motor otto. Motor tersebut dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi menghasilkan loncatan api listrik yang menyalakan campuran bahan bakar dan udara segar, karena itu motor bensin cenderung dinamakan Spark Ignalion Engine Karburator ialah tempat percampuran bahan bakar dengan udara. Percampuraan tersebut terjadi karena bahan bakar terhisap masuk atau disemprotkan kedalam arus udara segar yang masuk kedalam karburator. Campuran udara bahan bakar dan udara segar yang terjadi itu sangat mudah terbakar. Campuran tersebut kemudian masuk kedalam silinder yang dinyatakan oleh loncatan bunga api listrik dari busi, menjelang langkah kompresi. Pembakaran bahan bakar dan udara ini menyebabkan mesin menghasilkan daya. Didalam siklus otto (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan sebagai pemasukan panas pada volume konstan.
II.I.1. Bagian -Bagian Mesin Bagian- bagian motor bensin bervariasi dari bagian luar, ukuran, jumlah dan pengaturan silinder, serta detail kontruksi. Tetapi setiap mesin mempunyai bagian utama yang sama, meskipun kelihatannya berbeda tetapi fungsinya sama. Bagian utama dari suatu mesin adalah: 1.
Silinder dan Torak Jantung dari suatu mesin adalah torak dan silindernya, yaitu tempat proses pembakaran
terjadi serta dimana daya dihasilkan. Bagian dalam silinder dibentuk dengan lapisan (liner), atau selongsong (sleeve). Diameter dalam silinder disebut lubang (bore). Ujung lain dari ruang kerja dalam silinder dengan torak yang meneruskan daya yang dihasilkan oleh Universitas Mercu Buana
6
Tugas Akhir
pembakaran bahan bakar kepada poros. Cincin torak (pislon ring) yang dilumasi dengan minyak menghasilkan film minyak atau lapisan minyak antara torak dengan silinder.
Gambar . 2.1. Piston
2.
Kepala Silinder (Cylinder Head) Menutup satu ujung silinder dan merupakan tempat dimana katup pengatur masuknya
udara dan bahan bakar diisikan dan keluarnya gas buang. 3.
Batang Engkol (Conecting Rod) Ujung yang satu, yang lebih kecil pada batang engkol, dipasangkan pada pena
pergelangan (wrist pin) atau pena torak (piston pin) yang terletak didalam torak. Ujung lain atau ujung yang besar mempunyai bantalan tempat pena engkol. Batang engkol mengubah dan meneruskan gerak bolak- balik (recipricating) dari torak menjadi putaran kontinu pena engkol selama langkah kerja dan sebaliknya selama langkah yang lain.
Universitas Mercu Buana
7
Tugas Akhir
Batang Engkol
Gambar 2.2. Batang Penggerak
4.
Poros Engkol (Crankshaft) Poros engkol diputar dibawah aksi torak melalui batang engkol dan pena torak yang
terletak diantara pipi engkol, dan meneruskan daya dari torak kepada poros yang digerakan. Bagian poros engkol yang didukung oleh bantalan utama dan diputar didalamnya disebut (journal). 5.
Roda Gila (Fly Wheel) Berupa roda gigi besar yang dihubungkan diujung poros engkol dan menyimpan
energi kinetik selama langkah daya serta membuat putaran poros engkol seragam. 6.
Poros Nok (Camshaft) Yang digerakan dari poros engkol oleh penggerak rantai atau roda gigi pengatur
pengoperasian katup pemasukan dan katup buang, penikut nok, batang dorong dan lengan ayun,. Pegas ayun berfungsi menutup katup.
Universitas Mercu Buana
8
Tugas Akhir
7.
Karter (Crakcase) Berfungsi menyatukan silinder dan poros engkol, melindungi semua bagian yang
bergerak dan bantalannya, dan merupakan resenoir bagi minyak pelumas. Disebut blok silinder kalau lapisan silinder disisipkan didalamnya. Bagian bawah dari karter disebut plat landasan (bledplate). 8.
Pompa Oli (Oil Pump) Berfungsi untuk memompa oli atau menyalurkan minyak pelumas kebagian- bagian
mesin. II.1.2. Prinsip Kerja Motor Bensin Motor bensin dapat dibagi menjadi dua yaitu, mesin empat langkah dan mesin dua langkah. Dalam mesin empat langkah, selama dua putaran poros engkol mempunyai 4 langkah dalam satu gerakan yaitu hisap, kompresi, kerja, buang, menghasilkan satu kali tenaga, titik tertinggi yang dicapai torak disebut titik mati atas (TMA) dan titik terendah, titik mati bawah (TMB). Pada mesin dua langkah dalam satu kali putaran poros engkol, mempunyai 2 langkah dalam satu gerakan dan menghasilkan satu kali tenaga, pada mesin dua langkah, langkah hisap dan langkah buang di tiadakan. Berikut akan dijelaskan langkah kerja pada motor bakar torak 4 - langkah yaitu: 1.
Langkah hisap (Suction stroke) Pada langkah hisap, campuran udara bensin dihisap kedalam silinder, hal ini terjadi
disebabkan tekanan didalam lebih rendah dari tekanan udara luar. Hal yang sama terjadi pada mesin, torak dalam gerakan turun dari TMA ke TMB menyebabkan kehampaan (vacum) didalam silinder dengan demikian campuran udara bensin dihisap kedalam, selama langkah torak ini katup hisap akan membuka dan katup buang menutup.
Universitas Mercu Buana
9
Tugas Akhir
2.
Langkah kompresi (Compression stroke) Dalam langkah ini campuran udara bensin yang didalam silinder dimanfaatkan oleh
torak yang bergerak keatas dari TMB ke TMA, kedua katup hisap dan katup buang akan menutup selama gerakan tekanan dan suhu campuran udara bensin menjadi naik, bila tekanan campuran udara bensin ini ditambah lagi, tekanan serta ledakan yang lebih besar lagi dari tenaga yang kuat ini akan mendorong torak kebawah, sekarang torak sudah melakukan dua langkah atau satu putaran dan poros engkol berputar satu putaran. 3.
Langkah kerja (Expansion stroke) Dalam langkah kerja ini campuran udara bensin yang dihisap telah dibakar dan
menghasilkan tenaga yang mendorong torak kebawah meneruskan tenaga penggerak yang nyata, selama gerakan ini katup hisap dan katup buang masih tertutup, torak telah melakukan tiga langkah dan poros engkol berputar satu setengah putaran. 4.
Langkah buang (Exhaust stroke) Dalam langkah buang, torak terdorong kebawah ke TMB dan naik kembali ke TMA
untuk mendorong keluar gas-gas yang telah terbakar dari silinder, selama langkah ini kerja katup buang saja yang terbuka. Bila torak mencapai TMA sesudah melakukan pekerjaan seperti diatas, torak akan kembali pada keadaan untuk memulai langkah hisap, sekarang motor telah melakukan 4 langkah penuh yaitu: hisap - kompresi - kerja - buang. Poros engkol berputar 2 putaran penuh dan telah menghasilkan satu tenaga. Pada motor; membuka dan menutupnya katup tidak terjadi tepat pada TMA atau TMB tetapi akan berlaku lebih cepat atau lambat ini dimaksudkan untuk lebih efektif lagi untuk aliran gas.
Universitas Mercu Buana
10
Tugas Akhir
SIKLUS 4 LANGKAH ( THE 4-STROKE CYCLE ) Hisap
Kompresi
Tenaga
Buang
Gambar 2.3 Sikius Motor Bensin 4 langkah
II.2. Siklus Otto Siklus otto udara standar adalah siklus yang direalisasikan, yang ditiru secara mendekati oleh mesin penyalaan bunga api. Mesin dalam gambar 2.4 bekerja menurut urutan berikut, dimulai dengan kedudukan torak penghisap pada titik mati atas. a. Campuran udara dan bahan bakar yang diuapkan kedalam silinder pada langkah isap dari torak pengisap, 0-1. b. Campuran ditekan pada langkah keatas (kembali) dari torak 1-2. c. Campuran dinyalakan dengan bunga api, dan pembakaran dilakukan pada volume konstan, 2-3. d. Gas panas berekspansi, yang menimbulkan langkah tenaga, 3-4. e. Katup buang dibuka, dan hasil- hasil pembakaran mengalir keluar, pada volume konstan 1 - 4. f. Gas-gas pembakaran didalam silinder, sewaktu dicapai kesetimbangan tekanan dengan udara luar, didorong keluar lebih lanjut akibat langkah buang yang mengembalikan torak pengisap kedudukan titik mati atas, akan tetapi sejumlah
Universitas Mercu Buana
11
Tugas Akhir
produk pembakaran masih tertinggal didalam ruang bebas (clearance spare).
