pengaruh air fuel ratio (afr) terhadap unjuk kerja …repository.ub.ac.id/12542/1/dery rega...
TRANSCRIPT
PENGARUH AIR FUEL RATIO (AFR) TERHADAP UNJUK KERJA
MOTOR BAKAR 6 LANGKAH 3 KALI PENGAPIAN
SKRIPSI
TEKNIK MESIN KONSENTRASI TEKNIK KONVERSI ENERGI
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
memperoleh gelar Sarjana Teknik
DERY REGA PRANATA
NIM. 135060201111102
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
FAKULTAS TEKNIK
MALANG
2018
v
DAFTAR GAMBAR
No. Judul Halaman
Gambar 2.1 Diagram siklus otto ideal .............................................................................. 6
Gambar 2.2 Siklus otto aktual............................................................................................ 7
Gambar 2.3 Prediksi kerugian akibat bukaan katup secara teoritis ................................... 7
Gambar 2.4 Skema kerja motor bakar 4 langkah............................................................... 9
Gambar 2.5 Siklus motor bakar 6 langkah dengan penambahan water inject
turn to steam ............................................................................................... 10
Gambar 2.6 Skema motor bakar 6 langkah 3 kali pengapian .......................................... 11
Gambar 2.7 Prediksi diagram P – V ................................................................................ 11
Gambar 2.8 Ilustrasi proses pembakaran ......................................................................... 12
Gambar 2.9 Grafik tingkat pembakaran .......................................................................... 15
Gambar 2.10 Grafik pre ignition motor. ............................................................................ 17
Gambar 2.11 Sistem berdasarkan letak penempatan injektor........................................... 20
Gambar 2.12 Window Software FittecPB_32Dmap-v6.00.05 ........................................... 21
Gambar 2.13 Current data list (1st Run) ........................................................................... 22
Gambar 2.14 Window 3D ignition mapping. ..................................................................... 22
Gambar 3.1 Prototype motor bakar 6 langkah 3 kali pengapian ..................................... 28
Gambar 3.10 Window 3D Injection Mapping ................................................................... 29
Gambar 3.2 Skema instalasi penelitian ............................................................................ 30
Gambar 3.3 Pastikan setingan regional english US ......................................................... 31
Gambar 3.4 Installing USB2.0-Serial.............................................................................. 32
Gambar 3.5 Driver masih belum terinstall ...................................................................... 32
Gambar 3.6 Update driver software ................................................................................ 32
Gambar 3.7 Browse my computer for driver software .................................................... 33
Gambar 3.8 Browse tempat penyimpanan file driver (pada folder HL-340
Green Cable) ................................................................................................ 33
Gambar 3.9 USB-Serial CH340 (COM7) telah terinstall ................................................ 34
Gambar 3.10 Tulisan warna merah "Status READ: FINISH ............................................. 35
Gambar 3.11 Window 3d injection mapping .................................................................... 35
Gambar 4.1 Grafik hubungan torsi dengan putaran ........................................................ 41
Gambar 4.2 Grafik hubungan daya efektif dengan putaran............................................. 42
Gambar 4.3 Grafik hubungan SFCe dengan putaran ....................................................... 44
vi
Gambar 4.4 Grafik hubungan efisiensi termal efektif dengan putaran.............................. 45
ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ......................................................................................................... i
DAFTAR ISI ....................................................................................................................... ii
DAFTAR TABEL .............................................................................................................. iv
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... v
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................... vii
RINGKASAN ................................................................................................................... viii
SUMMARY ....................................................................................................................... ix
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ....................................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .................................................................................................. 2
1.3 Batasan Masalah ..................................................................................................... 2
1.4 Tujuan Penelitian .................................................................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................................. 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 5
2.1 Penelitian Sebelumnya ........................................................................................... 5
2.2 Siklus Otto .............................................................................................................. 5
2.3 Motor Bakar ............................................................................................................ 8
2.3.1 Siklus Motor Bakar 4 Tak ............................................................................ 8
2.3.2 Motor Bakar 6 Langkah ............................................................................... 9
2.3.2.1 Motor Bakar 6 Langkah dengan Penambahan
water inject turn to steam ............................................................................ 9
2.3.2.2 Motor Bakar 6 Langkah dengan sistem injeksi bahan bakar, 3 kali
pengapian............................................................................................................... 10
2.4 Teori Pembakaran ................................................................................................. 12
2.4.1 Air Fuel Ratio (AFR) ................................................................................ 13
2.4.2 Pembakaran Pada Mesin Otto ................................................................... 13
2.4.3 Rasio Kompresi ......................................................................................... 17
2.5 Bahan Bakar ......................................................................................................... 18
2.6 Gasohol (Gasoline + Ethanol) .............................................................................. 19
2.7 Injeksi Bahan Bakar ............................................................................................. 20
2.8 Pengenalan Software ............................................................................................ 21
2.9 Unjuk Kerja Motor Bakar...................................................................................... 23
iii
2.9.1 Torsi........................................................................................................... 24
2.9.2 Daya Efektif .............................................................................................. 24
2.9.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Efektif ................................................... 25
2.9.4 Efisiensi Termal Efektif ............................................................................ 25
2.10 Hipotesis ............................................................................................................... 25
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................................... 27
3.1 Metodologi Penelitian ........................................................................................... 27
3.2 Variabel Penelitian ................................................................................................. 27
3.2.1 Variabel Bebas .............................................................................................. 27
3.2.2 Variabel Terikat ............................................................................................ 27
3.2.3 Variabel Terkontrol ...................................................................................... 28
3.3 Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................................ 28
3.4 Alat dan Bahan ....................................................................................................... 28
3.5 Instalasi Penelitian .................................................................................................. 30
3.6 Proses Pengujian Kinerja Motor Bakar .................................................................. 30
3.7 Prosedur Penelitian ................................................................................................. 31
3.7.1 Prosedur Pengujian Prestasi Motor Bakar .................................................... 31
3.8 Diagram Alir Penelitian ......................................................................................... 37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................... 39
4.1 Analisis Data ........................................................................................................ 39
4.1.1 Data Hasil Pengujian .................................................................................... 39
4.1.2 Pengolahan Data ........................................................................................... 39
4.2 Pembahasan .......................................................................................................... 41
4.2.1 Hubungan Antara Putaran Mesin dengan Torsi .......................................... 41
4.2.2 Hubungan Antara Putaran Mesin dengan Daya Efektif .............................. 42
4.2.3 Hubungan Antara Putaran Mesin dengan SFCe .......................................... 44
4.2.4 Hubungan Antara Putaran Mesin dengan Efisiensi Termal Efektif ............ 45
BAB V PENUTUP ............................................................................................................. 47
5.1 Kesimpulan ........................................................................................................... 47
5.2 Saran ..................................................................................................................... 47
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
vii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Tabel data AFR 1:13 bahan bakar E20
Lampiran 2 Tabel data AFR 1:14 bahan bakar E20
Lampiran 3 Tabel data AFR 1:15 bahan bakar E20
iv
DAFTAR TABEL
No. Judul Halaman
Tabel 2.1 Rasio Kompresi dan Bahan Bakar. ................................................................... 18
Tabel 2.2 Perbandingan bensin murni, dengan gasohol (E5, E10, E20, E30) .................. 19
Tabel 3.1 Spesifikasi motor bakar 6 langkah. ................................................................... 29
JUDUL SKRIPSI:
PENGARUH AIR FUEL RATIO (AFR) TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BAKAR
6 LANGKAH 3 KALI PENGAPIAN
Nama Mahasiswa : Dery Rega Pranata
NIM : 135060201111102
Program Studi : Teknik Mesin
Minat : Teknik Konversi Energi
KOMISI PEMBIMBING
Dosen Pembimbing 1 : Dr. Eng. Eko Siswanto, ST., MT.
Dosen Pembimbing 2 : Fikrul Akbar Alamsyah, ST., MT.
TIM DOSEN PENGUJI
Dosen Penguji 1 : Dr.Eng. Mega Nur Sasongko, ST., MT.
Dosen Penguji 2 : Haslinda Kusumaningsih, ST., M.Eng.
Dosen Penguji 3 : Bayu Satriya Wardhana, ST., M.Eng.
Tanggal Ujian : 10 Juli 2018
SK Penguji : 1395/UN10.F07/SK/2018
i
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT Tuhan Semesta Alam yang atas karunianya memberikan
kemudahan dan kelancaran sehingga dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Pengaruh
Air Fuel Ratio (AFR) Terhadap Unjuk Kerja Motor Bakar 6 Langkah 3 Kali Pengapian”.
Sholawat serta salam juga tidak lupa dicurahkan kepada nabi besar Muhammad SAW,
yang atas pencerahannya, kita menjadi manusia yang taqwa pada Tuhan YME Allah SWT.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini dapat terselesaikan berkat bantuan, petunjuk dan
bimbingan dari berbagai pihak dalam proses penyelesaian skripsi ini. Oleh karena itu,
dalam kesempatan kali ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada pihak-pihak
yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini:
1. Kedua orang tua tercinta yang karena dukungan beliau, penulis dapat menyelesaikan
kuliah hingga tugas akhir ini.
2. Dr. Eng. Eko Diswanto, ST., MT. selaku dosen pembimbing I yang telah memberikan
motivasi, inovasi, bimbingan dan arahan dalam penulisan skripsi ini.
3. Fikrul Akbar Alamsyah, ST., MT. selaku dosen pembimbing II yang sudah
meluangkan waktu untuk membimbing penelitian dari awal hingga akhir.
4. Seluruh Staff Administrasi Jurusan Teknik Mesin Universitas Brawijaya Malang.
5. Teman-teman seperjuangan yang membantu dalam menyelesaikan pengerjaan skripsi
ini.
6. Seluruh Keluarga Besar Mahasiswa Mesin (KBMM) Fakultas Teknik Universitas
Brawijaya Malang.
7. Kepada Universitas Brawijaya, Fakultas Teknik dan Jurusan Teknik Mesin.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna sehingga kritik
dan saran yang membangun sangat penulis butuhkan. Penulis berharap agar skripsi ini
dapat berguna bagi kita semua sehingga dapat menjadi acuan untuk penelitian lebih lanjut
demi kemajuan dunia.
Malang, 5 Juni 2018
Penulis
PERNYATAAN ORISINALITAS SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa sepanjang pengetahuan saya dan
berdasarkan hasil penelusuran berbagai karya ilmiah, gagasan dan masalah ilmiah yang
diteliti dan diulas di dalam Naskah Skripsi ini adalah asli dari pemikiran saya. Tidak
terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar
akademik di suatu Perguruan Tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah
ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam naskah
ini dan disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar pustaka.
