pengaruh variasi larutan water injection pada ...v abstrak antoni, dedi. 2017. pengaruh variasi...

53
PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA INTAKE MANIFOLD TERHADAP PERFORMA DAN EMISI GAS BUANG SEPEDA MOTOR SKRIPSI Skripsi ini ditulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Otomotif oleh Dedi Antoni 5202413008 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2017

Upload: others

Post on 01-Nov-2020

7 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA INTAKE MANIFOLD TERHADAP PERFORMA DAN EMISI GAS

BUANG SEPEDA MOTOR

SKRIPSI

Skripsi ini ditulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Otomotif

oleh Dedi Antoni 5202413008

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2017

Page 2: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

ii

Page 3: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

iii

Page 4: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

iv

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

“Sesungguhnya Allah tidak akan merubah keadaan suatu kaum sehingga mereka

merubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri” (QS. Ar Ra’d: 11)

Apa perbedaan antara hambatan dan peluang. Sikap kita terhadapnya. Setiap

peluang memiliki kesulitan, dan setiap kesulitan memiliki peluang (J. Sidlow

Baxter).

Kunci kesuksesan adalah kerja keras, pantang menyerah dan doa, ketiganya tidak

dapat dipisahkan

(Dedi Antoni).

PERSEMBAHAN

Karya ini aku persembahkan untuk:

1. Solikha (mamah) darah, air mata, cinta kasih sayang, air susu mengalir di

dalam tubuhku.

2. Poniman (bapak) kerja keras, kesabaran, dan keteguhan adalah kekuatanku.

3. Serta keluarga dan teman teman tercinta.

Page 5: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

v

ABSTRAK

Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda Motor. Skripsi. Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. Dr. M. Burhan

Rubai Wijaya, M.Pd., dan Angga Septiyanto, S.Pd., M.T

Kata kunci: Variasi, Larutan, Water, Injection, Performa, Emisi

Salah satu inovasi di bidang otomotif adalah penambahan water injection pada sepeda motor, hal tersebut diharapkan mampu meningkatkan performa dan

pengendalian emisi gas buang. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui

pengaruh penggunaan water injection dengan variasi larutan A1(air akuades

100%), variasi larutan A2 (air akuades 90% + metanol 10%), variasi larutan A3

(air akuades 80% + metanol 20%), dan variasi larutan A4 ( air akuades 70% +

metanol 30%) terhadap performa yang meliputi daya dan torsi serta emisi gas

buang sepeda motor yang meliputi CO dan HC.

Metode penelitian yang dilakukan adalah eksperimen dengan

menggunakan sepeda motor Honda vario 125 eSP tahun 2012. Pengujian

performa menggunakan alat dynamometer untuk mengetahui torsi dan daya,

sedangkan pengujian emisi gas buang yang meliputi CO dan HC menggunakan

alat uji gas analyzer. Data hasil penelitian dianalisis dengan cara mengamati

secara langsung hasil eksperimen kemudian menyimpulkan dan menentukan hasil

penelitian yang telah dilakukan dalam bentuk tabel dan grafik.

Hasil penelitian menunjukkan adanya pengaruh penggunaan variasi

larutan water injection pada sepeda motor. Hasil pengujian torsi tertinggi

dihasilkan oleh water injection variasi larutan A2 pada putaran mesin 2000 rpm

dengan torsi maksimum sebesar 23,23 N.m, sedangkan daya tertinggi dihasilkan

oleh water injection variasi larutan A1 pada putaran mesin 8000 rpm dengan daya

maksimum 6,56 kW. Hasil pengujian kadar emisi CO terendah dihasilkan oleh

water injection variasi larutan A1 pada putaran 2300 rpm dengan kadar CO

sebesar 0,08% vol, sedangkan kadar HC terendah dihasilkan oleh water injection

variasi larutan A1 dan A2 pada putaran 2300 rpm dengan kadar HC sebesar

145,33 ppm. Kadar HC tertinggi dihasilkan oleh water injection variasi larutan A4

pada putaran 2000 rpm dengan kadar HC sebesar 369,33 ppm.

Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa pengaruh terbesar

penggunaan variasi larutan water injection pada sepeda motor terhadap torsi

dihasilkan oleh variasi larutan A2 dengan nilai kenaikan sebesar 1,38 N.m,

sedangkan pada daya dihasilkan oleh variasi larutan A1 dengan nilai kenaikan

sebesar 0,47 kW. Rata-rata penurunan kadar CO terendah didapatkan oleh variasi

larutan A2 dengan nilai penurunan sebesar 0,38% vol, sedangkan rata-rata

penurunan kadar HC terendah didapatkan oleh variasi larutan A1 dengan nilai

penurunan sebesar 38,33 ppm. Saran peneliti untuk penggunaan water injection

sebaiknya menggunakan variasi larutan yang paling efektif yaitu variasi larutan

A1 (air akuades 100%).