P
T
3
3
Qin 2
4
2
Qou 1 t
1
4
V
TM B
TMA
VC
VL Gambar 2.4 Siklus Otto Udara Standar
II.3. Hubungan Antara Rasio Kompresi dan Nilai Oktan Bahan Bakar Ada beberapa hal yang mempengaruhi unjuk kerja mesin bensin, antara lain besarnya perbandingan kompresi, angka oktan bensin sebagai bahan bakar. Semakin
besar
perbandingan udara yang dihasilkan maka mesin akan semakin efisien, akan tetapi semakin besar perbandingan kompresi akan menimbulkan knocking, dalam hal ini gas baru yang belum terbakar terdesak oleh gas yang telah terbakar, sehingga tekanan dan suhunya naik sampai mencampuri keadaan hampir terbakar, jika pada saat ini gas tadi terbakar dengan sendirinya, maka akan timbul ledakan (detonasi) yang menghasilkan gelombang kejutan berupa suara ketukan (knocking) pada mesin yang berpotensi menurunkan daya mesin,
Universitas Mercu Buana
12
Tugas Akhir
bahkan bisa menimbulkan kerusakan serius pada komponen mesin. Untuk mengatasi hal ini maka harus dipergunakan bahan bakar yang memiliki angka oktan tinggi. Angka oktan pada bahan bakar mesin Otto Menunjukkan kemampuannya menghindari terbakarnya campuran udara bahan bakar sebelum waktunya yang menimbulkan knocking tadi. Untuk memperbaiki kualitas campuran bahan bakar dengan udara maka aliran udara dibuat turbulen, sehingga diharapkan tingkat homogenitas campuran akan lebih baik. Mesin bensin empat langkah menjalani satu siklus tersusun atas empat tahapan/ langkah. II.4. Proses Pembakaran Pada Motor Bensin Pada umumnya pembakaran didefinisikan sebagai reaksi kimia atau reaksi persenyawaan bahan bakar dengan oksigen dengan diikuti oleh sinar dan panas. Mekanisme pembakaran sangat dipengaruhi oleh keadaan dari keseluruhan proses pembakaran. Ini dikenal dengan 3 teori mengenai terbakarnya hidrokarbon tersebut. a. Hidrokarbon terbakar bersama-sama dengan oksigen sebelum karbon bergabung dengan oksigen. b. Karbon terbakar lebih dahulu dari pada hydrogen, c. Senyawa hidrokarbon terlebih dahulu bergabung dengan oksigen dan membentuk senyawa (senyawa hidroxilasi) yang kemudian dipecah secara terbakar. Dalam pembakaran hidrokarbon yang biasa (normal) tidak akan terjadi gelaga apabila kondisinya memungkinkan untuk proses hidroxilasi. Hal ini hanya akan terjadi bila percampuran pendahuluan antara bahan bakar dan udara mempunyai waktu yang cukup, sehingga memungkinkan masuknya oksigen kedalam molekul hidrokarbon. Bila oksigen dan hidrokarbon ini tidak bercampur dengan baik, maka akan terjadi proses cracking dimana pada nyala akan timbul asap. Pembakaran semacam ini disebut pembakaran tidak sempurna.
Universitas Mercu Buana
13
Tugas Akhir
Ada dua kemungkinan yang dapat terjadi pada pembakaran motor bensin ini yaitu: a. Pembakaran normal (sempurna), dimana bahan bakar dapat terbakar seluruhnya pada saat dan keadaan yang dikehendaki. b. Pembakaran tidak normal (tidak sempurna), dimana sebagian bahan bakar tidak ikut terbakar, atau tidak terbakar bersama-sama pada saat dan keadaan yang dikehendaki. Pembakaran yang tidak sempuma seperti misalnya knocking dan pre ignition memungkinkan timbulnya gangguan dan kesukaran-kesukaran dalam motor bensin. Seperti telah diterangkan sebelumnya pada peristiwa pembakaran normal api menyebar keseluruh bagian ruang bakar dengan kecepatan konstan dan fungsi berfungsi sebagai pusat penyebaran. Dalam hal ini gas baru yang belum terbakar terdesak oleh gas yang telah terbakar, sehingga tekanan dan suhunya naik sampai mencampuri keadaan hampir terbakar, jika pada saat ini gas tadi terbakar dengan sendirinya, maka akan timbul ledakan (detonasi) yang menghasilkan gelombang kejutan berupa suara ketukan (knocking noise). Fluktuasi tekanan yang besar dan cepat, ini terjadi pada akhir langkah pembakaran. Sebagai akibatnya tenaga mesin akan berkurang, dan jika sering terjadi akan memperpendek umur mesin. Hal-hal yang menyebabkan terjadinya knocking adalah. a. Perbandingan kompresi yang tinggi, tekanan kompresi, suhu pemasangan campuran dan suhu silinder yang tinggi b. Masa pengapian terlalu cepat. c. Putaran mesin rendah. d. Penempatan busi dan kontuksi ruang bakar tidak tepat, serta jarak penyebaran api terlampau jauh. Pembakaran yang normal pada motor bensin adalah, dimulai pada saat terjadinya loncatan bunga api pada busi dan membakar semua hydrogen dan oksigen yang terkandung Universitas Mercu Buana
14
Tugas Akhir
dalam campuran bahan bakar. Tetapi dalam pembakaran yang tidak lengkap yaitu pembakaran yang ada kelebihan atau kekurangan oksigen atau hydrogen. Contoh reaksi kelebihan oksigen : 5C2H5OH + 15 O2
10CO2 + 13H2O + ENERGI dalam persamaan
reaksi diatas jelas ada kelebihan O2 (oksigen). II.5. Sistem Karburator Proses mempersiapkan campuran udara-bahan bakar yang dilaksanakan diluar silinder dimana sebagai proses pengkabutan. Alat yang bisa melaksanakan proses pengkabutan disebut karburator. ( Ref. Sistem Bahan bakar ) Sebuah karburator yang baik harus secara otomatis bisa mengukur jumlah dan menyediakan campuran udara bahan-bakar dalam perbandingan yang tepat untuk bermacammacam kondisi operasi. Sebap kondisi saat putaran dengan bahan kecil akan membutuhkan campuran udara-bahan bakar yang berada dengan kondisi saat putaran tinggi dengan beban maksimum. Dengan perkataan lain sebuah karburator haruslah siap melayani kebutuhan campuran udara - bahan bakar yang tepat selama mesin beroperasi. Secara umum ada beberapa modifikasi yang harus dilakukan pada mesin berbahan bakar alkohol, salah satunya adalah karburator. Diameter main jet orifice menunjukan seberapa miskin atau kaya campuran yang akan masuk ruang bakar, semakin kecil lubangnya akan semakin miskin. Karena alkohol memerlukan campuran yang lebih kaya maka lubang tersebut harus diperbesar. Untuk memperoleh keuntungan dari sifat anti knocking yang dimiliki alkohol maka ignition timing harus diubah. Jika pada umumnya mesin yang berbahan bakar bensin waktu penyalan adalah 8-100 sebelum TMA, karena etanol memiliki bilangan oktan lebih tinggi maka ignition timing dapat dimajukan.
Universitas Mercu Buana
15
Tugas Akhir
Pada proses pengabutan yang sempurna, udara mengalir melewati bagian dalam ( venturi ) karburator, yang kemudian masuk kedalam mesin, sedangkan bahan bakar masuk melalui suatu saluran yang akhirnya berujung pada alat penyembur di dalam karburator. Berbagai hal yang mempengaruhi sempurnanya proses pengabutan antara lain adalah : a. Waktu Yang Tersedia Lamanya waktu yang tersedia amat mempengaruhi sempurna atau tidaknya proses pengabutan . Makin sempit waktu yang tersedia akan makin tidak sempurna proses pengabutan yang terjadi. oleh sebab itu untuk mesin yang mempunyai putaran kerja tinggi, sulit diharapkan proses pengabutan yang baik. b. Temperatur Pengabutan Kondisi udara sekitar, khususnya keadaan temperatur, tekanan dan relatif humadity amat mempengaruhi terhadap baik buruknya karburasi. Bila karburasi cukup tinggi akan menghasilkan karburasi yang baik. Bila tekanan udara tinggi juga akan menghasilkan karburasi yang baik. Sedangkan bila relatif humadity udara tingi proses karburasi cenderung lebih buruk. Demikian juga terjadi hal yang sebaliknya. c. Kontruksi Karburator Faktor–faktor penentu terhadap merata atau tidaknya distribusi dan kontinuitas campuran udara–bahan bakar yang masuk kedalam silinder pada berbagai kondisi operasi yang berbeda–beda tergantung dari pengaturan letak bagian demi bagian, permukaan udara– bahan bakar serta bentuk penampung lintang dari saluran. Apa lagi perancangan jelek akan mengakibatkan proses pengabutan yang jelek. Tetapi bila perencanan baik akan mengakibatkan proses pengabutan yang baik pula. Universitas Mercu Buana
16
Tugas Akhir
d. Kwalitas Bahan Bakar Kwalitas bahan bakar amat mempengaruhi hasil proses pengabutan. Pada mesin versi bensin yang mempunyai daya penguapan baik tidak akan menimbulkan masalah. Tapi pada mesin versi gasohol dan dengan adanya kandungan air, maka daya penguapan akan menurun, sehingga dikhawatirkan proses pengabutan gasohol akan mengalami gangguan yang merugikan.