Apabila ternyata di dalam Naskah Skripsi ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur
jiplakan, saya bersedia Skripsi dibatalkan, serta diproses sesuai dengan peraturan
perundang-undangan yang berlaku (UU No. 20 Tahun 2003, pasal 25 ayat 2 dan pasal 70).
Malang, 5 Juni 2018
Mahasiswa,
Dery Rega Pranata
NIM. 135060201111102
viii
RINGKASAN
Dery Rega Pranata, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya, Juni
2018, Pengaruh Air Fuel Ratio (AFR) Terhadap Unjuk Kerja Motor Bakar 6 Langkah 3
kali Pengapian, Dosen Pembimbing : Eko Siswanto dan Fikrul Akbar Alamsyah
Motor bakar 6 langkah adalah motor bakar hasil pengembangan dari motor bakar 4 tak
dengan 2 langkah tambahan guna meningkatkan unjuk kerja serta efisiensi dari suatu
mesin. Pada penelitian sebelumnya, motor bakar 6 langkah masih menggunakan bahan
bakar pertamax 92 tanpa dicampur dengan zat apapun, pada penelitian ini bahan bakar
akan dicampur dengan bahan bio fuel yaitu ethanol dengan tujuan menaikan oktan, dan
juga sebagai bahan bakar alternatif demi menghemat penggunaan bahan bakar fosil.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui performa motor bakar 6 langkah berbahan
bakar gasohol E20 dengan variasi AFR yaitu ; 1:13 , 1:14 , dan 1:15.
Penelitian ini menggunakan metode eksperimental nyata (Experimental Research)
yaitu dengan melakukan pengamatan secara langsung untuk memperoleh data sebab akibat
melalui eksperimen guna mendapatkan data empiris yang secara langsung digunakan ke
obyek yang akan diteliti. Obyek tersebut akan diambil datanya pada tahapan-tahapan dan
secara langsung diuji pada objek yang dituju.
Untuk mengetahui pengaruh Air Fuel Ratio (AFR) terhadap unjuk kerja motor bakar 6
langkah dievaluasi berdasar nilai torsi, daya efektif, SFCe dan efisiensi termal.
Diantara hasil penting dari study ini adalah, dengan membandingkan AFR dari
campuran miskin hingga campuran kaya, diketahui bahwa campuran kaya cenderung
menghasilkan daya dan torsi yang besar, akan tetapi konsumsi bahan bakar spesific dari
motor bakar 6 langkah lebih tinggi. Selain itu, efisiensi termal tertinggi ternyata dicapai
pada campuran yang miskin.
Kata Kunci : Air Fuel Ratio, Motor Bakar 6 langkah, Unjuk Kerja.
ix
SUMMARY
Dery Rega Pranata, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering
Universitas Brawijaya, June 2018, The Affect of Air Fuel Ratio (AFR) on 6 Stoke
Combustion Engine with 3 times Ignition, Supervisor: Eko Siswanto and Fikrul Akbar
Alamsyah
Six Stroke Combustion Engine is the development of 4 stroke combustion engine with
2 additional strokes to increase the performance and efficiency of a combustion engine. In
the previous study, 6 Stroke combustion engine still uses fuel pertamax 92 without mixing
with any substance, in this research the fuel will be mixed with bio fuel materials, that is,
ethanol with the aim of raising octane, and also as an alternative fuel to save the use of
fossil fuels.
This study objects to determine the performance of 6 stroke combustion engine by
using gasohol E20 with AFR variations namely; 1:13, 1:14, and 1:15.
This research uses real experimental method (Experimental Research), that is, by
doing direct observation to obtain cause and effect relationships through experiment to get
empirical data which directly used to the test section.
To determine effects of the Air Fuel Ratio (AFR) to the performance of a 6 Stroke
combustion engine, evaluation is based on the value of torque, effective power, SFCe and
thermal efficiency.
Some important results of this study are, by comparing AFR starts from a poor ratio to
a rich ratio, rich ratio tends to gain a great power and torque, however, the specific fuel
consumption of 6 Stroke combustion engine is on higher value. Secondly, the highest
thermal efficiency of the engine is in poor ratio.
Keywords: Air Fuel Ratio, Motor Fuel 6 stroke, Performance.
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Motor bakar merupakan mesin konversi energi yang berprinsip merubah energi kimia
bahan bakar menjadi energi mekanik yaitu berupa putaran engkol, motor bakar sendiri
sering digunakan dalam bidang transportasi, industri, serta pembangkit listrik. Motor bakar
banyak digunakan karena keunggulan serta faktor ekonomis dan mudah untuk dioperasikan
(Elmer, 2015). Motor bakar pembakaran dalam, umumnya adalah motor bakar berbahan
bakar bensin dan motor bakar berbahan bakar solar.
Seiring berkembangnya teknologi, khususnya bidang otomotif banyak ilmuwan yang
berinovasi untuk mengembangkan teknologi tersebut, dalam hal meningkatkan efisiensi,
meminimalisir gas buang, meningkatkan performa mesin dan sebagainya. Hal tersebut
dilakukan dengan cara merubah atau mengembangkan variable yang berpengaruh,
misalnya bahan bakar, kompresi mesin, saluran bahan bakar, kelistrikan, material mesin
dan masih banyak lagi.
Para ilmuwan akhir–akhir ini banyak yang melakukan penelitian untuk menciptakan
motor bakar yang hemat energi dan ramah lingkungan, baik itu ditingkat internasional
maupun nasional juga sering diadakan lomba untuk membuat mobil hemat energy.
Harapannya di masa depan para ilmuwan muda, dapat membuat kendaraan hemat energi
yang dapat menghemat cadangan minyak kita yang semakin menipis dan tidak dapat
diperbarui.
Pada zaman sekarang, sedang dikembangkan kendaraan dengan bahan bakar yang
dapat diperbarui salah satunya adalah ethanol, namun dipasaran produk mesin berbahan
bakar fosil masih mendominasi. Ethanol digunakan untuk bahan bakar motor, karena
ethanol memiliki angka oktan yang relatif tinggi yaitu sekitar 108,6. Angka oktan yang
tinggi dapat meningkatkan efisiensi mesin, selain itu ethanol dalam penggunaanya dapat
digunakan langsung ataupun sebagai campuran bensin dan solar.
Berbeda dengan bensin, ethanol mempunyai AFR (Air Fuel Ratio) lebih besar yaitu 9 :
1, sehingga membutuhkan konsumsi bahan bakar lebih banyak, jika dibandingkan dengan
bensin. Oleh sebab itu perlu diadakan penelitian untuk mengetahui AFR yang pas dalam
hal campuran suatu bahan bakar agar kerja mesin menjadi optimal.
2
Eko Siswanto yang juga menjadi dosen Teknik Mesin Universitas Brawijaya,
mengembangkan teknologi khususnya didunia otomotif yaitu membuat motor bakar 6
langkah. Siklus 6 langkah hampir mirip dengan siklus motor bakar 4 langkah, namun pada
motor bakar 6 langkah bahan bakar dikompresi 2 kali. Pada kompresi pertama, bahan
bakar tidak langsung dibakar. Pada kompresi yang kedua campuran bahan bakar dan udara
dibakar, penelitian ini bertujuan membuat mesin yang efisien dan mempunyai performa
yang baik (Siswanto et,al).
Sebelumnya motor bakar 6 langkah juga sudah pernah dipopolerkan oleh Bruce
Crower dari USA. Namun mesin 6 langkah yang dipopulerkan oleh Bruce Crower berbeda
dibandingkan mesin 6 langkah yang dibuat oleh Eko Siswanto. Mesin 6 langkah yang
dipopulerkan oleh Bruce Crower, 4 langkah pertama sama dengan mesin 4 langkah motor
bakar pada umumnya. Beliau hanya menambahkan 2 langkah terakhir, yaitu memanfaatkan
panas dari pembakaran untuk dijadikan uap air, dan uap air tersebut digunakan untuk
pendinginan pada 2 langkah terakhir.
1.2 Rumusan Masalah
Berhubungan dengan latar belakang diatas rumusan masalah dalam penelitian ini
adalah bagaimana pengaruh Air Fuel Ratio (AFR) terhadap unjuk kerja motor bakar 6
langkah tiga kali pengapian berbahan bakar Gasohol E20.
1.3 Batasan Masalah
Agar masalah yang terjadi dalam penelitian tidak semakin melebar, maka perlu adanya
batasan masalah yang tidak lain adalah:
1. Mesin dianggap dalam keadaan ideal
2. Mengabaikan sistem pengapian
3. Kondisi lingkungan dianggap tetap (steady state)
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian adalah untuk mengetahui pengaruh Air Fuel Ratio (AFR)
terhadap performa mesin 6 langkah berbahan bakar campuran bensin dan etanol (Gasohol).
1.5 Manfaat penelitian
Adapun manfaat penelitian ini:
1. Mengembangkan teknologi dibidang otomotif
3
2. Mengetahui rasio kompresi yang dapat membuat kerja mesin 6 langkah berbahan
bakar campuran bensin dan etanol menjadi optimal
3. Untuk menambah wawasan mahasiswa maupun orang umum
4. Menjadi referensi untuk penelitian berikutnya
4
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Sebelumnya
I Gusti Ngurah Putu Tenaya (2011) meneliti pengaruh AFR terhadap emisi gas buang
berbahan bakar LPGpada ruang bakar model Helle-Shaw Cell,dengan hasil penelitian yaitu
bahan bakar LPG AFR stoikiometri adalah 20,33:1.Pada AFR stoichiometry emisi gas
buang CO, O2, HC adalah paling minimum, sedangkan CO2 adalah paling maksimum.
Semakin tepat campuran antara udara dan bahan bakar maka proses pembakaran yang
terjadi semakin baik atau sempurna, sehingga konsentrasi atau kadar gas buangnya akan
memenuhi standar baku mutu.
Muhammad Diaz B (2014), mengatakandari hasil penelitian gasifikasi sekam padi
pada reaktor tipe downdraft dengan variasi AFR dapat disimpulkan bahwa kualitas syn-gas
pada variasi nilai AFR terbaik pada AFR 1,35 dengan komposisi CH4 12,90 %, CO 12,50
%, H2 5,78% dan nilai LHV sebesar 5051.244 kJ/m3.
Bayu Pranoto (2012) mengatakan, AFR juga berpengaruh pada karakteristik nyala api.