Page 6: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

vi

PRAKATA

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas

segala nikmat, rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan

skripsi dengan judul “Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake

Manifod terhadap Performa Mesin dan Emisi Gas buang”.

Skripsi ini disusun dalam rangka menyelesaikan salah satu syarat untuk

memperoleh gelar Sarjana Pendidikan pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Negeri Semarang. Penulis menyadari bahwa selesai dan

tersusunnya skripsi ini karena mendapat bantuan serta dukungan dari orang lain,

oleh karena itu ijinkanlah penulis mengucapkan terimakasih kepada:

1. Prof. Dr. Fathur Rohman, M.Hum Rektor Universitas Negeri Semarang.

2. Dr. Nur Qudus, M.T. Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.

3. Rusiyanto, S.Pd., M.T. Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri

Semarang.

4. Dr. Dwi Widjanarko, S.Pd., ST., M.T. Ketua Program Studi Pendidikan

Teknik Otomotif Universitas Negeri Semarang.

5. Dr. M. Burhan Rubai Wijaya, M.Pd. Pembimbing 1 yang telah memberikan

bimbingan, arahan, dan motivasi kepada penulis dalam penyusunan skripsi.

6. Angga Septiyanto, S.Pd., M.T. Pembimbing 2 yang telah memberikan

bimbingan, arahan, dan motivasi kepada penulis dalam penyusunan skripsi.

7. Bapak Poniman dan Ibu Solikha yang selalu memberikan doa, semangat, dan

motivasi hingga penulis mencapai tahap ini.

8. Teman-teman PTO angkatan 2013 yang saya cintai.

Page 7: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

vii

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, maka

penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi semua pihak.

Semoga skripsi ini bermanfaat bagi penulis khususnya dan bagi masyarakat pada

umumnya.

Semarang, 09 November 2017

Page 8: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

viii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i

HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... ii

HALAMAN PERNYATAAN ......................................................................... iii

ABSTRAK ....................................................................................................... v

PRAKATA ....................................................................................................... vi

DAFTAR ISI .................................................................................................... viii

DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN ........................................................ x

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xv

BAB I. PENDAHULUAN ............................................................................... 1

A. Latar Belakang Masalah ....................................................................... 1

B. Identifikasi Masalah ............................................................................. 4

C. Pembatasan Masalah ............................................................................ 5

D. Rumusan Masalah ................................................................................ 6

E. Tujuan Penelitian ................................................................................. 6

F. Manfaat Penelitian ............................................................................... 7

BAB II. KAJIAN PUSTAKA .......................................................................... 8

A. Kajian Teori ......................................................................................... 8

1. Motor Bakar ................................................................................... 8

2. Proses Pembakaran......................................................................... 8

3. Water Injection ............................................................................... 15

4. Campuran ...................................................................................... 17

5. Air ................................................................................................. 20

6. Metanol .......................................................................................... 21

7. Dinamometer .................................................................................. 23

8. Perhitungan Torsi dan Daya ........................................................... 24

9. Emisi Gas Buang ............................................................................ 25

Page 9: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

ix

10. Hubungan Water Injection Pada Intake Manifold Terhadap

Performa Dan Emisi Gas Buang .................................................... 28

B. Kajian Penelitian yang Relevan ........................................................... 30

C. Kerangka Pikir Penelitian .................................................................... 32

BAB. III METODE PENELITIAN.................................................................. 34

A. Bahan Penelitian................................................................................... 34

B. Alat dan Skema Peralatan Penelitian ................................................... 39

C. Prosedur Penelitian............................................................................... 41

1. Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian............................................. 41

2. Proses Penelitian ............................................................................ 42

3. Data Penelitian ............................................................................... 45

4. Analisis Data .................................................................................. 48

BAB. IV HASIL PENELITIAN ...................................................................... 49

A. Hasil Penelitian .................................................................................... 49

B. Pembahasan .......................................................................................... 62

C. Keterbatasan Penelitian ........................................................................ 74

BAB. V PENUTUP .......................................................................................... 75

A. Simpulan .............................................................................................. 75

B. Saran ..................................................................................................... 76

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 77

LAMPIRAN-LAMPIRAN ............................................................................... 80

Page 10: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

x

DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN

Simbol Arti

C Carbon (Karbon)