II.6. Tabung Elektrolizer Tabung elektrolizer ini berfungsi untuk mengubah air menjadi sumber energi, dicampur dengan zat kimia berupa kalium hidroksida (soda kue). Gas hidrogen yang dihasilkan mampuh menambah oktan bahan bakar sehingga bahan bakar menjadi mudah terbakar. Air yang sudah dicampur bahan kalium hidroksida kemudian dihubungkan dengan elektroda agar unsur oksigen dan hidrogen dalam air tersebut terurai, setelah itu unsur hidrogennya yang mudah terbakar dijebak dan diambil sebagai sumber tanaga. Alat yang lain berupa selang kecil, kabel dan lampu untuk indikator bila larutan kimia di dalam botol itu mulai berkurang. Selang akan digunakan untuk menyambung menuju tempat karburasi motor.
Universitas Mercu Buana
17
Tugas Akhir
Air bisa meledakan karena mengandung hidrogen. Rumus kimia air (H2O) jika diberi tegangan akan menghasilkan H2+O2. Caranya memasukan air ke tabung plastik yang sudah di tempatkan dua stenless steel, di bagian atas tabung plastik terdapat selang untuk menyalurkan gas hidrogen dan lampu indikator. Secara umum konstruksi dari tabung elektrolizer ini adalah sebagai berikut :
5 4 6
3 2
7
1
Gambar Tabung Elektrolizer 1. Pipa plastic
5. Tutup Bawah
2. Lampu Indikator
6. Baut
3. Tutup Atas
7. Pipa Stainless
4. Tabung
II.7. Hubungan Motor Bakar Dengan Alkohol II.7.1. Pengertian Alkohol Alkohol merupakan turunan hidroksil dari alkana, maupun turunan dari aklil dari air. Alkohol mempunyai satu atau lebih gugusan OH, yang menggantikan kedudukan H pada parafin hidrokarbon. (Ref. Kimia 2000 Untuk SMU kelas 2 Hal : 7) Universitas Mercu Buana
18
Tugas Akhir
( RH ) alkana Alkohol ( R-OH) ( H-OH )Air
Methil alcohol ( metanol ) serta ethil alkohol ( etanol ) merupakan dua suku pertama dari deret alkohol yang luas. Rumus kimia dari metanol adalah CH3 OH dan untuk etanol adalah C2 H5 OH II.7.2. Jenis – jenis Alkohol Berdasarkan jenis atom karbonnya yang mengikat gugusan OH, alkohol dibedakan atas alkohol primer, akohol sekunder, dan alkohol tersier. A. Metanol (CH3 OH) Metanol (CH3 OH) merupakan hasil sitesa gas CO dan H2, dimana gas tersebut dapat di peroleh dari ” Steam Reforming ”. Sintesa methanol dari CO dan H2 adalah dimana reaksi tergantung pada suhu dan tekanan operasi : CO + 2 H2
CH3 OH
Bahan baku untuk pembuatan metanol antara lain gas alam, batu bara, kayu (serutan kayu / serbuk kayu), serta bahan buangan yang mengandung Bagse dimana dapat dikonfersikan menjai gas CO dan H2 ( gas sintesa ). Sifat-sifat fisis metanol :
(Ref. Kimia 2000 Untuk SMU Kelas 2 Hal: 19)
-
Merupakan larutan tak berwarna & tak berbau.
-
Merupakan racun yang kuat.
-
Titik didih 650C.
-
Titik bekuh -97,80C.
Universitas Mercu Buana
19
Tugas Akhir
-
Mudah dipindahkan.
-
Larut dalam air.
-
Nilai kalor = 24.400 kJ/kg
Pemanfaatan Metanol -
Merupakan bahan baku untuk pembuatan asam asetat, protein sel tunggal, pelarut bahan kimia dan sebagainya.
-
Sebagai bahan bakar baik murni maupun dicampur.
-
Metanol mengandung 30 % berat oksigen, dimana oksigen tesebut gugusan hidroksil sehinga metanol bersifat semakin polar
membentuk
(cepat terbakar)
dibandingkan dengan bahan bakar hidrokarbon. -
Jumlah hidrokarbon yang tidak terbakar sempurna CO lebih rendah dari pada gasolin. Hal ini mengakibatkan berkurangnya pengotoran udara dan efek lainnya.
-
Udara pembakaran yang dibutuhkan akan menurun, yakni untuk metanol lebih rendah dari pada gasolin.
-
Adanya sejumlah kecil air yang terbawa pada pembakaran.
-
Dengan nilai oktan yang lebih tingi.
II.7.3. Pengaruh Alkohol Terhadap Performa Mesin Yang dimaksud dengan performance suatu mesin adalah prestasi kerja kemampuan yang bisa ditunjukan oleh mesin yang bersangkutan. Perfomance suatu mesin dikatakan baik bila prestasi-prestasi kerja yang ditunjukan olehnya adalah sesuai atau lebih baik dari pada perencanaan yang diharapkan oleh perencananya. Dan begitu pula bila terjadi hal yang sebaliknya. Hal-hal yang bisa diklasifikasikan sebagai perfoma suatu mesin khususnya dalam program pemakaian bahan bakar alkohol ini antara lain : Universitas Mercu Buana
20
Tugas Akhir
-
Torsi
-
Daya mesin.
-
Fuel Consumption.
-
Efisiensi Mesin. Dalam penelitian oleh para ahli, mesin-mesin yang diteliti adalah mesin jenis bensin.
Sehingga dengan demikian akan timbul kelainan-kelainan bila mesin-mesin menggunakan alkohol sebagai bahan bakarnya. II.8. Pengaruh Alkohol Terhadap Sistem Bahan Bakar Sistem bahan bakar pada kendaraan bermotor bensin bisa dijamin aman apa bila kendaraan bermotor tersebut memakai bensin sebagai bahan bakarnya. Tetapi sistem tersebut belum tentu aman apa bila memakai bahan bakar lain selain bensin. Dengan kata lain sistem bahan bakar bagi kendaraan bermotor versi bensin apa bila menggunakan alkohol akan menimbulkan akibat-akibat tersendiri . Akibat-akibat tersebut antara lain: A. Terjadinya Korosi Senyawa hirokarbon pada umumnya tidak bersikap korosif, tetapi karena adanya senyawa-senyawa impurities seperti misalnya asam-asam organik, basa dan sulfur bebas akan dapat menyebapkan terjadinya korosi dari elemen-elemen yang terbuat dari logam tertentu. Terjadinya senyawa impurities ini adalah akibat dari proses pengilangan minyak, proses yang tidak sempurna. Dapat juga diakibatkan oleh penyimpanan yang tidak sempurna, jadi sebetulnya bensin mempunyai bakat untuk bersifat korosif bila mana diperlakukan tidak dengan semestinya. Sedangkan metanol yang mempunyai nilai PH antra 4 ,5-5 bersifat asam. Jelas bahwa gasohol mengandung senyawa-senyawa impurites yang berupa asam organik. Hal ini akan Universitas Mercu Buana
21
Tugas Akhir
menyebabkan gasohol bersifat korosif terhadap logam tertentu dan juga menyebapkan karet mudah rusak. Agar lebih jelas kita bandingkan sifat-sifat antara bensin dengan gasohol : Tabel 2.8.A. Perbedaan Sifat Bensin dengan Gasohol No
Keterangan
Unit
Bensin
Gasohol
Mg / 100 ml
Max . 4,0
6,4
1.
Kadar Gum
2.
Sulfur
% berat
Max . 0,02
0,007
3.
Kandungan air
% vol .
nol
1,0
4.
Kandungan O2
% vol .
nol
8,675
( www.wikipedia.com, Alkohol Fuels)
Dari daftar perbandingan diatas tampak bahwa gasohol mempunyai kandungan air, kandungan oksigen dan eksistensi gum yang lebih besar bila di banding dengan bensin. Kandungan air dan oksigen yang terdapat didalam gasohol di tambah lagi dengan sifat higroskopis gasohol akan berakibat meningkatnya jumlah konsentrasi atom-atom oksigen. Hal ini mengakibatkan terjadinya korosi alektrolitik dan korosi oksidasi. Reaksi elektrolitik yang terjadi melibatkan korosi terhadap seng dan besi yang termasuk oksidasi anodik. Reaksi yang terjadi adalah : a ).