Oleh karena itu perlu diketahui pengaruh AFR terhadap karakteristik api pembakaran
minyak kapuk. Penelitian ini dilakukan dengan membakar campuran uap minyak kapuk
dan udara pada burner dengan AFR tertentu hingga api mengalami lift off kemudian padam
(blow off). Berdasarkan data hasil penelitian didapatkan bahwa penambahan AFR
meningkatkan kecepatan api (30,278cm/dt pada AFR 0,143:1 terus meningkat hingga
296,347cm/dt pada AFR 4,011:1), dan mempengaruhi pola warna api yang tadinya
berwarna kekuningan menjadi biru lalu api mulai terangkat (lift off) kemudian padam.
Perubahan AFR juga memberi pengaruh pada perubahan temperatur api, meski
perubahannya tidak terlalu signifikan. Perubahan AFR memberikan geometri api yang
semakin membesar (dengan tinggi api 1,34 cm pada AFR 0,143:1 hingga tinggi api 4,429
cm pada AFR 1,526:1) kemudian api semakin kecil (tinggi api 0,264 cm pada AFR
4,011:1) hingga api lift off lalu padam.
2.2 Siklus Otto
Siklus Otto adalah siklus standar udara yang digunakan pada motor bensin yang
ditemukan oleh seorang ilmuwan asal Jerman yang bernama Nicholas Otto pada tahun
1876. Diagram P – V dan T – S siklus Otto dapat dilihat pada Gambar 2.1.
6
Gambar 2.1 Diagram Siklus Otto Ideal
Sumber: Thermodynamics, Cengel (1994:457)
Pada siklus Otto terdapat 4 langkah yang diperlukan dalam menyelesaikan satu siklus
yaitu:
1. Langkah Kompresi adiabatis reversibel (1 – 2)
2. Penambahan panas pada volume konstan (2 – 3)
3. Langkah Ekspansi adiabatis reversibel (3 – 4)
4. Langkah pembuangan (4 – 1)
Didalam kondisi aktual pada siklus otto terjadi penyimpangan dari siklus Otto ideal
(Arismunandar W.2002), karena dalam keadaan sebenarnya terjadi beberapa kerugian
sebagai berikut.
1. Kebocoran fluida pada toleransi dimensi ring piston terhadap dinding silinder ruang
bakar.
2. Kedua katup isap dan buang tidak terbuka dan tertutup pada kondisi TMA,
dikarenakan dinamika mekanisme dari katup dan juga kelembaman fluida.
3. Fluida yang digunakan adalah campuran udara dan bahan bakar, bukan menggunakan
fluida gas ideal.
4. Proses pembakaran tidak berlasung secara seketika, melainkan membutuhkan waktu
agar campuran bahan bakar dan udara terbakar sepenuhnya, busi menyala beberapa
derajat sebelum TMA agar pada saat piston berada pada TMA, bahan bakar
diharapkan dapat dibakar secara keseluruhan.
5. Panas yang dihasilkan pada proses pembakaran tidak sepenuhnya diubah menjadi
tenaga, karena terjadi kerugian panas pada fluida kerja yang dipindahkan ke fluida
pendingin seperti oli, udara pendingin, dan air radiator.
6. Kerugian akibat kalor yang terbuang bersama gas buang.
7. Kerugian energi akibat gesekan antara fluida kerja dengan dinding saluran.
7
Siklus otto aktual dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Siklus otto aktual
Sumber: Cengel (2006:494)
Jika diperhatikansetelah proses pembakaran terjadi penurunan tekanan dan
peningkatan volume pada ruang bakar. Namun pada saat katup buang terbuka terjadi
penurunan tekanan yang sangat signifikan, hal ini mengakibatkan ada energi panas yang
tebuang sebelum dimanfaatkan, yang diduga dapat diproses kembali. Siklus otto teoritis
tentang turunnya tekanan pada saat katup buang terbuka dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Prediksi kerugian akibat bukaan katup secara teoritis.
2.3 Motor Bakar
Motor bakar adalah mesin konversi energi yang merubah energi kimia bahan bakar
menjadi energi mekanik, didalam motor bakar terdapat ruang bakar berupa silinder yang di
dalamnya terjadi pencampuran bahan bakar dan udara yang dikompresi dan dibakar. Hasil
8
dari pembakaran berupa daya dan gas – gas CO, CO2, dan HC, dari pembakaran didalam
ruang bakar menghasilkan gaya yang dapat mendorong piston bergerak dengan gerakan
translasi dan dikonversikan ke gerakan rotasi oleh poros engkol.
2.3.1 Siklus Motor Bakar 4 Tak
Pada siklus motor bakar 4 Tak dibutuhkan 2 putaran engkol untuk mendapatkan 1 kali
gaya atau 4 kali gerakan piston, yaitu:
1. Langkah Hisap (Suction Stroke)
Pada langkah hisap piston bergerak dari posisi TMA menuju TMB dan katup hisap
terbuka, sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat masuk menuju ruang bakar
melalui katup hisap.
2. Langkah Kompresi (Compression Stroke)
Setelah campuran bahan bakar dan udara masuk kedalam ruang bakar, piston bergerak
dari posisi TMB menuju TMA dengan kondisi katup hisap dan katup buang tertutup
sehingga terjadi kompresi pada campuran bahan bakar dan udara yang mengakibatkan
temperatur dan tekanan dalam ruang bakar naik.
3. Langkah Ekspansi (Expansion Stroke)
Langkah ekspansi merupakan langkah kerja, setelah temperatur dan tekanan didalam
ruang bakar tinggi, campuran bahan bakar dan udara di pantik oleh busi sehingga
terjadi pembakaran dan piston bergerak dari TMA menuju TMB, pada langkah ini
katup hisap dan buang masih tertutup.
4. Langkah Buang (Exhaust Stroke)
5. Pada langkah ini piston bergerak dari posisi TMB menuju TMA dengan kondisi katup
buang terbuka, sehingga gas hasil pembakaran terbuang keluar.
Gambar 2.4 Skema Kerja Motor Bakar 4 langkah
Sumber: Arismunandar (2002:8)
9
2.3.2 Motor Bakar 6 langkah
Motor bakar 6 langkah adalah motor bakar hasil pengembangan dari motor bakar 4 tak
yaitu dengan menambahkan 2 langkah guna meningkatkan unjuk kerja serta efisiensi dari
suatu mesin.
2.3.2.1 Motor Bakar 6 Langkah dengan Penambahan water inject turn to steam
Motor bakar 6 langkah jenis ini pertama ditemukan oleh Bruce Crower dari US. Pada
mesin motor bakar ini, 4 langkah pertama sama dengan motor bakar 4 langkah yang kita
ketahui secara umum. Bruce menambahkan 2 langkah terakhir dengan memasukan air
kedalam ruang bakar yang mempunyai temperatur sekitar 815°C, sehingga air tersebut
berubah menjadi uap yang mempunyai gaya untuk mendorong piston. Pada langkah
terakhir katup uap terbuka, katup buang mengarahkan uap air menuju kondenser yang akan
di daur ulang sebagaiwater injection. Menurut Bruce, langkah ini menambah daya dari
mesin hingga 40%.
Gambar 2.5 Siklus motor bakar 6 langkah dengan penambahan water inject turn to steam
Sumber: Shweta Kandari dan Ishant Gupta (2013) International Journal of Engineering Research &
Technology (IJERT)
2.3.2.2 Motor Bakar 6 Langkah dengan Sistem Injeksi Bahan Bakar 3 Kali
Pengapian
Motor bakar 6 langkah jenis ini dikemukakan oleh Eko Siswanto, et al. Motor bakar
jenis ini berbeda dengan dengan motor bakar yang dikemukakan oleh Bruce Crower.
Motor bakar jenis ini menambahkan langkah kerja guna meminimalisir adanya sisa gas HC
(Hidro Carbon) yang tidak terbakar pada motor bakar 4 langkah. Pada motor bakar 6
langkah ini menambahkan langkah kerja setelah langkah kerja yang pertama dan setelah itu
dibuang. Pada motor bakar ini terjadi 3 kali pengapian yang bertujuan untuk
meminimalisasi emisi dari gas buang, pengapian ini terjadi pada saat kompresi 1, kompresi
10
2, dan langkah buang. Pengapian pada langkah buang bertujuan untuk membakar sisa
bahan bakar yang belum terbakar sempurna, sehingga pengapian pada langkah buang
inilah yang akan mengurangi emisi dari gas buang motor bakar ini. Pada motor bakar ini
memiliki siklus yaitu:
1. Langkah Hisap
2. Langkah Kompresi 1
3. Langkah Ekspansi 1
4. Langkah Kompresi 2
5. Langkah Ekspansi 2
6. Langkah Buang
Gambar 2.6 Skema motor bakar 6 langkah 3 kali pengapian
Dari Gambar 2.6 dapat disimpulkan dengan pembakaran 2 kali, maka sisa gas HC
akan lebih diminimalisir dan gas buang yang dihasilkan juga lebih bagus, sehingga
performa mesin lebih baik daripada motor bakar 4 langkah.
2.3.2.3 Prediksi Diagram P – V Motor Bakar 6 Langkah
Gambar 2.7 Prediksi diagram P – V
Gambar 2.7 merupakan prediksi diagram P – V ideal dan aktual pada Motor Bakar 6
langkah 3 kali pengapian. Pada kondisi idealsiklus inidiasumsikan masih ada sisa bahan
bakar dan udara yang masih belum terbakar, maka dari itu ditambahkan kompresi kedua
(Qin2) pada langkah 4 – 5 sisa pembakaran. Pada kondisi ini kedua katup masih sama –
sama tertutup, maka tekanan pada langkah 4 – 5 lebih besar dari langkah kompresi
pertama.Luas usaha dari P-V diagram ideal adalah:
11
Luas usaha ideal : W = W1 + W2
W1 = 3 - 4 - 5 area
W2 = 1 - 2 - 5 - 6 area
Sedangkan prediksi pada saat kondisi aktual diasumsikan masih ada sisa campuran
udara dan bahan bakar. Pada saat pemasukan kalor kedua (Qin2) akan terjadi pembakaran
kedua dari campuran udara dan bahan bakar yang tersisa. Tekanan pada langkah 4 – 5
lebih kecil dari langkah kompresi pertama, tetapi piston masih dapat terdorong kebawah
karena terbantu oleh momen inersia yang diakibatkan oleh pembakaran pertama.
Luasusahadari P-V diagram ideal adalah:
Luas usaha aktual: W = W1 + W2 + Wtambahan
W1 = 3 - 4 – 5 area
W2 = 1 - 2 - 6 - 7 area
Wt = 4 - 5 - 6 area
2.4 Teori Pembakaran
Pembarakaran merupakan reaksi bahan bakar dan udara yang menghasilkan panas dan
cahaya, syarat terjadinya pembakaran adalah terdapat bahan bakar, udara, dan energi
aktivasi Wardana (2008:3).