CH3OH Metanol

C8H18 Oktana (bahan bakar bensin)

C10H24 Pertamax

H2 Hidrogen

H2O Air

N2 Nitrogen

O2 Oksigen

P Gaya (N)

R Jarak benda ke pusat rotasi (m)

2πN Kecepatan sudut (putaran/s)

Torsi (N.m)

Ẇb Daya rem (kW)

Singakatan Arti

BMW Bayerische Motoren Werk

Cc Centimeter cubic (cm3)

CO Carbon monoxide (Karbon monoksida)

CO2 Carbon dioxide (Karbon dioksida)

eSP Enhaced smart power

HC Hydrocarbon (Hidrokarbon)

HP Horse Power (Tenaga Kuda)

kPa kiloPascal

ml milliliter

PGM-FI Programed Fuel Injection

Psi Pounds per square inch (Pon per inchi persegi)

RON Research Octane Number (angka oktan riset)

Rpm Revolution per minute (putaran per menit)

SAAB Svenska Aeroplan Aktiebolaget

Page 11: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

xi

TMA Titik Mati Atas

TMB Titik Mati Bawah

Wai Water Injection (Injeksi Air)

WRC World Rally Championship (Kejuaraan Rally Dunia)

Page 12: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1 Produksi Kendaraan Bermotor dalam Negeri Tahun 2010-2013..... 1

Tabel 2.1 Tujuh Macam Larutan ...................................................................... 19

Tabel 2.2 Properti Alkohol ............................................................................... 22

Tabel 2.3 Baku Mutu Emisi Kendaraan Bermotor Menurut Kepmen LH

No. 06 Tahun 2006 .......................................................................... 25

Tabel 3.1 Spesifikasi Honda Vario eSP ........................................................... 34

Tabel 3.2 Lembar Pengambilan Data Pengecekan Penyemprotan Debit

Air Water Injection .......................................................................... 45

Tabel 3.3 Lembar Pengambilan Data Penelitian Daya dan Torsi Sepeda

Motor tanpa Water Injection ........................................................... 46

Tabel 3.4 Lembar Pengambilan Data Penelitian CO dan HC Sepeda

Motor tanpa Water Injection ........................................................... 47

Tabel 3.5 Lembar Pengambilan Data Penelitian Daya dan Torsi Seped

Motor Menggunakan Water Injection ............................................. 47

Tabel 3.6 Lembar Pengambilan Data Penelitian CO dan HC Sepeda

Motor Menggunakan Water Injection ............................................. 48

Tabel 4.1 Hasil Data Pengecekan Debit Penyemprotan Water Injection......... 49

Tabel 4.2 Torsi yang dihasilkan pada sepeda motor tanpa water injetion

dan sepeda motor tanpa water injection .......................................... 50

Tabel 4.3 Daya yang dihasilkan pada sepeda motor tanpa water injection

dan sepeda motor tanpa water injection .......................................... 53

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Kandungan CO dalam Emisi Gas Buang .............. 56

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Kandungan HC dalam Emisi Gas Buang .............. 59

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Nilai Lambda ......................................................... 61

Page 13: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Proses Pembakaran Normal ......................................................... 10

Gambar 2.2 Proses preignition ......................................................................... 11

Gambar 2.3 Proses Detonasi ............................................................................ 13

Gambar 2.4 Prinsip Kerja Water Injection ....................................................... 15

Gambar 2.5 Skema Pengukuran Torsi ............................................................. 23

Gambar 3.1 Solenoid ........................................................................................ 35

Gambar 3.2 Nozzle ........................................................................................... 35

Gambar 3.3 T Fitting........................................................................................ 35

Gambar 3.4 Pressure Gauge ............................................................................ 36

Gambar 3.5 Pompa Bensin ............................................................................... 36

Gambar 3.6 Relay Modul ................................................................................. 37

Gambar 3.7 Kran .............................................................................................. 37

Gambar 3.8 Mikrokontroler Arduino Uno ....................................................... 37

Gambar 3.9 Pvc ................................................................................................ 38

Gambar 3.10 Skema Water Injection ............................................................... 38

Gambar 3.11 Dynamometer tipe Sportdyno v3.3 ............................................. 39

Gambar 3.12 Gas Analyzer Orotech ................................................................ 39

Gambar 3.13 Skema instalasi pengujian daya, torsi, CO, dan HC................... 40