Zn
Zn++
+ 2 e-
b ).
Fe
Fe+++ +
3e-
Reaksi diatas diikuti oleh proses pembebasan elektron. Elektron-elektron yang terbebaskan selanjutnya akan dilihat oleh reaksi katodik pada permukaan katoda secara satu persatu ataupun secara serempak. Sedangkan pada lingkungan larutan yang bersifat alkais, reaksi yang terjadi Universitas Mercu Buana
22
Tugas Akhir
adalah reaksi dari oksigen yang membentuk ion-ion hidroksil. Reaksi : c ).
O2 + 2 H2O + 4e-
4 OH-
Sedangkan dalam keadaan yang normal akan terjdi reduksi dari ion-ion hidrogen menjadi gas hidrogen. Reaksi : d ).
2H+ + 2e-
H2
Dengan demikian terlihat bahwa seng, besi serta unsur-unsur yang lain menimbulkan hasil korosi yang tidak larut didalam bahan bakar. Tetapi karena gasohol bersifat asam, maka reaksi-reasi yang terjadi hanyalah reaksi a , b , dan d saja. Reaksi oksidasi yang terjadi adalah akibat kandungan oksigen dalam gasohol yang cendrung aktif mengoksidasi bahan logam dari komponen-komponen sistem bahan bakar. Reaksi yang terjadi adalah : e ).
4 Fe + 3 O2
2 Fe 2O3
f ).
2 Zn + O2
2 Zn O
II.9. Konsep Dasar Perpindahan Panas Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari suatu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat dari beda suhu antara daerah-daerah tersebut. Selain itu perpindahan panas terdiri dari beberapa proses, yaitu proses dalam keadaan stedi dan tak stedi. Proses stedi adalah bila laju aliran panas dalam suatu sistem tidak berubah dengan waktu, yaitu bila laju itu konstan, maka suhu dititik manapun lidak berubah. Dengan kondisi stedi, kecepatan masuk panas pada titik manapun harus tetap sama dengan kecepatan keluar, Universitas Mercu Buana
23
Tugas Akhir
dan jika terdapat atau terjadi perubahan energi dalam contohnya adalah pendinginan bola lampu listrik dengan udara sekitar, atau perpindahan panas dari fluida yang panas ke fluida yang dingin didalam penukar panas. Sedangkan yang dimaksud dengan proses tak stedi bila suhu diberbagai titik dari sistem tersebut berubah dengan waktu. Karena perubahan suhu menunjukkan perubahan energi dalam, kita berkesimpulan bahwa penyimpanan energi bagian yang tidak terpisahkan dari aliran proses tak stedi. Kepustakaan perpindahan panas pada umumnya mengenal tiga cara perpindahan panas yang berbeda : konduksi ( conduction, juga dikenal dengan istilah hantaran ), radiasi ( radiation ) dan konveksi ( convection ). Konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu rendah didalam suatu medium ( padat, cair, gas ) atau antara mediummedium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung. Dalam aliran perpindahan panas secara konduksi, perpindahan energi terjadi karena hubungan molekul yang cukup besar. Menurut teori kinetic, suhu elemen zat sebanding dengan energi kinetic rata-rata molekul yang mcmbentuk elemen itu. Energi yang dimiliki oleh suatu elemen zat yang disebabkan oleh kecepatan dan posisi relatif molekul-molekulnya disebut energi dalam. Jadi, semakin cepat molekul-molekul bergerak, semakin tinggi suhu maupun energi dalam elemen zat tersebut. Radiasi adalah proses dimana panas mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah tanpa melalui zat perantara, kalor juga dapat berpindah melalui daerah-daerah hampa. Panas radiasi dipancarkan oleh suatu benda dalam bentuk kumpulan energi yang terbatas atau kuanta. Gerakan panas radiasi didalam ruangan mirip perambatan cahaya dan dapat diuraikan dengan teori gelombang. Bila gelombang radiasi menjumpai benda yang lain, maka energinya diserap dan dikekal oleh permukaan benda Universitas Mercu Buana
24
Tugas Akhir
tersebut. Perpindahan panas secara radiasi semakin pcnting dalam meningkatkan suhu suatu benda. Konveksi adalah proses perpindahan energi dengan kerja gabungan dari kunduksi panas, penyimpanan energi dan gerakkan mencampur perpindahan panas dengan cara konveksi dari suatu permukaan yang suhunya diatas suhu fluida sekitarya berlangsung dalam beberapa tahap. Pertama, panas akan mengalir secara konduksi dari permukaan partikelpartikel fluida yang terbatas. Energi berpindah dengan cara demikian akan menaikkan suhu dan energi dalam partikel-partikel fluida. Kemungkinan partikel-partikel fluida tersebut akan bergerak ke daerah yang bersuhu lebih rendah didalam fluida dimana mereka akan bercampur, dan memindahkan sebagian energinya kepada partikel-partikel lainnya. Perpindahan pada konveksi diklasifikasikan dalam konveksi bebas dan konveksi paksa menurut cara pergerakkan alirannya. Maka bila gerakkan mencampur berlangsung semata-mata sebagai akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh gradient suhu disebut dengan konveksi bebas. Dan bila gerakan mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luar, seperti pompa, kipas, maka prosesnya disebut konveksi paksa. II.9.1. Koefisien Perpindahan Panas Metode perhitungan perpindahan panas secara konveksi khususnya cara-cara mencari nilai koefisien perpindahan panasnya dalam hal masalah perpindahan panas konveksi diperlukan analisis dinamika fluida tersebut. Sebelum menelaah lebih jauh terlebih dahulu harus memahami dan menentukan angka Reynolds terlebih dahulu. Penentuan angka Reynolds ini bertujuan untuk dapat memastikan apakah aliran fluida dalam pipa / tabung tersebut laminar atau turbulen. Angka Reynolds digunakan sebagai kriteria untuk menunjukan apakah aliran dalam tabung atau pipa tersebut itu laminar atau turbulen. Untuk Universitas Mercu Buana
25
Tugas Akhir
Red =
u m .d > 2300 v
( Ref. Perpindahan Kalor J.P. Holman Hal : 195 )
Aliran itu biasanya turbulen. Sekali lagi pada daerah transisi terdapat suatu jangkau angka Reynolds, yang bergantung dari kekerasan pipa dan kehalusan aliran. Jangkau transisi yang biasanya di gunakan adalah : 2000 < Red < 4000
( Ref. Perpindahan Kalor J.P. Holman Hal : 195 )
Walaupun dalam kondisi yang dikendalikan ketat dalam laboratorium aliran laminar masih bisa didapatkan pada angka Reynolds 25.000. Hubungan Kontinuitas untuk aliran satu dimensi dalam tabung ialah : m = ρumA
( Ref. Perpindahan Kalor J.P. Holman Hal : 195 )
Dimana : m = Laju aliran massa (kg/s) µm = Kecepatan rata-rata (m/s) A = Luas penampang (m2) Untuk Kecepatan Rata-rata µm dimana panjang jarak yang dilalui pada selang bahan bakar dibagi dengan waktu yang dibutuhkan oleh bahan bakar tersebut. Maka : µm =
s PanjangJar akYangDilaluiPadaSel angBahanBa kar = t WaktuPemakaianBahanB akar
Kecepatan massa didefinisikan sebagai berikut : Kecepatan Massa = G =
m = ρum A
Sehingga angka Reynolds dapat dituliskan sebagai berikut :
Universitas Mercu Buana
26
Tugas Akhir
Red =
Gd
µ
ρµ m d µ
atau Red =
Untuk menentukan Laju aliran massa dapat digunakan : m=ρ
πd 2 4
µ m kg/s
( Ref. Perpindahan Kalor J.P. Holman Hal : 260 )
Dimana : ρ = masa jenis bahan bakar (kg/m3) d = diameter tabung (m) µm = Kecepatan rata-rata (m/s) Untuk dapat menentukan berapa laju perpindahan panas pada bahan bakar yang keluar setelah melewati pemanas buatan dapat diketahui berdasarkan rumus sebagai berikut : Pada suhu dinding luar dapat diketahui suhu yang keluar q = mCp(Tb2 – Tb1) J/s
( Ref. Perpindahan Kalor J.P. Holman Hal : 260 )
Dimana : M = Laju aliran massa (kg/s) Cp = Koefisien perpindahan panas karena tekanan (kJ/kg.K) Tb2 = Suhu Alkohol setelah melewati pemanas ( oC ) Tb1 = Suhu Alkohol sebelum melewati pemanas ( oC ) Berdasarkan persamaan aliran yang telah diketahui didapat : Nud = 0,023 Red0,8Pr0,4