Gambar 2.8 Ilustrasi PROSES PEMBAKARAN
Sumber: Wardana (2008:3)
Prosespembakaran selanjutnya terjadidengan memberikan energi aktivasi yang berasal
dari percikan busi dan terjadi pada saat beberapa derajat poros engkol (crankshaft)
sebelum torak mencapai TMA dan membakar campuran antara udara dan bahan bakar
yang telah dikompresikan oleh torak. Panas atau energi aktivasi ini digunakan untuk
mengaktifkan moleku-molekul bahan bakar (Wardana,2008:3). Pada proses pembakaran,
energi kimia dari bahan bakar diubah menjadi energi panas, energi panas tersebut berupa
12
ledakan yang akan mendorong piston dari posisi TMA menuju posisi TMB. Proses
pembakaran tersebut selain menghasilkan panas dan daya, proses pembakaran juga
menghasilkan gas buang atau biasa disebut emisi gas buang.
2.4.1 Air Fuel Ratio (AFR)
Syarat terjadi pembakaran didalam ruang bakar adalah adanya bahan bakar dan udara.
Bahan bakar dan udara tersebut dicampur dengan cara dikabutkan agar partikel – partikel
bahan bakar dan udara tercampur secara menyeluruh sehingga pembakaran terjadi secara
baik. AFR yaitu perbandingan antara massa bahan bakar dan udara untuk mencapai
pembakaran yang sempurna. AFR dapat dirumuskan sebagai berikut :
AFR =
Pembakaran sempurna (stoikiometri) terjadi apabila reaksi hasil pembakaran
menghasilkan CO2 dan H2O. Bahan bakar bensin memiliki AFR stoikiometri sebesar
15,05, angka ini didapat dari perhitungan teoritis sebagai berikut :
C8H18+ 12.5( O2 + 3.76 N2 ) 8 CO2+ 9 H2O + 47 N2
AFR = ( ) )
) )) = (
) = 15.05
Untuk bahan bakar etanol mempunyai AFR stoikiometri sebesar 9,15 :
C2H5OH+ 3( O2 + 3.76 N2 ) 2 CO2 + 3 H2O + 11.28 N2
AFR = ( ) )
) ) )) = (
) = 9.15
Untuk mendapatkan AFR yang tepat, maka jumlah bahan bakar yang masuk dalam
ruang bakar harus sesuai dengan massa udara yang dibutuhkan oleh ruang bakar. Pada
sistem injeksi bahan bakar, AFR diatur dengan cara mengubahdurasi waktu terbukanya
katup injeksi, injektor yang bertekanan akibat dari kerja pompa bahan bakar akan
menyemprotkan bahan bakar dalam bentuk kabut yang diiring udara masuk akibat hisapan
piston dalam ruang bakar. Injektor dapat menyemprot bahan bakar dikarenakan terjadi
beda tekanan pada saat katup pada injektor terbuka.
2.4.2 Pembakaran Pada Mesin Otto
Pada mesin otto pembakaran terjadi dikarenakan bahan bakar yang tercampur udara
dikompresi oleh gerakan piston menuju TMA pada saat 2 katup masuk dan buang sama –
sama tertutup. Sehingga tekanan pada ruang bakar meningkat dan diberi aktivator berupa
percikan busi.
13
Pembakaran didalam ruang bakar terjadi sangat cepat, tetapi ada jedawaktu pada saat
awal percikan api oleh busi sehingga percampuran bahan bakar dan udara terbakar semua.
Setelahbusi menyala, nyala api akan menyebar ke segalah arah dengan kecepatan yang
tinggi (20-50 m/s) dan membakar campuran bahan bakar sehingga tekanan dalam ruang
bakar naik sesuai dengan campuran yang terbakar (Aris Munandar, 2002:82).
Pembakaran di dalam silinder adalah reaksi kimia,yaitu reaksi persenyawaan bahan
bakar dengan udara (oksigen), yang diikuti dengan timbulnya panas. Panas yang dilepas
selama proses pembakaran inilah yang digunakan untuk tenaga/power.
Mekanisme pembakaran berapa prosentase campuran bahan bakar dan udara yang
telah dikabutkan (AFR), pada bahan bakar bensin biasanya mempunyai perbandingan ideal
bahan bakar dan udara sebesar 14 : 1, untuk ethanol mempunyai perbandingan sebesar 9:1.
Pada mesin otto, bahan bakar yang digunakan adalah bahan bakar yang mudah
terbakar dan mudah menguap (Bensin, Gasohol, Ethanol, CNG, dll). Campuran udara
bahan bakar yang masuk kedalam silinder dan dikompresikan oleh torak pada tekanan
± 8 – 15 bar atau 8 – 15 kg/cm2 dinyalakan oleh loncatan bunga api listrik (busi).
Kecepatan pembakaran 10 – 25 m/det, suhu udara naik hingga 2000-25000°C, tekanan
pembakaran berkisar 30- 40 bar.
Proses pembakaran pada motor bensin dapat terjadi apabila:
1. Campuran bahan bakar udara masuk kedalam silinder.
2. Campuran dikompresikan.
3. Bahan bakar dinyalakan dengan bunga api listrik (busi).
Bensin mengandung unsur-unsur carbon dan hidrogen yang dapat terbakar apabila :
1. Hidrokarbon terbakar bersama oksigen sebelum karbon bergabung dengan
oksigen.
2. Karbon terbakar lebih dahulu daripada hidrogen.
3. Senyawa hyidrokarbon terlebih dahulu bergabung dengan oksigen dan membentuk
senyawa (senyawa hidroksilasi) dan kemudian terbakar (thermis).
Jika pembakaran berlangsung, maka diperlukan :
1. Bahan bakar dan udara dimasukan kedalam silinder.
2. Bahan bakar dipanaskan hingga suhu nyala.
Dalam pembakaran hidrokarbon yang normal tidak akan terjadi jelaga jika kondisinya
memungkinkan untuk proses hidroksilasi. Hal ini dimungkinkan bila pencampuran
pendahuluan (premixture) antara bahan bakar dan udara mempunyai waktu yang cukup
untuk memasukan oksigen kedalam molekul hidrokarbon.
14
Bila oksigen dan hidrogen tidak bercampur dengan baik, maka akan terjadi proses
cracking di mana pada nyala akan timbul asap. Pembakaran semacam ini disebut
pembakaran tidak sempurna.
Ada 2 kemungkinan yang dapat terjadi pada pembakaran motor bensin, yaitu:
1. Pembakaran sempurna (normal), di mana bahan bakar dapat terbakar seluruhnya
pada saat dan kondisi beban yang dikehendaki.
2. Pembakaran tidak sempurna (tidak normal), di mana sebagian bahan bakar tidak
ikut terbakar, atau atau tidak terbakar bersama-sama pada saat dan kondisi yang
dikehendaki.
Pembakaran Sempurna (normal)
Grafik pembakaran sempurna dapat dilihat pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Grafik tingkat pembakaran
Sumber: Maleev.V.L (1995)
Pada Gambar 2.9 memperlihatkan suatu grafik yang menunjukan hubungan antara
tekanan dari sudut engkol mulai dari saat penyalaan sampai akhir pembakaran. Dari grafik
tersebut dapat dilihat bahwa beberapa derajat setelah TMA.
Mekanisme pembakaran normal dalam motor bensin dimulai pada saat terjadinya
loncatan bunga api pada busi. Selanjutnya api membakar gas bakar yang berada di
sekelilingnya dan terus menjalar ke seluruh bagian sampai semua partikel gas bakar
terbakar habis. Mekanisme pembakaran normal dalam motor bensin dimulai pada saat
terjadinya loncatan api pada busi. Selanjutnya api membakar gas bakar yang berada
disekelilingnya dan terus menjalar sampai seluruh partikel terbakar. Pada saat gas bakar
dikompresikan , tekanan dan suhunya naik sehingga terjadi reaksi kimia dimana molekul
hidro karbon terurai dan bercampur dengan oxygen dan udara. Bentuk ruang bakar yang
15
dapat menimbulkan turbulensi pada gas tadi akan membuat gas dapat bercampur secara
homogen.
Pembakaran Tidak Sempurna (Autoignition)
Pembakaran tidak sempurna merupakan proses pembakaran dimana sebagian bahan
bakar tidak ikut terbakar, atau tidak terbakar bersama pada saat keadaan yang dikehendaki.
Bila oxygen dan hidrokarbon tidak bercampur dengan baik maka akan terjadi proses
pembakaran tidak normal timbul asap. Pembakaran semacam ini disebut pembakaran tidak
sempurna. Akibat pembakaran tidak sempurna yaitu: Detonasi, dan Pre-ignition.
1. Detonasi
Dalam hal ini gas baru yang belum terbakar terdesak oleh gas yang yang telah
terbakar, sehingga tekanan dan suhu naik sampai keadaan hampir tebakar. Jika pada
saat ini gas terbakar dengan sendirinya maka akan timbul ledakan (detonasi) yang
menghasilkan gelombang kejutan (explosive) berupa suara ketukan (knocking noise)
yang terjadi pada akhir pembakaran. Tekanan pembakaran dalam silinder lebihcept
dari 40kg/cm2 tiap 0,001 detik. Akibatnya tenaga mesin berkurang dan akan
memperpendek umur mesin.
Hal-hal yang menyebabkan knocking adalah:
a. Perbandingan kompresi yang tinggi, tekanan kompresi, suhu pemanasan
campuran, dan suhu silinder yang terlalu tinggi.
b. Pengapian yang terlalu cepat.
c. Putaran mesin rendah dan penyebaran api lambat.
d. Penempatan busi dan konstruksi ruang bakar tidak tepat, serta jarak
penyebaran api terlampau jauh.
Penyebab detonasi pada motor bensin terbagi dalam dua jenis :
a. Detonasi karena campuran bahan bakar sudah menyala sebelum busi
mengeluarkan bunga api.. Hal ini disebabkan karena kotoran-kotoran arang
yang tertimbun diatas kepla torak dan ruang bakar dan menyala terus
menerus.. Untuk menghilangkannnya kotoran-kotoran yang menenpel perlu
dibersihkan.
b. Detonasi karena kecepatan pembakaran bahan bakar di sekitar busi sangat
tinggi. Hal ini mengakibatkan bahan bakar tidak dapat terbakar secara
sempurna dan meninggalkan sisa bahan bakar yang belum terbakar
terkompresikan, menyebabka suhu pembakaran naik. Bahan bakar terbakar
16
dengan sendiirinya tanpa melalui busi. Artinya pembakaran bahan bakar lebih
cepat daripada pembakaran normal.