Gambar 3.14 Diagram Alir Penelitian ............................................................. 41

Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Torsi terhadap Putaran Mesin .................... 52

Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Daya terhadap Putaran Mesin .................... 55

Gambar 4.3 Grafik Perbandingan CO terhadap Putaran Mesin ....................... 58

Gambar 4.4 Grafik Perbandingan HC terhadap Putaran Mesin ....................... 60

Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Lambda terhadap Variasi Larutan Water

Injection ........................................................................................ 62

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Torsi terhadap Variasi Larutan Water

Injection ........................................................................................ 63

Gambar 4.7 Periode Penundaan ....................................................................... 65

Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Daya terhadap Variasi Larutan Water Injection ........................................................................................ 67

Page 14: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

xiv

Gambar 4.9 Grafik Perbandingan CO terhadap Variasi Larutan Water Injection ........................................................................................ 70

Gambar 4.10 Grafik Perbandingan HC terhadap Variasi Larutan Water

Injection ..................................................................................... 72

Page 15: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Hasil Penelitian Performa Mesin ................................................. 81

Lampiran 2. Hasil Penelitian Emisi Gas Buang ............................................... 96

Lampiran 3. Tabel Hasil Penelitian Performa Mesin ....................................... 101

Lampiran 4. Tabel Hasil Penelitian Emisi Gas Buang ..................................... 103

Lampiran 5. Dokumentasi Penelitian ............................................................... 105

Lampiran 6. Surat Keterangan Penelitian di Bengkel Hyperspeed .................. 107

Lampiran 7. Surat Keterangan Penelitian di SMK Muhammadiyah Bligo ..... 108

Lampiran 8. Alat Water Injection .................................................................... 109

Page 16: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Perkembangan kemajuan teknologi dibidang otomotif semakin pesat

sehingga mendorong manusia untuk melakukan inovasi. Inovasi teknologi

dibidang otomotif banyak dilakukan disegala aspek, salah satunya adalah motor

bakar. Motor bakar merupakan suatu peralatan yang mengubah energi panas

menjadi energi mekanik dengan memanfaatkan fluida kerja hasil pembakaran.

Jenis motor bakar yang sering digunakan dibidang teknologi otomotif terutama

kendaraan ringan adalah motor pembakaran dalam atau sering disebut juga

dengan internal combustion engine. Salah satu kendaraan bermesin yang banyak

digunakan masyarakat pada saat ini adalah sepeda motor.

Tabel 1.1 Produksi Kendaraan Bermotor dalam Negeri Tahun 2010-2013

(Badan Pusat Statistik, 2015: 368)

Jenis Kendaraan

Bermotor 2010 2011 2012 2013

Sedan/cars 4.081 3.231 4.869 58.047

Jeep 4x2/Jeeps 4x2 477.252 530.762 693.421 842.234

Jeep 4x4/Jeeps 4x4 15.191 27.870 45.211 24.830

Bis/Buses 4.106 4.142 5.299 4.713

Pick Up/Trucks 201.878 271.943 316.757 278.387

Sepeda motor/Motorcycle 7.366.646 8.006.293 7.079.721 7.780.295

Indonesia 8.069.154 8.844.241 8.145.278 8.988.506

Tabel 1.1 menunjukkan bahwa produksi kendaraan jenis sepeda motor di

Indonesia paling banyak dibandingkan dengan kendaraan jenis yang lain

meskipun produksi kendaraan selain sepeda motor dijumlahkan. Tahun 2013

sebagai contohnya, apabila produksi kendaraan selain sepeda motor dijumlahkan

hanya mencapai 1.208.211 unit dibandingkan dengan sepeda motor masih kalah

Page 17: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

2

jauh jumlahnya yang mencapai 7.780.295 unit, hal ini membuktikan bahwa

pengguna kendaraan jenis sepeda motor lebih banyak dari jenis kendaraan yang

lainnya.