( Ref. Perpindahan Kalor J.P. Holman Hal : 234 )
Untuk dapat menentukan koefisien perpindahan panas konveksi secara paksa berdasarkan aliran yang telah diketahui dapat menggunakan rumus : h=
k Nu d W/m2.K d
Universitas Mercu Buana
( Ref. Perpindahan Kalor J.P. Holman Hal : 260 )
27
Tugas Akhir
Dimana : k = Konstanta ( W/m/K) Pr = Bilangan Prandtl II.10. Parameter Yang Mempengaruhi Kemampuan mesin
Yang dimaksud dengan kemampuan mesin adalah prestasi dari suatu mesin yang erat hubungannya dengan daya mesin yang dihasilkan serta daya guna dari mesin tersebut. Ada beberapa parameter yang mempengaruhi kemampuan mesin yang dapat diperincikan sebagai berikut : II.10.1 Torsi (T)
Proses pembakaran di dalam silinder akan menimbulkan tekanan terhadap torak. Akibat adanya tekanan pada torak sehingga menimbulkan gaya yang akan di teruskan ke batang torak yang akan mengakibatkan timbulnya tenaga putar pada engkol yang di sebut sebagai torsi. Torsi dapat di hitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: T=F.r
( Ref. Motor Bensin Hal : 21 )
Dimana: T = Torsi (Nm) F = Beban Dynamometer (N) r = Lengan Dynamometer (m) II.10.2. Daya Poros
Power atau Daya yang diberikan oleh poros penggerak dikenal dengan BHP ( Brake Horse Power ) atau pun Ne. Daya ini biasanya diukur dengan beberapa macam dinamometer seperti dinamometer listrik dan dinamometer hydraulik. Daya Poros biasanya diukur dengan menentukan reaksi dinamometer dan memakai rumus berikut :
Universitas Mercu Buana
28
Tugas Akhir
Ne =
2π .n.T 60.1000
(Ref. Motor Diesel Putaran Tinggi Hal : 24)
Dimana : Ne = Daya Poros (kW) n = Putaran mesin (rpm) T = Torsi (Nm) II.10.3. Konsumsi Bahan Bakar (Fc)
Pemakaian bahan bakar di definisikan sebagai jumlah penggunaan bahan bakar persatuan waktu dalam kg/jam. Dalam pengujian ini di gunakan gelas ukur dengan volume 10 cc dan alat pencatat waktu untuk mengukur pemakaian bahan bakar tiap 5 cc bahan bakar dalam proses pengujian. Fc =
Vb 3600 ρb tb 1000
(Ref. Motor Diesel Putaran Tinggi Hal : 24)
Dimana: Fc = Konsumsi bahan bakar (kg/jam) Vb = Volume pemakaian bahan bakar (m 3 )
ρ b = Massa jenis bahan bakar (kg/m 3 ) t b = Waktu pemakaian bahan bakar (dtk) II.10.4. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik
Pemakaian bahan bakar spesifik merupakan parameter yang berhubungan erat efisiensi thermal motor. Pemakaian bahan bakar spesifik ini didefinisikan sebagai banyaknya bahan bakar yang terpakai setiap jam untuk menghasilkan setiap kW dari daya motor. Untuk mengetahui pemakaian bahan bakar dari motor perlu terlebih dahulu menghitung besarnya Spesific Fuel Consumtion :
Universitas Mercu Buana
29
Tugas Akhir
SFC =
Fc Ne
(Ref. Motor Diesel Putaran Tinggi Hal : 24)
Dimana : SFC
= Pemakaian bahan bakar spesifik (kg/jam.kW)
Fc
= Konsumsi bahan bakar (m3/jam)
Ne
= Daya poros (kW)
II.10.5. Efisiensi Termal
Efisiensi Termal merupakan perbandingan antara daya yang dihasilkan terhadap jumlah pemakaian bahan bakar untuk waktu tertentu.
η th =
Ne.3600 x 100% Fc.LHV
(Ref. Motor Diesel Putaran Tinggi Hal : 24)
Dimana:
η th
= Efisiensi Thermal (%)
Ne
= Daya poros (kW)
Fc
= Konsumsi bahan bakar (kg/jam)
LHV = Nilai kalor bawah bahan bakar (20930 kJ/kg)
Universitas Mercu Buana
30
Tugas Akhir
BAB III METODE PENGUJIAN
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh dari pemakaian bahan bakar alkohol yakni Metanol yang sudah dilengkapi dengan pemasangan tabung elektrolizer, yang dipasang di sistem karburator pada mesin bensin empat langkah Honda Astrea Legenda (97,1 cc). Pengujian dan pengambilan data dilakukan pada kondisi tanpa pembebanan dan putaran mesin yang berbeda.
III.1. Deskripsi Alat Uji
Motor bakar bensin yang digunakan dalam pengujian ini adalah Honda Astrea Legenda. Di mana motor bensin Honda Astrea Legenda dari jenis 4 tak / 1 silinder, pendinginan udara, sistem penyalaan mesin terjadi karena loncatan arus listrik pada elektroda busi. Motor bensin tersebut dirakit sesuai dengan pedoman dari pabrik pembuatnya, kemudian dipasang pada bangku uji (test bend) yang dilengkapi dengan instalasi uji dan piranti ukur. Tabel 3.1. Data Spesifikasi Honda Astrea Legenda
Type
: 4 Langkah, 1 silinder, pendingin udara
Engine No
: NGEE-1254404
Diameter Silinder
: 50,0 mm
Isi Silinder
: 97,1 cc
Universitas Mercu Buana
31
Tugas Akhir
Perbandingan Kopresi
: 8,8 : 1
Torsi Maksimum
: 4000 rpm
Jumlah Silinder
: 1 (satu)
III.2. Jenis Bahan Bakar Yang Digunakan
Jenis bahan bakar yang digunakan dalam pengujian ini, adalah alkohol dengan jenis Metanol sebagai bahan bakarnya.
III.3. Alat-alat Pengujian
Alat bantu untuk pengukuran yang dipergunakan pada saat pengujian motor bensin terdiri dari beberapa macam tergantung dari fungsi dan kegunaannya. Alat bantu ukur yang digunakan antara lain : 1. Tachometer Tachometer berfungsi untuk mengukur kecepatan putaran mesin yang dinyatakan dalam satuan rotasi per menit (rpm).
Gambar 3.1. Tachometer
Universitas Mercu Buana
32
Tugas Akhir
2. Dynamometer Dynamometer berfungsi untuk mengukur beban yang mampu diterima oleh mesin. Batas pengukuran dynamometer yang digunakan adalah 0-25 Kg.
Gambar 3.2. Dynamometer
3. Gelas Ukur Pemakaian Bahan Bakar. Gelas ukur berfungsi untuk mengukur volume pemakaian bahan bakar yang digunakan oleh mesin dengan daerah pengukuran 0-15 cc.
Gambar 3.3. Alat Ukur Pemakaian Bahan Bakar
Universitas Mercu Buana
33
Tugas Akhir
4. Termometer Suhu Termometer suhu berfungsi untuk mengukur temperatur gas buang yang dilakukan pada saat pengujian.
Gambar 3.4. Termometer Suhu
5. Stop Watch Stop Watch yang digunakan adalah stop watch HP Nokia Tipe 2300 yang berfungsi untuk mengukur waktu pemakaian bahan bakar. Volume setiap pengukuran bahan bakar adalah konstan (5ml) dengan satuan pemakaian bahan bakar dalam liter/jam. III.4. Batasan Pengujian
Pengujian dilakukan memiliki batasan dengan memperhatikan beberapa hal berikut : -
Keterbatasan kemampuan alat ukur yang dipergunakan.
-
Kondisi dari alat ukur yang digunakan dalam pengujian.
-
Kondisi dari mesin yang digunakan dalam pengujian.
-
Waktu, biaya dari perhitungan hasil pengamatan pengujian. Dengan memperhatikan dan mempertimbangkan beberapa faktor tersebut diatas maka
pengujian dilakukan sebagai berikut : 1. Pengujian ini dilakukan pada motor bensin pada kecepatan poros engkol 1000 rpm, 2000 rpm, 3000 rpm dan 4000 rpm untuk setiap pengujiyan yang dilakukan. 2. Motor bensin yang digunakan dalam pengujian ini menggunakan bahan bakar alkohol yakni Metanol dan di pasangkan tabung Elektrolizer.
Universitas Mercu Buana
34
Tugas Akhir
III.5. Prosedur Pengujian
START
1. Mengumpulkan Informasi 2. Persiapan Pengujian
Pengujian dengan Menggunakan 1 tabung elektrolizer
Pengujian dengan Menggunakan 2 tabung elektrolizer
N = 1000 rpm 2000 rpm 3000 rpm 4000 rpm
Data Hasil Pengujian
1. Perhitungan 2. Perbandingan 3. Pembahasan
KESIMPULAN
Gambar 3.5. Diagram alir pengujian
III.5.1. Persiapan Pengujian
Sebelum dilakukan pengujian untuk meminimalkan penyimpangan dalam melakukan penelitian maka diperlukan persiapan-persiapan. Persiapan yang dilakukan adalah dengan menyiapkan benda uji yaitu Bahan Bakar Alkohol yakni Metanol, serta pemeriksaan yang dilakukan pada hal-hal sebagai berikut : 1. Pemeriksaan bahan Bakar. 2. Pemeriksaan minyak pelumas didalam mesin. 3. Pemeriksaan sistem pendinginan.