2. Pre-ignition
Gejala pembakaran tidak sempurna adalah pre-ignation peristiwanya hampir sama
dengan knocking tetapi terjadi hanya pada saat busi belum memercikan bunga api.
Gambar2.10 Grafik pre ignation motor
Sumber: Pulkrabrek (2004)
Bahan bakar terbakar dengan sendirinya sebagai akibat dari tekanan dan suhu yang
cukup tinggi sebelum terjadinya percikan bunga api pada busi. Jadi pre-ignition adalah
peristiwa pembakaran yang terjadi sebelum sampai pada waktu yang dikehendaki.
3. Pembakaran tidak lengkap
Pembakaran tidak lengkap yaitu apabila saat terjadinya loncatan bunga api pada busi
untuk membakar semua hidrogen dan oksigen yang terkandung dalam campuran
bahan bakar masih ada kelebihan atau kekurangan oksigen atau hidrogen.
2.4.3 Rasio Kompresi
Rasio kompresi merupakan perbandingan volume langkah piston (dari TMA ke TMB)
dan volume sisa ruang bakar dibandingkan dengan volume sisa pada ruang bakar. Rasio
kompresi berpengaruh terhadap gaya yang dihasilkan pada ruang bakar untuk mendorong
piston. Peningkatan kompresi dapat meningkatkan tekanan dan suhu pada ruang bakar,
maka dari itu harus digunakan bahan bakar dengan RON (Research Octane Number)
tertentu yang dapat menahan tekanan dari piston agar campuran bakar dan udara tidak
meledak sebelum busi menyala.
17
Pada mesin kendaraan ringan seperti pada mobil dan sepeda motor rata – rata memiliki
rasio kompresi mulai dari 6,9 : 1 sampai dengan 12 : 1. Berikut tabel rasio kompresi
dengan bahan bakar yang menjadi standar:
Tabel 2.1
Rasio Kompresi dan Bahan Bakar
Sumber: Honda Cengkareng (2016)
Ledakan dari campuran bahan bakar dan udara didalam ruang bakar sebelum busi
menyala (Detonasi) dapat berakibat rusaknya komponen mesin terutama pada piston dan
silinder ruang bakar dikarenakan suhu yang dihasilakan oleh pembakaran terlalu tinggi dan
material dari mesin tersebut tidak mampu untuk menahan panas dan gaya dorong yang
dihasilkan oleh pembakaran sehingga mesin akan mengalami kerusakan.
2.5 Bahan Bakar
Bahan bakar merupakan komponen yang sangat berperan penting dalam proses
pembakaran, misalnya pada motor pembakaran dalam (Internal Combustion Engine),
motor pembakaran dalam menggunakan bahan bakar cair, bahan bakar cair ini harus
dicampur dengan udara dan dikabutkan, agar partikel – partikel dari bahan bakar mudah
menyala ketika dipantik dengan nyala busi.
Selain bahan bakar cair, bahan bakar padat maupun gas juga dapat digunakan untuk
bahan bakar motor bakar, tergantung dari desain mesin motor itu sendiri. Bahan bakar
padat jarang digunakan dikarenakan penanganan dan penyimpanannya yang susah dan juga
bahan bakar padat sendiri menghasilkan residu yang dapat merusak lingkungan dan
mengganggu kesehatan.
18
Bahan bakar yang ideal untuk motor bakar yaitu bahan bakar gas, karena dari sifat dari
gas yang dapat tercampur secara homogen dengan udara, bahan bakar gas ini sering
digunakan sebagai bahan bakar pembangkit listrik (PLTG). Bahan bakar gas jarang
digunakan sebagai bahan bakar alat transportasi karena, penanganan bahan bakar gas lebih
susah dibanding bahan bakar cair, selain itu penyimpanannya yang kurang praktis.
Bahan bakar yang paling sering penggunaannya adalah bahan bakar cair, dikarenakan
kepraktisan penyimpanannya, bahan bakar cair umumnya berasal dari minyak bumi atau
biasa disebut juga bahan bakar fossil, keberadaannya tidak dapat diperbarui, maka dari itu
perlu dilakukan penghematan terhadap bahan bakar fossil tersebut, yaitu dengan cara
mencampur dengan bahan bakar hayati yang dapat diperbarui, misalnya Ethanol.
2.6 Gasohol (Gasoline + Ethanol)
Bahan bakar hayati (ethanol) untuk bahan bakar kendaraan bermotor masih belum
banyak digunakan di Indonesia, karena di Indonesia masih pada tahap penelitian, pada
umumnya ethanol merupakan bahan campuran untuk bahan bakar gasohol, pencampuran
ethanol biasanya dengan kadar 5%, 10%, 20%, 30%, perubahan sifat saat penambahan
ethanol dapat dilihat di Tabel 2.2.
Tabel 2.2
Perbandingan bensin murni, dengan gasohol (E5, E10, E20, E30)
Property item Test fuel Method
E0 E5 E10 E20 E30
Density (kg/l at 15.5°C) 0.7575 0.7591 0.7608 0.7645 0.7682 ASTM D4052
RON (octane number) 95.4 96.7 98.1 100.7 102.4 ASTM D2699
RVP (kPa at 37.8°C) 53.7 59.3 59.6 58.3 56.8 ASTM D5191
Sulfur (wt%) 0.0061 0.0059 0.0055 0.0049 0.0045 ASTM D5453
Washed gum (mg/100 ml) 0.2 0.2 0.2 0.6 0.2 ASTM D381
Unwashed gum (mg/100 ml) 18.8 18.6 17.4 15 14.4
Lead content (g/l) <0.0025 <0.0025 <0.0025 <0.0025 <0.0025 ASTM D3237
Corrosivity (3 h at 50°C) 1a 1a 1a 1a 1a ASTM D130
Distillation temperature (°C)
ASTM D86
IBP 35.5 36.5 37.8 36.7 39.5
10 vol% 54.5 49.7 50.8 52.8 54.8
50 vol% 94.4 88.0 71.1 70.3 72.4
90 vol% 167.3 167.7 166.4 163.0 159.3
End point 197.0 202.5 197.5 198.6 198.3
19
Property item Test fuel Method
Heating value (cal/g) 10176 9692 9511 9316 8680
Carbon (wt%) 86.60 87.70 86.70 87.60 86.00
Hydrogen (wt%) 13.30 12.20 13.20 12.30 13.90
Residue (vol%) 1.7 1.5 1.5 1.5 1.5
Color Yellow Yellow Yellow Yellow Yellow Visual
Dengan menambahkan ethanol, dapat mengurangi emisi gas CO2 dengan mengurangi
pembakaran hidrokarbon yang dapatmenyebabkan polusi udara di sekitar kita, maka dari
itu penggunaan bahan bakar hayati sangat penting, selain menjadi bahan bakar alternatif,
ethanol juga dapat mengurangi polusi udara akibat asap kendaraan bermotor.
2.7 Injeksi Bahan Bakar
Sistem injeksi ini sudah cukup lama digunakan pada kendaraan bermotor, sistem
injeksi ini dibuat agar pencampuran bahan bakar dan udara selalu tepat, selain tepat
penyemprotan jumlah bahan bakar menyesuaikan massa udara yang masuk juga dapat
menghemat bahan bakar, karena semakin tepat AFR, maka mesin tersebut dapat dikatakan
efisien.
Menurut letak penempatan injektornya, injeksi dibagi menjadi 2 macam yaitu :
1. Direct Injection
2. Indirect Injection
Gambar 2.11 Sistem berdasarkan letak penempatan injektor.
Sumber: Celik (2011)
Sistem injeksi bahan bakar yang banyak digunakan pada kendaraan bermotor baik
mesin otto ataupun mesin diesel adalah Electronic Fuel Injection (EFI). Cara kerja EFI
lebih rumit dibandingkan dengan karburator, dimana EFI membutuhkan banyak sensor
20
agar dapat menghasilkan campuran bahan bakar dengan udara yang tepat seperti sensor
bukaan throttle, sensor oksigen, sensor temperature mesin.
Data – data yang terbaca pada sensor – sensor tersebut akan diteruskan ke ECU
(Engine Control Unit). Setelah semua data terkumpul, ECU akan menentukan saat dan
jumlah yang tepat untuk memasok bahan bakar ke mesin.
2.8 Pengenalan Software
Gambar 2.12 Window Software FittecPB_32Dmap-v6.00.05
Sumber: Engine Management System
Tampilan Window Software FittecPB_32Dmap-v6.00.05. Pada software ini Menu Bar
yang digunakan hanya pada menu View yang terdiri dari:
1. Curren Data List (1st Run).
Gambar 2.13 Curren Data List (1
st Run)
Sumber: Engine Management System
21
2. Window 3D injection Mapping
Gambar 2.14 Window 3D Ignition Mapping
Sumber: Engine Management System
Keterangan Gambar 2.14:
1. Bagaian A adalah nilai RPM dimulai dari 0-1500 x 10.
2. Bagian B adalah nilai LoadTPS/MAP dimulai dari 0%-100%.
3. Bagian C adalah dari durasi injektor menyemprotkan bahan bakar, durasi
penyemprotan pada injeksi akan berpengaruh terhadap AFR pada mesin itu.
4. Bagian D adalah kalibrasi nilai tegangan minimum dan maksimum dari
sensorTPS/MAP.
5. Bagian E tidak digunakan.
6. Bagian F adalah bagian untuk menuliskan durasi penyemprotan injektor. Ketika
hendak menulis pilih kolom pada bagian C, lalu tuliskan waktu durasi yang diinginkan
pada kolom FILL setelah terisi lalu klik FILL. Apabila penulisan sudah selesai klik
WRITE-ROM untuk menulis nilai tersebut ke dalam EEPROM.
7. Pada bagian G terdapat beberapa pilihan yang pertama CLEARBLOK berfungsi untuk
menghapus 1 kolom pada bagian C atau beberapa kolom. WRITE-ROM berfungsi
untuk menuliskan pengaturan yang telah dibuat pada window 3D IgnitionMapping ke
dalam EEPROM. READ-ROM berfungsi untuk membaca isi EEPROM. SAVE-
BUFFERberfungsi untuk menyimpan pengaturan pada window3DIgnitionMapping
dalam bentuk fileformat (.3DM). OPEN-FILE berfungsi untuk membuka
filepengaturan yang telah dibuat.
22
8. Bagian H adalah bagian kalibrasi nilai tegangan sensorECT ketika kondisi dingin dan
kondisi panas tetapi pada window 3D Ignition Mapping tidak digunakan.