Universitas Mercu Buana
35
Tugas Akhir
4. Periksa semua baut dan mur pengikat yang terdapat pada sambungan mesin. 5. Periksa semua instrumen sistem kontrol dan pastikan bahwa dapat bekerja dengan baik. 6. Siapkan peralatan untuk membuka dan memasang specimen yang akan diuji. III.5.2. Cara Menghidupkan Mesin
1. Putar kunci kontak keposisi ON, untuk menjalankan mesin. 2. Setelah Mesin dihidupkan, biarkan selama beberapa saat hingga mesin dalam kondisi stasioner. 3. Periksa semua alat ukur sistem dynamometer, tachometer, Gelas ukur bahan bakar dan beberapa komponen lainnya, apakah sudah berfungsi dengan baik. 4. Bila semua sudah dalam kondisi baik, pengujian mesin dan pengambilan data dapat dilakukan. 5. Matikan mesin apabila terjadi penyimpangan dengan mematikan tombol darurat. III.5.3. Prosedur Pengambilan Data
Pengambilan data dilakukan dengan mengadakan pengukuran, pengamatan, dan pencatatan nilai yang terdapat pada instrument pada setiap putaran mesin yang telah ditentukan. Putaran poros engkol dijaga tetap konstan pada kecepatan putaran yang telah ditentukan dengan menambah atau mengurangi beban pada dynamometer. Pengambilan data dilakukan dengan prosedur sebagai berikut : 1. Mesin dihidupkan dalam keadaan normal tanpa beban dan didiamkan selama beberapa saat sampai kondisi stasioner. 2. Putaran mesin diatur sesuai dengan kecepatan yang diinginkan dengan menambah atau mengurangi beban dynamometer dan menjaga agar kecepatan putaran tetap selama pengujian berlangsung. Universitas Mercu Buana
36
Tugas Akhir
3. Setelah keadaan mesin stabil, pengamatan serta pengukuran dilakukan dengan melihat instrument yang ada, yaitu : - Beban dynamometer. - Waktu pemakaian bahan bakar per 15 ml. - Perbedaan tekanan orifis. - Temperatur gas buang. 4. Selanjutnya pengamatan dilakukan dengan mengubah putaran mesin keputaran yang lain hingga mencapai putaran 4000 rpm. 5. Setelah pengujian diatas selesai dilakukan, bahan bakar methanol dengan satu tabung elektrolizer kemudian diganti dengan dua tabung elektrolizer dengan bahan bakar yang sama, dengan prosedur dan cara pengukuran yang sama. III.5.4. Prosedur Mematikan Mesin
1. Setelah pengujian dan pengambilan data selesai, kurangi putaran mesin secara perlahan-lahan. 2. Pada saat yang sama kurangi beban pada dynamometer secara perlahan-lahan. 3. Mesin dibiarkan tetap berjalan pada pembebanan minimum tersebut selama ± 5 menit. 4. Putar kunci kontak pada posisi off.
Universitas Mercu Buana
37
Tugas Akhir
III.5.5. Instalasi Pengujian Mesin
Tangki bahan Bakar
Gelas Ukur
Karburator
Tabung Elektrol izer
Neraca Beban
Motor Bakar
Tacho Meter
Disc Brak
Pendingin Gambar 3.6. Skema Instalasi Pengujian Mesin
Keterangan : Bahan bakar yang berada pada tangki bahan bakar menuju ke tabung ukur bahan bakar sebagai patokan dalam pengukuran volume bahan bakar yang digunakan untuk satu putaran mesin, setelah itu menuju ke motor bakar yaitu tempat terjadinya pembakaran, di sini tachometer digunakan untuk mengukur putaran poros engkol, disc brake pembebanan pada putaran poros dan neraca beban untuk membaca beban yang didapat setelah putaran poros mendapatkan pembebanan.
Universitas Mercu Buana
38
Tugas Akhir
BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA HASIL PENGUJIAN
IV.1.
Data Hasil Pengujian
Pengujian unjuk kerja motor bensin dengan bahan bakar alkohol yaitu pada kondisi mesin mengunakan 1 Tabung Elektrolizer dan 2 Tabung Elektrolizer pada putaran mesin yang berbeda yaitu 3000 rpm, 4000 rpm, dan 5000 rpm dengan menggunakan pembebanan yang berbeda-beda. Data hasil pengujian ini diambil sesuai dengan data-data yang didapat pada saat pengujian.
Berikut data hasil pengujian dalam bentuk tabel : Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian 1 Tabung Elektrolizer
Temperatur Perbedaan
Beban
Waktu
Volume
Mesin
Dynamometer
Pemakaian
Konsumsi
Gas Buang
Tekanan
(rpm)
(kg)
Bahan
Bahan Bakar
(oC)
(mm H2O)
Bakar/5 ml
(ml)
No. Putaran
(Detik) 1.
3000
1
40
5
75
8
2.
4000
2
31
5
90
10
3.
5000
3
21
5
100
13
Universitas Mercu Buana
39
Tugas Akhir
Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian 2 Tabung Elektrolizer
Temperatur Perbedaan
Beban
Waktu
Volume
Mesin
Dynamometer
Pemakaian
Konsumsi
Gas Buang
Tekanan
(rpm)
(kg)
Bahan
Bahan Bakar
(oC)
(mm H2O)
Bakar/5 ml
(ml)
No. Putaran
(Detik) 1.
3000
1,5
39
5
80
9
2.
4000
2,2
29
5
95
12
3.
5000
3,3
20
5
105
15
IV.2. Perhitungan Hasil Pengujian
Dari hasil pengujian maka dapat dihitung beberapa parameter yang di perlukan untuk menganalisa hasil pengujian. Langkah-langkah perhitungan yang ditunjukan dibawah dengan berdasarkan parameter yang terdapat pada mesin bensin yang diuji. Disini penulis hanya menjabarkan contoh perhitungan dengan menggunakan data hasil pengujian pada rpm tertentu dan selanjutnya untuk efisiensi maka penulis memberikan langsung hasil perhitungan dalam bentuk tabel. IV.2.1. Perhitungan Hasil Pengujian 1 Tabung Elektrolizer
Tanggal pengujian
: 17 Maret 2009
Jenis mesin
: Honda Astrea Legenda
Kapasitas
: 97,1 cc
Bahan bakar
: Alkohol
Putaran
: 4000 rpm
Pemakaian bahan bakar per-5 ml
: 31 detik
Universitas Mercu Buana
40
Tugas Akhir
Data-data diatas maka dapat dihitung sebagai berikut : 1. Torsi (T)
T=F.r Dimana: r = 30 cm = 0,3 m F= m.g = 2 kg x 9,8 m/s2 Maka : T = ( 2 kg x 9,8 m/s2 ) x 0,3 m = 5,88 Nm
2. Daya Poros
Ne =
2π .n.T 60.1000
Dimana : n = 4000 rpm T = 5,88 Nm Maka : Ne =
2π .n.T 60.1000
Ne =
2 x3,14 x 4000 x5,88 kW 60000
Ne = 2,46 Kw
Universitas Mercu Buana
41
Tugas Akhir
3. Konsumsi Bahan Bakar (Fc)
Fc =
Vb 3600 ρb tb 1000
Dimana:
ρ b = 800 kg/m 3 Vb = 0,005 m3 t b = 31 detik Maka : Fc =
=
Vb 3600 ρb tb 1000
0,005 3600 x 800 x kg/jam 31 1000
= 0,46 kg/jam 4. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik SFC (Specific Fuel Consumtion)
SFC =
Fc Ne
Dimana : Fc
= 0,46 kg/jam
Ne
= 2,46 kW
Maka : SFC =
=
Fc Ne 0,46kg / jam 2,46kW
= 0,19 kg/kW.jam
Universitas Mercu Buana
42
Tugas Akhir
5. Efisiensi Termal
η th =
Ne.3600 x 100% Fc.LHV
Dimana: Ne
= 2,46 kW
Fc
= 0,46 kg/jam
LHV = 20930 kJ/kg Maka :
η th = ηth =
Ne.3600 x 100% Fc.LHV 2,46.3600 x 100 % 0,46.20930
ηth = 0,92 %
IV.2.2. Perhitungan Hasil Pengujian 2 Tabung Elektrolizer Tanggal pengujian
: 17 Maret 2009
Jenis mesin
: Honda Astrea Legenda
Kapasitas
: 97,1 cc
Bahan bakar
: Alkohol
Putaran
: 4000 rpm
Pemakaian bahan bakar per-5 ml
: 29 detik