9. Bagian I adalah bagian untuk mengganti nilai derajat pengapian yang telah dipilih
secara diblok pada kolom bagian C dan nilai derajat dalam kolom akan ditambahkan
dengan nilai yang telah ditulis pada kolom IGTConverting.
Bagian J adalah bagian tampilan realtime nilai derajat pengapian, dan nilai RPM.
Untuk lamda tidak digunakan.
2.9 Unjuk Kerja Motor Bakar
Pengujian pada motor bakar yaitu bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja dari suatu
motor bakar. Parameter yang akan dicari dan dibahas yaitu:
1. Torsi (T)
2. Daya efektif (Ne)
3. Konsumsi bahan bakar spesifik efektif (SFCe)
4. Efisiensi Termal Efektif (ηe)
2.9.1 Torsi
Torsi adalah suatu momen gaya yang mengakibatkan poros berputar, Torsi dapat
diketahui melalui beban pengereman, beban pengereman dapat diukur dengan
dynamometer, kaliper dengan dynamometer dihubungkan dengan sebuah lengan yang
mempunyai panjang, jadi untuk mengetahui torsi yang dihasilkan dapat langsung dihitung
dengan rumus berikut :
(2-1)
Keterangan:
T = Torsi (kg.m)
F = Beban pengereman (kg)
L = Panjang lengan
2.9.2 Daya Efektif (Ne)
Daya efektif adalah gaya yang dihasilkan mesin untuk dapat menggerakan beban, daya
efektif dicari dengan cara mengalikan torsi dengan putaran mesin. Daya efektif dapat dicari
melalui persamaan berikut:
e T T n
T n
(2-2)
23
Keterangan:
Ne = Daya efektif (hp)
T = Torsi (kg·m)
= Kecepatan anguler poros (rad·detik-1
)
n = Putaran poros (rpm)
atau daya efektif bisa didapatkan dengan:
NE = Ni – Nm
Keterangan:
Ne = Daya efektif (hp)
Ni = Daya indikatif (hp)
Nm = Daya mekanis yang hilang (hp)
2.9.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Efektif
Konsumsi bahan bakar spesifik efektif adalah jumlah bahan bakar yangdibutuhkan
untuk menghasilkan daya efektif selama 1 jam.SpecificFuelConsumptionEffective (SFCe)
dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut:
(2-3)
Keterangan:
SFCe = SpecificFuelConsumption Effective (kg·HP-1
·jam-1
)
Fc = Konsumsi bahan bakar (kg·jam-1
)
Ne = Daya efektif (HP)
2.9.4 Efisiensi Termal Efektif
Efisiensi termal efektif merupakan perbandingan antara banyaknya kalor yang
dihasilkan bahan bakar dengan daya efektif yang dihasilkan oleh mesin.Nilai ini digunakan
sebagai ukuran ekonomis atau tidaknya penggunaan bahan bakar. Hal ini ditunjukkan
dengan persamaan sebagai berikut.
ηte
e
e
e⁄
e (2-4)
Keterangan:
1 HP = 632 (kkal·jam-1
)
ηe = Efisiensi termal efektif (%)
LHVbb = Nilai kalor dari bahan bakar (kkal·kg-1
)
24
FC = Konsumsi bahan bakar (kg·jam-1
)
Ne = Daya efektif (HP)
SFCe = Konsumsi bahan bakar spesifik (kg·hp-1
·jam-1
)
2.10 Hipotesis
Dari penjelasan diatas dapat ditarik hipotesis bahwa AFR sangat mempengaruhi Torsi,
Daya, SFCe, dan Efisiensi Thermal Efektif. Semakin kecil AFR maka Daya dan Torsi yang
dihasilkan akan semakin meningkat, hal ini dikarenakan campuran bahan bakar yang
dicampur udara akan menghasilkan energi yang besar pula.
25
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Metode Penelitan
Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimental.
Penelitian dilakukan dengan cara melakukan pengamatan secara langsung pada objek yang
dituju, pengamatan dilakukan dengan tujuan mendapatkan data empiris, ataupun data sebab
akibat dari fenomena – fenomena pada objek penelitian mengenai pengaruh Air Fuel Ratio
(AFR) terhadap unjuk kerja motor bakar 6 langkah.
3.2 Variabel Penelitian
Terdapat 3 tipe variabel dalam penelitian ini, yaitu variabel bebas, variabel terikat, dan
variabel terkontrol.
3.2.1 Variabel Bebas
Variabel bebas adalah variabel yang ditentukan oleh peneliti dan harganya dapat
diubah-ubah dengan metode tertentu untuk mendapat nilai variabel terikat dari obyek
penelitian, sehingga dapat diperoleh hubugan keduanya (Murdalis, 2006:20). Variabel
bebas dalam penelitian ini adalah :
1. Putaran Mesin
Variasi putaran mesin yang diambil adalah 2000 rpm – 7000 rpm, dengan interval 500.
2. AFR
Variasi AFR yang ingin diteliti adalah campuran miskin, mendekati stoikiometri, dan
campuran kaya ( 13, 14, 15).
3.2.2 Variabel Terikat
Variabel terikat adalah variabel yang nilainya tergantung dari variabel bebas dan
diketahui setelah penelitian dilakukan (Murdalis, 2006:20). Variabel terikat dalam
penelitian ini adalah prestasi kerja motor bakar, yaitu :
1. Beban pengereman Prony Disc Brake
2. Torsi
3. Daya
26
4. Efisiensi termal efektif
5. Spesific fuel consumption
3.2.3 Variabel Terkontrol
Variabel terkontrol adalah variabel yang dapat dikendalikan sehingga pengaruh
variabel terkontrol dan variabel terikat tidak dipengaruhi oleh faktor luar yang tidak
diteliti. Variabel terkontrol meliputi :
1. Bukaan throttle 35%.
2. Motor bakar 6 langkah 125 cc yang diuji ditetapkan sebagai kondisi standar.
3. Analisa menggunakan siklus otto 4 langkah sudut overlap motor bakar 0o
3.3 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian akan dilakukan di Lab Proses Manufaktur 1 jurusan Teknik Mesin, Fakultas
Teknik Universitas Brawijaya Malang, pada bulan Oktober 2017 - Selesai.
3.4 Alat dan Bahan
1. Prototype motor bakar torak 6 langkah
Gambar 3.1 Prototype motor bakar 6 langkah 3 kali pengapian
27
Tabel 3.1
Spesifikasi motor bakar 6 langkah
Merk Honda (modified) Stroke Length 49 mm
Model N/A Volume Langkah 124,97
Negara Pembuat Indonesia Rasio Kompresi 11,2 : 1
Tiper Mesin 6 Langkah SOHC Pendingin Udara
Jumlah Silinder 1 (satu) Daya Poros N/A
Bore Diameter 57 m
2. ECU programable
3. Prony Disk Brake
Dynamometer, digunakan untuk mengetahui besarnya gaya pengereman (BHP), untuk
menghitung besarnya torsi.
a. Kapasitas Neraca Pegas :100kg
b. Panjang Lengan : 125 mm
c. Ukuran Torsi Maksimum : 12,5kg·m
4. Tachometer
Digunakan untuk mengukur kecepatan putar mesin dalam (revolutions per-minute)
5. Stopwatch
Digunakan untuk mengetahui waktu konsumsi 1 ml bahan bakar per satuan waktu.
6. Gelas Ukur
Digunakan mengukur debit bahan bakar yang dikonsumsi selama penelitian.
7. Fan
Fan/Kipas angin sebagai media pendinginan karena proses pengujian berlangsung
pada kondisi diam (stationery)
28
3.5 Instalasi Penelitian
Gambar 3.2 Skema instalasi penelitian
3.6 Proses Pengujian Kinerja Motor Bakar
Proses evaluasi unjuk kerja dilakukan dengan mengunakan pronydiskbrake, dimana
pada kaliper rem yang bekerja secara bebas dihubungkan dengan neraca pegas sehingga
beban pengereman pada piringan dapat terukur pada neraca tersebut. Kondisi atmosfir
sekitar saat pengujian kelembaban relatif () 63 %, temperatur ruangan 24oC dan tekanan
ruangan (Ps) 952 kPa.
3.7 Prosedur Penelitian
3.7.1 Prosedur Pengujian Prestasi Motor Bakar
Prosedur pengujian dilakukan dengan menghitung daya dan torsi pada crankshaft yang
ditentukan dari reduksi transmisi kecepatan rotasi antara piringan rem dan crankshaft yang
29
diperoleh dari kombinasi beban pengereman dan kecepatan putar dari piringan rem.
Prosedur penelitiannya adalah :
1. Siapkan peralatan pengukuran dan bahan sebelum menghidupkan mesin.
2. Menghubungkan ECU Dengan Komputer
3. Mengoprasikan Software, insall driver
a. Hubungkan modul USB Serial CH340 ke USB Komputer.
b. Sebelum install driver Pastikan juga bahwa setingan region dari OScomputer
menggunkan region format English(United States).
Gambar 3.3 Pastikan setingan regional English US
c. Ketika Modul serial terhubung dengan komputer maka komputer akan membaca.
Akan muncul window Installing USB2.0-Serial.
Gambar 3.4 Installing USB2.0-Serial
30
d. Buka Device Manager terdapat tulisan USB2.0-serial dan terdapat icon tanda seru
yang berarti drivernya belum terinstall.
Gambar 3.5 Driver Masih Belum Terinstall
e. Klik kanan pada USB2.0-serial. Lalu pilih update driver software.
Gambar 3.6 Update Driver Software
f. Lalu Browse My Computer for Driver Software
Gambar 3.7 Browse My Computer for Driver Software
31
g. Pilih folder tempat file driver berada. Pada folder “HL-340 Green Cable”.
Gambar 3.8 Browse Tempat Penyimpanan File Driver (pada folder HL-340 Green
Cable)
h. Setelah terpilih foldernya klik ok maka secara otomatis driver akan terinstall.
i. Setelah terinstall window Device Manager akan refresh dan akan muncul USB
Serial CH340 (COM7) telah terinstall.
Gambar 3.9. USB-Serial CH340 (COM7) telah terinstall
j. Setelah terinstal buka devicemanager lihat port modul USBserial ch340 lalu lihat
nilai COM-nya. Nilai COM dapat berubah-ubah, semisal modul USBSerial
CH340 kita hubungkan dengan PortUSB yang lain masih tetap dalam 1 komputer
maka nilai COM belum tentu sama. Contoh semisal nilai COM yang terbaca
adalah COM7.
k. Selanjutnya buka file "59. FittecPB_32Dmap-v6.00.05. SETT" dengan
menggunakan Notepad maka akan terlihat seperti gambar dibawah ini. Ganti nilai
COM3 dengan nilai COM yang terbaca pada devicemanager tadi yaitu COM7.