Data-data diatas maka dapat dihitung sebagai berikut :
1. Torsi (T) T = F.r Dimana: r = 30 cm = 0,3 m Universitas Mercu Buana
43
Tugas Akhir
F = m.g = 2,2 kg x 9,8 m/s2 Maka : T = ( 2,2 kg x 9,8 m/s2 ) x 0,3 m = 6,47 Nm
2. Daya Poros Ne =
2π .n.T 60.1000
Dimana : n = 4000 rpm T = 6,47 Nm Maka : Ne =
2π .n.T 60.1000
Ne =
2 x3,14 x 4000 x6,47 kW 60000
Ne = 2,71 kW
3. Konsumsi Bahan Bakar (Fc) Fc =
Vb 3600 ρb tb 1000
Dimana:
ρ b = 800 kg/m 3 Vb = 0,005 m3 t b = 29 detik Universitas Mercu Buana
44
Tugas Akhir
Maka :
Vb 3600 ρb tb 1000
Fc =
=
0,005 3600 x 800 x kg/jam 29 1000
= 0,5 kg/jam
4. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik SFC (Specific Fuel Consumtion)
SFC =
Fc Ne
Dimana : Fc
= 0,5 kg/jam
Ne
= 2,71 kW
SFC =
Fc Ne
Maka :
=
0,5kg / jam 2,71kW
= 0,18 kg/kW.jam
5. Efisiensi Termal LHV (Low Heating Value)
η th =
Ne.3600 x 100% Fc.LHV
Dimana: Ne
= 2,71 kW
Fc
= 0,5 kg/jam
LHV = 20930 kJ/kg
Universitas Mercu Buana
45
Tugas Akhir
Maka :
η th =
Ne.3600 x 100% Fc.LHV
ηth =
2,71.3600 x 100 % 0,5.20930
ηth = 0,93 %
Tabel 4.3. Data Hasil Perhitungan 1 Tabung Elektrolizer No
Putaran
Torsi
Daya
Konsumsi
Pemakaian Bahan
Efisiensi
Mesin
(Nm)
Poros
Bahan Bakar
Bakar Spesifik
Thermal
(kW)
(kg/jam)
(kg/kW.jam)
%
(rpm) 1
3000
2,94
0,92
0,36
0,39
0,44
2
4000
5,88
2,46
0,46
0,19
0,92
3
5000
8,82
4,62
0,69
0,15
1,15
Tabel 4.4. Data Hasil Perhitungan 2 Tabung Elektrolizer No
Putaran
Torsi
Daya
Konsumsi
Pemakaian Bahan
Efisiensi
Mesin
(Nm)
Poros
Bahan Bakar
Bakar Spesifik
Thermal
(kW)
(kg/jam)
(kg/kW.jam)
%
(rpm) 1
3000
4,41
1,38
0,37
0,27
0,64
2
4000
6,47
2,71
0,5
0,18
0,93
3
5000
9,7
5,1
0,72
0,14
1,22
IV.3. Analisa Data Hasil Perhitungan Berdasarkan data pengukuran dari hasil pengujian diatas dapat dilakukan analisa perbandingan kinerja mesin dengan menggunakan jenis busi yang berbeda, yang
akan
memperlihatkan perbedaan antara busi standar dengan busi bermassa tiga. Universitas Mercu Buana
46
Tugas Akhir
IV.3.1. Torsi Hasil pengolahan data dari pengukuran diperoleh torsi sebagai fungsi putaran poros motor grafiknya terlihat pada gambar 4.1.
12 10 T (Nm)
8 1 Tabung
6
2 Tabung
4 2 0 1000
2000
3000
4000
5000
6000
N (rpm)
Gambar 4.1. Grafik Torsi Terhadap Putaran Mesin.
Pada grafik 4.1. pengambilan data dilakukan pada putaran poros motor 3000 rpm sampai dengan 5000 rpm dengan kenaikan putaran poros 1000 rpm. Terlihat pada grafik bahwa mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer pada putaran terendah 3000 rpm menghasilkan torsi sebesar 2,94 Nm dan pada putaran tertinggi menghasilkan torsi sebesar 8,82 Nm sedangkan mesin yang menggunakan 2 tabung elektrolizer pada putaran rendah menghasilkan torsi sebesar 4,41 Nm dan pada putaran tertinggi menghasilkan torsi sebesar 9,7 Nm.
Universitas Mercu Buana
47
Tugas Akhir
Baik itu mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer maupun yang menggunakan 2 tabung elektrolizer, bahwa terjadi kenaikan torsi yang cukup stabil pada tiap putaran poros 3000 rpm sampai dengan 5000 rpm. Akan tetapi mesin yang menggunakan 2 tabung elektrolizer torsi yang dihasilkan pada tiap putaran poros mesin jauh lebih besar dibandingkan dengan mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer.
IV.3.2. Daya Poros Hasil pengolahan data dari pengukuran diperoleh daya poros sebagai fungsi putaran poros motor grafiknya terlihat pada gambar 4.2.
6
Ne (kW)
5 4 1 Tabung
3
2 Tabung
2 1 0 1000
2000
3000
4000
5000
6000
N (rpm)
Gambar 4.2. Grafik Daya Poros Terhadap Putaran Mesin. Pada grafik 4.2. pengambilan data dilakukan pada putaran poros motor 3000 rpm sampai dengan 5000 rpm dengan kenaikan putaran poros 1000 rpm. Terlihat pada grafik bahwa mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer pada putaran terendah 1000 rpm menghasilkan daya poros sebesar 0,92 kW dan pada putaran tertinggi menghasilkan daya poros sebesar 4,62 kW sedangkan mesin yang menggunakan 2 tabung elektrolizer pada putaran rendah menghasilkan daya poros sebesar 1,38 kW dan pada putaran tertinggi Universitas Mercu Buana
48
Tugas Akhir
menghasilkan daya poros sebesar 5,1 kW. Baik itu mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer maupun yang menggunakan 2 tabung elektrolizer. bahwa terjadi kenaikan daya poros yang cukup stabil pada tiap putaran poros 3000 rpm sampai dengan 5000 rpm. Akan tetapi mesin yang menggunakan 2 tabung elektrolizer daya poros yang dihasilkan pada tiap putaran poros mesin jauh lebih besar dibandingkan dengan mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer.
IV.3.3. Konsumsi Bahan Bakar Hasil pengolahan data dari pengukuran diperoleh konsumsi bahan bakar sebagai
Fc (kg/jam)
fungsi putaran poros motor grafiknya terlihat pada gambar 4.3.
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1000
1 Tabung 2 Tabung
2000
3000
4000
5000
6000
N (rpm)
Gambar 4.3 Grafik Konsumsi Bahan Bakar Terhadap Putaran Mesin. Pada grafik 4.3. pengambilan data dilakukan pada putaran poros motor 3000 rpm sampai 5000 rpm, dengan kenaikan putaran poros mesin 1000 rpm. Berdasarkan grafik diatas mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer pada putaran terendah 1000 rpm menghasilkan konsumsi bahan bakar sebesar 0,36 kg/jam dan pada putaran tertinggi menghasilkan konsumsi bahan bakar sebesar 0,69 kg/jam sedangkan mesin yang Universitas Mercu Buana
49
Tugas Akhir
menggunakan 2 tabung elektrolizer pada putaran rendah menghasilkan konsumsi bahan bakar sebesar 0,37 kg/jam dan pada putaran tertinggi menghasilkan konsumsi bahan bakar sebesar 0,72 kg/jam. Perbedaan terlihat pada putaran poros 3000 rpm konsumsi untuk mesin menggunakan 2 tabung elektrolizer lebih tinggi jika dibandingkan mesin menggunakan 1 tabung elektrolizer. Dan untuk pada putaran selanjutnya yakni 4000 rpm dan 5000 rpm konsumsi bahan bakar untuk mesin menggunakan 2 tabung elektrolizer lebih tinggi dibandingkan mesin menggunakan 1 tabung elektrolizer. Jadi berdasarkan grafik diatas tersebut, untuk mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer konsumsi bahan bakar yang dihasilkan pada putaran tinggi jauh lebih rendah ini menandakan bahwa konsumsi bahan bakar lebih irit dibandingkan dengan mesin yang menggunakan 2 tabung elektrolizer.
IV.3.4. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Hasil pengolahan data dari pengukuran diperoleh konsumsi bahan bakar spesifik sebagai fungsi putaran poros motor grafiknya terlihat pada gambar 4.4.
SFC (kg/jam.kW)
0.5 0.4 0.3 1 Tabung
0.2
2 Tabung 0.1 0 1000
2000
3000
4000
5000
6000
N (rpm) Gambar 4.4. Grafik Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Terhadap Putaran Mesin. Universitas Mercu Buana
50
Tugas Akhir
Pada grafik 4.4. pengambilan data dilakukan pada putaran poros 3000 rpm sampai 5000 rpm dan kenaikan putaran poros 1000 rpm. Berdasarkan grafik diatas mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer pada putaran terendah 3000 rpm menghasilkan pemakaian bahan bakar spesifik sebesar 0,39 kg/jam kW dan pada putaran tertinggi menghasilkan pemakaian bahan bakar spesifik sebesar 0,15 kg/jam kW sedangkan mesin yang menggunakan 2 tabung elektrolizer pada putaran rendah menghasilkan pemakaian bahan bakar spesifik sebesar 0,27 kg/jam kW dan pada putaran tertinggi menghasilkan pemakaian bahan bakar spesifik sebesar 0,14 kg/jam kW. Baik itu mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer maupun yang menggunakan 2 tabung elektrolizer. bahwa terjadi kenaikan pemakaian bahan bakar spesifik yang cukup stabil pada tiap putaran poros 3000 rpm sampai dengan 5000 rpm. Akan tetapi mesin yang menggunakan 2 tabung elektrolizer pemakaian bahan bakar spesifik yang dihasilkan pada tiap putaran poros mesin jauh lebih besar dibandingkan dengan mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer. Untuk itu mesin yang menggunakan 2 tabung elektrolizer konsumsi bahan bakar yang dihasilkan pada putaran tinggi jauh lebih irit dibandingkan dengan mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer. Hasil pengolahan data dari pengukuran diperoleh efisiensi thermal sebagai fungsi putaran poros motor grafiknya terlihat pada gambar 4.5.
Universitas Mercu Buana
51
Tugas Akhir
1 .4 1 .2 nth (%)
1 0 .8 0 .6
1 T ab u n g
0 .4
2 T ab u n g
0 .2 0 0
2000
4000
6000
N (rp m )
Gambar 4.5. Grafik Efisiensi Thermal Terhadap Putaran Mesin
IV.3.5. Efisiensi Thermal Pada grafik 4.5. pengambilan data dilakukan pada putaran poros 3000 rpm sampai 5000 rpm dan kenaikan putaran poros 1000 rpm. Terlihat pada grafik bahwa mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer pada putaran terendah 3000 rpm menghasilkan efisiensi thermal sebesar 0,44 % dan pada putaran tertinggi menghasilkan efisiensi thermal sebesar 1,15 % sedangkan mesin yang menggunakan 2 tabung elektrolizer pada putaran rendah menghasilkan efisiensi thermal sebesar 0,64 % dan pada putaran tertinggi menghasilkan efisiensi thermal sebesar 1,22 %. Baik itu mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer maupun yang menggunakan 2 tabung elektrolizer. Bahwa terjadi kenaikan efisiensi thermal yang cukup stabil pada tiap putaran poros 3000 rpm sampai dengan 5000 rpm. Akan tetapi mesin yang menggunakan 2 tabung elektrolizer efisiensi thermal yang dihasilkan pada tiap putaran poros mesin jauh lebih besar dibandingkan dengan mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer.
Universitas Mercu Buana
52
Tugas Akhir
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.I.
Kesimpulan Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan pada mesin bensin Honda Astrea
Legenda pada putaran 3000 rpm sampai 5000 rpm, menggunakan bahan bakar alkohol untuk 1 tabung elektrolizer dan 2 tabung elektrolizer, maka penulis dapat mengambil beberapa buah kesimpulan sebagai berikut : 1. Perbedaan torsi untuk 1 tabung elektrolizer putaran terendah 3000 rpm menghasilkan torsi sebesar 2,94 Nm dan pada putaran tertinggi sebesar 8,82 Nm sedangkan untuk 2 tabung elektrolizer putaran terendah menghasilkan torsi sebesar 4,41 Nm dan pada putaran tertinggi sebesar 9,7 Nm. Jadi untuk mesin menggunakan 2 tabung elektrolizer torsi yang dihasilkan tiap putaran poros mesin jauh lebih besar dibandingkan mesin menggunakan 1 tabung elektrolizer. 2. Daya poros yang dihasilkan mengalami kenaikan yang cukup stabil. Untuk 1 tabung elektrolizer pada putaran terendah sebesar 0,92 kW dan pada putaran tertinggi sebesar 4,62 kW sedangkan untuk 2 tabung elektrolizer pada putaran terendah menghasilkan Universitas Mercu Buana
53
Tugas Akhir
daya poros sebesar 1,38 kW dan pada putaran tertinggi sebesar 5,1 kW. Jadi mesin yang menggunakan 2 tabung elektrolizer daya poros yang dihasilkan pada tiap putaran poros mesin jauh lebih besar dibandingkan dengan mesin yang menggunakan 1 tabung elektrolizer. 3. Konsumsi bahan bakar untuk 1 tabung elektrolizer putaran terendah sebesar 0,36 kg/jam dan putaran tertinggi sebesar 0,69 kg/jam sedangkan untuk 2 tabung elektrolizer putaran terendah sebesar 0,37 kg/jam dan putaran tertinggi sebesar 0,72 kg/jam. Konsumsi bahan bakar untuk 1 tabung elektrolizer lebih tinggi dibandingkan untuk 2 tabung elektrolizer hal ini menandakan bahwa konsumsi bahan bakar lebih irit. 4. Untuk 1 tabung elektrolizer putaran terendah menghasilkan pemakaian bahan bakar spesifik sebesar 0,39 kg/jam kW dan putaran tertinggi sebesar 0,15 kg/jam kW sedangkan untuk 2 tabung elektrolizer pada putaran rendah sebesar 0,27 kg/jam kW dan pada putaran tertinggi sebesar 0,14 kg/jam kW. Akan tetapi jika menggunakan 2 tabung elektrolizer pemakaian bahan bakar spesifik yang dihasilkan tiap putaran jauh lebih besar dibandingkan dengan menggunakan 1 tabung elektrolizer, hal ini sangat wajar karena torsi dan daya poros yang dihasilkan juga lebih besar. Dalam hal ini mesin yang menggunakan 2 tabung elektrolizer jauh lebih irit dibandingkan 1 tabung elektrolizer. 5. Untuk mesin menggunakan 1 tabung elektrolizer pada putaran terendah menghasilkan efisiensi thermal 0,44 % dan pada putaran tertinggi 1,15 % sedangkan untuk 2 tabung elektrolizer pada putaran rendah 0,64 % dan pada putaran tertinggi 1,22 %. Jadi untuk 2 tabung elektrolizer efisiensi thermal yang dihasilkan pada tiap putaran poros mesin
Universitas Mercu Buana
54
Tugas Akhir
jauh lebih besar dibandingkan dengan menggunakan 1 tabung elektrolizer. Ini dapat dilihat dari grafik. Dengan demikian dari hasil pengujian ini terlihat bahwa jika menggunakan 2 tabung elektrolizer untuk pemakaian bahan bakar spesifiknya lebih irit dan juga dapat meningkatkan performa atau daya mesin pada kendaraan bermotor jika menggunakan bahan bakar alkohol.
V.2. Saran Dari hasil pengujian dan analisa yang penulis lakukan, penulis juga mencoba mengemukakan beberapa saran yang di harapkan dapat membantu para pembaca Tugas Akhir ini, yaitu antara lain : a. Perlunya di lakukan pengujian dengan modifikasi yang lainnya, misalnya dengan mengganti bahan bakar yang lainnya selain alkohol. b. Perlunya di lakukan pengujian lebih lanjut dengan putaran yang lebih tinggi ataupun dengan beban yang berbeda pula untuk lebih mengetahui perbedaan dari performa mesin yang dihasilkan mengingat keterbatasan dari alat uji yang digunakan.
Universitas Mercu Buana
55
Tugas Akhir
DAFTAR PUSTAKA
-
Arends, BPM. & Berenschot H. ” Motor Bensin ”. Jakarta : Erlangga, 1980.
-
Arismunandar, Wiranto & Koichi Tsuda. ” Motor Diesel Putaran Tinggi”. Jakarta : Pradnya Paramita, 1986.
-
Crouse & Anglin. ” Automotive Engines ”. New York : Glencoe, 1994.
-
Mas’ud. ” Sistem bahan Bakar ”. Jakarta : Fariska Utama, 2000.
-
Northop, R.S. ” Teknik Reparasi Sepeda Motor ”. Bandung : CV. Pustaka Grafika, 2003.
-
Purba Michael. ” Kimia 2000 SMU Kelas 2 ”. Jakarta : Erlangga, 1994.
-
Safari, Firmansyah. ” Utak Atik Otomotif–Berbagi Pengalaman Ala Saft7.com ”. Jakarta : Elex Media Komputindo, 2006.
Universitas Mercu Buana
56