Setelah diganti klik file pada menubar lalu save. Modul USBSerial CH340 tidak
boleh dihubungkan dengan PortUSB yang lain harus tetap pada PortUSB yang
sama yaitu COM7. Apabila Modul USBSerial CH340 dihubungkan dengan Port
yang lain maka hasil pembacaan READROM pada software akan EROR.
32
l. Setelah seting COM selanjutnya Klik iconSofware 59. FittecPB_32Dmap-
v6.00.05.exe
m. Setelah windowFittecPB_32Dmap-v6.00.05 keluar, klik view pada menubar, klik
currentDataList(1st RUN).
n. Lalu akan keluar window current data, klik READROM, tunggu hingga
pembacaan selesai.
o. Apabila pernbacaan selesai akan keluar tulisan “StatusREAD: Finish”, apabila
gagal akan keluar tulisan “statusREAD: NOT FINISH”. Kegagalan dapat
disebabkan Oleh modul USBserial ch340 belum terpasang pada PortUSB
komputer, ECU belum diberi tegangan 12 V DC atau dengan kata lain ECU
belum aktif.
Gambar 3.10 Tulisan Warna Merah "Status READ: FINISH
Setelah status READ ROM: Finish, lanjutkan dengan klik View pada menubar,
pilih ignitionsystem atau Ijection System pilihan salah satu yang ingin dibuka
ignition atau injection sewaktu-waktu ingin melihat salah satunya juga biasa
contoh kali ini pilih ignitionsystem, lalu klik 3D IgnitionMapping.
Gambar 3.11 Window 3D Injection Mapping
33
Akan mucul window baru yaitu window 3D Ignition System. Pada window
terdapat tabel hubungan antara RPM dan Load terhadap nilai derajat pengapian.
Isi nilai derajat pengapian sesuai nilai yang telah ditentukan sebelumnya apabila
punya perhitungan tersendiri. Akan tetapi setingan defaulnya adalah yang tertera
pada kolom derajat pengapian apabila telah FINIS READ - ROM.
4. Cara menghidupkan Mesin
a. Setelah persiapan terpenuhi, hubungkan kabel daya ke kutub + accumulator.
b. Nyalakan fan sebagai penyuplai udara pendinginmotor bakar.
c. Lakukan penyalaan mula menggunakan kick starter.
d. Setelah mesin menyala, biarkan mesin beroperasi beberapa saat pada kondisi
stasioner untuk menstabilkan kondisi mesin.
5. Cara Mengambil Data
a. Atur bukaan throttle pada bukaan yang diinginkan (35%).
b. Naikkan putaran mesin sampai pada putaran tertinggi pada data penelitian,dengan
memutar tuas gas.
c. Tunggu kondisi mesin stabil kemudian lakukan pengambilan data (beban dari
prony brake, waktu konsumsi 1 ml bahan bakar dengan stopwatch.
d. Untuk mendapatkan putaran yang diinginkan selanjutnya, mulai atur beban
pengereman dengan mengatur kuatnya pengereman padadinamometer sampai
mendapat interval putaran yang diinginkan.
e. Pada pengamatan selanjutnya, lakukan beban pengeraman hingga tercapai
penurunan putaran mesin dengan interval 500 rpm, kemudian lakukan kembali
poin c-d sampai motor mati dengan tidak menambah beban pengereman
dynamometer dan tidak merubah bukaan trhotel dan putaran gas.
f. Ulangi prosedur a-e pada setiapdurasi injeksi pada ECU programmable pada
keempat transmisi motor.
34
3.8 Diagram Alir Penelitian
Mulai
Study literature dan penarikan hipotesis
Persiapan mesin dan
peralatan pendukung
penelitian
Proses instalasi alat, Pemograman
durasi injeksi pada ECU dan running
test
Pengujian kinerja motor bakar
Variasi AFR 13:1,14:1,15:1
Pembebanan bertingkat (600 rpm)
Pengambilan data
Pengujian dan data
sesuai dengan variabel
A
35
A
Analisa data, grafik dan pembahasan
• Torsi
• Daya efektif
• Spesific fuel consumtion
• Efisiensi termal efektif
Kesimpulan dan saran
Selesai
36
37
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisis Data
4.1.1 Hasil dan Pembahasan
Data hasil pengujian penilitian motor bakar 6 langkah dengan 3 kali pengapian
bahan bakar E20 variasi AFR (Air Fuel Ratio) adalah :
1. Karakteristik bahan bakar, kondisi lingkungan dan variabel konstan.
2. Data hasil pengujian.
4.1.2 Pengolahan Data
Dari data hasil pengujian motor bakar 6 langkah dengan 3 kali pengapian dilakukan
pengolahan data yaitu menghitung data yang didapat untuk mengetahui performa dari
motor bakar 6 langkah, parameter performa dari motor bakar 6 langkah adalah Daya
Efektif, Torsi, Konsumsi Bahan Bakar Spesifik, dan Efisiensi Termal Efektif. Berikut
adalah contoh dari perhitungan :
Diketahui :
1) Gigi Transmsi 2, (faktor reduksi) = 1/18,656
2) Putaran mesin (n) = 4800 rpm
3) Waktu konsumsi bahan bakar (t) = 5,97detik
4) Besar beban pengereman (F) = 32 kg
5) Panjang lengan dynamometer (L) = 0,25 m
6) Panjang lengan mounting caliper (l) = 0,22 m
7) Besarnya beban caliper rem (f) = 6 kg
8) Massa jenis bahan bakar E20 = 755 Kg/m3
9) Nilai kalor bahan bakar (LHVBB) = 10528,63 kkal·kg-1
10) AFR (Air Fuel Ratio) = 1 : 14
1. Torsi (T)
Rumusan umum torsi adalah sesuai persamaan berikut :
Td = (F x L) + (f x l)
= (32 x 0,25)+ (6 x 0,22)
=
38
Nilai torsi diatas adalah penrhitungan torsi pada poros belakang, sehingga untuk
torsi pada poros engkol dibagi dengan faktor reduksi. Sehingga :
Tc = T/in
= 9,32/18,656
= 0,499 ( )
2. Daya efektif (Ne)
Sesuai persamaan
Ne = T .ω=
=
=
= 3,312 (HP)
3. Konsumsi bahan bakar spesifik efektif (SFCe)
Untuk mendapatkan konsumsi bahan bakar spsifi kefektif, diperlukan perhitungan
awal konsumsi bahan bakar dengan :
(
⁄ )
Pada hasil perhitungan konsumsi bahan bakar kita bias melanjutkan perhitungan
konsumsi bahan bakar spesifik. Contoh perhitungan sebagai berikut :
SFCe =
=
= 0,1359 (
⁄ )
4. EfisiensiTermalEfektif (ηe), diperoleh :
ηe=
=
=
⁄ =
x 100%
=
= 44,14%
39
4.2 Pembahasan
Dengan perhitungan data hasil pengujian motor bakar 6 langkah 3 kali pengapian
didapatkan data dari variasi AFR yaitu 1:13 , 1:14, dan 1:15, agar lebih mudah
menganalisis data dari beberapa variabel tersebut maka data ditampilkan dalam bentuk
grafik polinomial agar lebih mudah untuk menganalisis karakteristik dari motor bakar 6
langkah.
4.2.1 Grafik Hubungan Torsi terhadap Putaran
Gambar 4.1 Grafik hubungan torsi dengan putaran
Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa putaran sangat berpengaruh terhadap torsi,
pada putaran rendah nilai torsi masih rendah dan torsi meningkat seiring bertambahnya
putaran sampai mencapai torsi maksimum, kemudian torsi menurun seiring
bertambahnya putaran. Hal ini disebabkan oleh kelembaman yang dimiliki oleh poros
engkol dari mesin itu sendiri, sesuai dengan hukum newton 1 ” setiap benda akan
memiliki kecepatan yang konstan kecuali ada gaya yang resultannya tidak nol bekerja
pada benda tersebut”.
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa grafik torsi variasi AFR 1:13 mengalami
peningkatan mulai dari putaran 2400 hingga mencapai torsi puncak pada putaran
4200rpm yaitu dengan nilai torsi sebesar (0,586 kg.m) kemudian cenderung menurun
hingga pada putaran 7200 rpm. Pada variasi AFR 1:14 grafik cenderung meningkat
40
mulai dari putaran 2400 hingga mencapai torsi puncak pada putaran 4800 rpm yaitu
dengan nilai torsi sebesar (0,499 kg.m) kemudian torsi menurun kembali hingga pada
putaran 7200 rpm. Pada variasi AFR 1:15 grafik cenderung meningkat mulai dari
putaran 2400 hingga mencapai torsi puncak pada putaran 4800 rpm yaitu dengan nilai
torsi sebesar (0,459 kg.m) kemudian torsi menurun kembali hingga pada putaran 7200
rpm.
Jika diamati, grafik torsi dengan campuran bahan bakar 1:13 memiliki torsi yang
lebih tinggi dikarenakan campuran ini merupakan campuran kaya dari bahan bakar E20,
pada campuran kaya mempunyai energi panas yang lebih banyak jika dibandingkan
dengan campuran 1:14 dan 1:15. Torsi maksimum yang dihasilkan oleh motor bakar 6
langkah 3 kali pengapian dengan bahan bakar E20 yaitu sebesar (0,58 kg.m) pada
putaran 4200 dengan AFR 1:13.
Jika dibandingkan dengan motor bakar 4 langkah berbahan bakar bensin dengan
AFR standar, motor bakar 6 langkah 3 kali pengapian memliki torsi yang lebih besar
daripada motor bakar 4 langkah, hal ini dapat dilihat melalui grafik polinomial diatas,
torsi maksimum yang dicapai motor bakar 4 langkah yaitu sebesar (0,39 kg.m) pada
putaran 3500 rpm.
41
4.2.2 Grafik Hubungan Daya Efektif Terhadap Putaran
Gambar 4.2 Grafik hubungan daya efektif dengan putaran.
Dari grafik diatas dapat diamati bahwa daya yang dihasilkan oleh motor bakar 6
langkah sangat dipengaruhi oleh putaran, semakin tinggi putaran maka daya yang
dihasilkan semakin tinggi, akan tetapi pada putaran 5400 rpm daya yang dihasilkan
cenderung menurun, hal ini dikarenakan adanya pengaruh dari torsi sesuai dengan
persamaan
Penurunan yang terjadi pada daya efektif tidak sesignifikan penurunan dari torsi
dikarenakan prosentase penurunan dari torsi tidak sebanding dengan meningkatnya
putaran.
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa grafik daya efektif variasi AFR 1:13 daya
yang dihasilkan pada putaran 2400 rpm yaitu (1,67 PS) lalu meningkat menjadi (4,32
PS) pada putaran 5400 rpm kemudian daya efektif cenderung menurun. Pada grafik
daya efektif variasi AFR 1:14 daya yang dihasilkan pada putaran 2400 rpm yaitu (1,18
PS) kemudian meningkat menjadi (3,73 PS) pada putaran 6600 rpm kemudian daya
efektif cenderung menurun. Grafik daya efektif variasi AFR 1:15 daya yang dihasilkan
pada putaran 2400 rpm yaitu (1,67 PS) lalu meningkat menjadi (3,07 PS) pada putaran
4800 rpm kemudian daya efektif cenderung menurun hingga putaran 7200 rpm.
42
Dari grafik dapat dilihat daya efektif tertinggi yaitu pada variasi AFR 1:13, karena
daya efektif berbanding lurus dengan torsi, maka dari itu AFR 1:13 menghasilkan torsi
yang lebih besar dari pada AFR 1:14 dan 1:15 begitu pula daya yang dihasilkan juga
lebih tinggi pula.
Jika dibandingkan dengan motor bakar 4 langkah berbahan bakar bensin dengan
AFR standar, daya efektif yang dihasilkan motor bakar 6 langkah 3 kali pengapian juga
lebih besar, dikarenakan torsi yang dihasilkan motor bakar 6 langkah 3 kali pengapian
juga lebih besar dibanding torsi yang dihasilkan motor bakar 4 langkah.
4.2.3 Grafik Hubungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik terhadap Putaran
Gambar 4.3 Grafik hubungan SFCe dengan putaran.
Dari grafik diatas dapat diihat bahwa semakin bertambahnya putaran maka
konsumsi bahan bakar menurun, akan tetapi pada titik tertentu konsumsi bahan bakar
meningkat. Tingginya konsumsi bahan bakar pada putaran rendah diakibatkan, banyak
energi panas yang terbuang melalui dinding silinder motor bakar, dan tingginya
konsumsi pada putaran tinggi diakibatkan kerugian mekanis yang terjadi pada motor
bakar 6 langkah, sehingga semakin tinggi putaran maka konsumsi bahan bakar
cenderung meningkat kembali, banyaknya kerugian mekanis yang terjadi akibat dari
semakin cepatnya putaran yang mengakibatkan semakin kecilnya daya yang dihasilkan
meskipun dengan konsumsi bahan bakar yang sama yang mengakibatkan meningkatnya
nilai SFCe atau dengan kata lain SFCe merupakan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan
untuk menghasilkan daya efektif sebesar 1 hp selama 1 jam.
43
Pada grafik diatas juga dapat dilihat bahwa konsumsi bahan bakar spesifik yang
paling tinggi ada pada variasi AFR 1:13, pada putaran 2400 rpm SFCe dari AFR 1:13
yaitu sebesar (0,3 kg/PS.jam) terus menurun hingga putaran 4800 rpm SFCe sebesar
(1,15 kg/PS.jam) kemudian meningkat kembali hingga putaran 7200 rpm. Pada variasi
AFR 1:14 putaran 2400 rpm SFCe sebesar (0,29 kg/PS.jam) kemudian menurun hingga
putaran 4800 rpm SFCe sebesar (0,13 kg/PS.jam) kemudian meningkat kembali hingga
putaran 7200 rpm. Pada variasi AFR 1:15 putaran 2400 rpm SFCe sebesar (0,28
kg/PS.jam) kemudian menurun hingga putaran 4800 rpm SFCe sebesar (0,13
kg/PS.jam) kemudian meningkat kembali hingga putaran 7200 rpm.
Konsumsi bahan bakar spesifik yang paling tinggi yaitu pada AFR 1:13,
dikarenakan bahan bakar yang dikeluarkan oleh injektor lebih banyak dibanding dengan
AFR 1:14 dan 1:15, maka dari itu grafik SFCe AFR 1:13 lebih tinggi dibanding AFR
1:14 dan 1:15. Kecenderungan dari prosentase penurunan dan peningkatan SFCe pada
grafik kurang lebih sama.
Jika dibandingkan dengan konsumsi bahan bakar spesifik motor bakar 4 langkah,
konsumsi bahan bakar spesifik dari motor bakar 6 langkah 3 kali pengapian lebih
rendah, dikarenakan dari siklus yang terjadi, motor bakar 6 langkah membutuhkan satu
kali pembakaran untuk menghasilkan 3x kali putaran mesin.
4.2.4 Grafik Hubungan Efisiensi Thermal Efektif terhadap Putaran
Gambar 4.4 Grafik hubungan efisiensi termal efektif dengan putaran.
44
Dari grafik diatas dapat dilihat efisiensi termal efektif meningkat seiring
bertambahnya putaran, tetapi akan menurun setelah efisiensi telah mencapai puncak,
efisiensi akan kembali menurun hal ini diakibatkan karena efisiensi termal efektif
dipengaruhi oleh konsumsi bahan bakar, daya efektif dan LHVbb. Pernyataan ini sesuai
dengan persamaan :
ηe=
x 100%
Pada persamaan dapat dianalisa bahwa nilai bahan bakar (LHVbb) bernilai tetap,
berarti hanya daya efektif dan konsumsi bahan bakar saja yang mempengaruhi efisiensi
dari motor bakar.
Dari grafik diatas dapat dilihat maka efisiensi paling tinggi dimiliki oleh AFR 1:15
pada putaran 4800 rpm sebesar 45,4% dengan efisiensi rata – rata sebesar 34,32%.
Kemudian AFR 1:14 pada putaran 4800 rpm efisiensi sebesar 44,14% dengan efisiensi
rata – rata sebesar 34,17%. Dan yang terakhir pada AFR 1:13 pada putaran 4800 rpm
efisiensi sebesar 40,85% dengan efisiensi rata – rata 31,09%.
Jika dibandingkan dengan motor bakar 4 langkah, efisiensi dari motor bakar 6
langkah 3 kali pengapian memliki efisiensi jauh lebih tinggi dibandingkan dengan
efisiensi pada motor bakar 4 langkah, dikarenakan konsumsi bahan bakar motor bakar 6
langkah lebih kecil dibanding motor bakar 6 langkah, torsi dan daya yang dihasilkan
pun juga lebih tinggi.
45
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian motor bakar 6 langkah 3 kali pengapian dengan variasi
AFR, dapat ditarik kesimpulan :
1. Pada AFR 1:13 torsi tertinggi yang diperoleh yaitu sebesar (0,58 kg.m) pada putaran
4200 rpm.
Pada AFR 1:14 torsi tertinggi yang diperoleh yaitu sebesar (0,499 kg.m) pada putaran
4800 rpm.
Pada AFR 1:15 torsi tertinggi yang diperoleh yaitu sebesar (0,459 kg.m) pada putaran
4800 rpm.
2. Pada AFR 1:13 daya efektif tertinggi sebesar (4,32 PS) pada putaran 5400 rpm.
Pada AFR 1:14 daya efektif tertinggi sebesar (3,73 PS) pada putaran 6600 rpm.
Pada AFR 1:15 efektif tertinggi sebesar (3,078 PS) pada putaran 4800 rpm.
3. Pada AFR 1:13 SFCe terendah sebesar (0,14 kg/PS.jam) pada putaran 5400 rpm.
Pada AFR 1:14 SFCe terendah sebesar (0,13 kg/PS.jam) pada putaran 4800 rpm.
Pada AFR 1:15 SFCe terendah sebesar (0,13 kg/PS.jam) pada putaran 4800 rpm.
4. Pada AFR 1:13 efisiensi tertinggi sebesar 40,85% pada putaran 5400 rpm.
Pada AFR 1:14 efisiensi tertinggi sebesar 44,14% pada putaran 4800 rpm.
Pada AFR 1:15 efisiensi tertinggi sebesar 45,41% pada putaran 4800 rpm.
5.2 Saran
1. Perlu ditambahkannya instrument – instrument pengukuran sebagai sarana
pengembangan motor bakar 6 langkah agar suatu saat motor bakar 6 langkah dapat
diaplikasikan di kehidupan sehari – hari.
2. Perlunya penambahan engine test bed untuk mempermudah pelaksanaan penelitian
dan pengambilan data.
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, Wiranto. 2002. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Bandung: ITB Press.
Bastomy, Muhammad Diaz (2014). Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Masuk Terhadap
Komposisi dan Nilai Kalor (LHV) Syn-Gas Gasifikasi Sekam Padi tipe Downdraft
Satu Saluran Udara Masuk. Skripsi. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Jember.
Bunarto. 2015. Dasar - Dasar Sistem Kontrol Pada Kendaraan Ringan. Pustaka Baru Perss.
ECS (Engine Control System).2008. Ototronik P4TK/VEDC Malang.
Cengel, A Yunus and Dr. Boles, Michael A, 1994. Thermodynamics An Engineering
Approach Second Edition. USA : McGraw-Hill,Inc.
Cengel, YA & Boles, MA, 2006, Thermodynamics: An Engineering Approach, 5 th ed,
McGraw-Hill, New York.
Elmer, Stephen. 2015. Internal Combustion Engines Sticking Around to 2050 : Report.
New York: Autoguide.
Honda Cengkareng, http://www.otoholic.net/2017/05/jangan-sembarangan-pilih-bahan-
bakar.html (diakses pada juli 2017).
Maleev. V.L, M.E, DR. A.M, 1995. Operasi Dan Pemeliharaan Mesin Diesel, terj.
Priambodo bambang, Erlangga, Jakarta.
Pulkrabrek, Willard W. 2004. Engineering Fundamental of The Internal Combustion
Engine. New Jersey: Prentice Hall International Inc.
Pranoto, Bayu (2012) Pengaruh Variasi Air Fuel Ratio (AFR) Terhadap karakteristik Api
Pembakaran Premix Kapuk Pada Burner. Skripsi. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Brawijaya.
Shweta Kandari dan Ishant Gupta (2013) International Journal of Engineering Research &
Technology (IJERT).
Tenaya I G.N.P dan Hardiana M. 2011. Pengaruh Air Fuel Ratio terhadap Emisi Gas
Buang Berbahan Bakar LPG pada Ruang Bakar Model Helle-Shaw Cell . Badung:
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. Jurnal Ilmiah Teknik
Mesin Vol. 5 No. 1. 39-45.
Wardana, I.N.G. 2008. Bahan Bakar &TeknologiPembakaran. Malang: PT. DanarWijaya-
Brawijaya University Press.