Pertimbangan yang dipikirkan orang dalam memilih sepeda motor untuk

alat transportasinya selain mudah dalam penggunaannya, kemampuan juga

menjadi faktor yang sangat penting. Kemampuan (tenaga) sepeda motor

dipengaruhi oleh beberapa faktor, salah satunya adalah proses pembakaran yang

sempurna. Proses pembakaran terkadang tidak selalu terjadi secara sempurna

beberapa faktor salah satuya adalah kandungan oksigen yang masuk ke dalam

ruang, seperti yang dikatakan oleh Suyanto, (1989: 248-249) bahwa faktor yang

mempengaruhi tenaga yang dihasilkan oleh motor salah satunya adalah proses

pembakaran, sedangkan salah satu faktor yang mempengaruhi proses pembakaran

kandungan oksigen di dalam campuran bahan bakar dan udara. Faktor lainnya

adalah suhu juga berpengaruh terhadap proses pembakaran dan kepadatan udara

masuk. Menurut Arends dan Berenschot, (1980: 71) menyatakan bahwa kenaikan

suhu awal pada proses pemampatan menyebabkan suhu akhir pemampatan juga

meningkat, kepadatan udara akan memuai sehingga pengisian campuran di dalam

silinder menjadi kurang sempurna, hal ini mempengaruhi proses pembakaran.

Berbagai upaya dilakukan untuk peningkatan performa mesin salah

satunya adalah penambahan water injection di sistem bahan bakar, dimana water

injection merupakan suatu sistem penambahan air dalam bentuk butiran pada

ruang pembakaran melalui intake manifold (Basori, et al., 2014a: 314). Winoto

dan Tedjasaputra (2014) melakukan penelitian penggunaan alat water injection

Page 18: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

3

pada mobil Honda City V-tech dengan menggunakan cairan air akuades yang

dicampur dengan air coolant dan hasilnya rata-rata mengalami peningkatan daya

dengan pengujian putaran mesin 1500 rpm sampai 6500 rpm hanya satu kondisi

saja mengalami penurunan yaitu pada putaran mesin 2000 rpm. Penelitian

penggunaan water injection tidak hanya diterapkan pada mobil (mesin bensin)

akan tetapi juga diterapkan pada sepeda motor, hal ini dikarenakan mobil dan

sepeda motor merupakan mesin pembakaran dalam dan memiliki tekanan

kompresi yang hampir sama yaitu 9 bar sampai 11 bar, contohnya penelitian yang

dilakukan oleh Wardono (2009) bahwa penggunaan alat water injection pada

sepeda motor dengan menggunakan air akuades murni mampu meningkatkan

daya diatas 9% pada putaran mesin 1150 rpm sampe 3000 rpm. Menurut Basori,

et al., (2014a: 314) menyatakan bahwa perkembangan penggunaan water injection

cairan yang digunakan tidak hanya air murni 100% melainkan dapat dicampur

dengan alkohol contohnya metanol, hal ini bertujuan untuk mengurangi detonasi

dan meningkatkan performa mesin. Berdasarkan uraian tersebut maka dapat

diduga bahwa cairan pada water injection mempunyai dampak terhadap performa

mesin.

Performa mesin menjadi hal yang penting akan tetapi, produk gas buang

yang dihasilkan oleh mesin juga harus menjadi perhatian supaya tidak

mengakibatkan pencemaran lingkungan. Pencemaran lingkungan yang dihasilkan

oleh kendaraan bermotor merupakan penyebab pencemaran udara, hal ini

disebabkan oleh pembakaran bensin yang tidak sempurna sehingga menghasilkan

gas buang yang tidak diinginkan dan meningkatkan pencemaran (Sastrawijaya,

Page 19: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

4

2000: 170). Produk gas buang yang dihasilkan oleh kendaraan bermotor

diantaranya adalah karbon monoksida (CO) dan hidrokarbon (HC), dimana gas

buang tersebut berbahaya bagi kelangsungan hidup makhluk bumi apabila

berlebihan. Inovasi yang dilakukan pada kendaraan bermotor tentunya juga harus

memperhatikan dampak yang akan ditimbulkan terhadap lingkungan.

Berdasarkan uraian tersebut maka akan dilakukan penelitian tentang

pengaruh water injection menggunakan akuades dengan pencampuran metanol

terhadap performa dan emisi gas buang pada sepeda motor.

B. Identifikasi Masalah

Berdasarkan uraian pada latar belakang masalah, dapat diidentifikasikan

beberapa permasalahan diantaranya sebagai berikut:

1. Kenaikan temperatur udara masuk maupun ruang bakar yang berlebihan

menyebabkan suhu berlebih sehinga berpengaruh terhadap penurunan

performa mesin.

2. Kepadatan udara yang memuai akibat temperatur udara masuk yang

meningkat maupun ruang bakar menyebabkan proses pembakaran menjadi

kurang sempurna sehingga mengakibatkan performa mesin menurun.

3. Proses pembakaran yang kurang sempurna menyebabkan emisi gas buang

yang di keluarkan sepeda motor mengandung zat beracun berbahaya bagi

kelangsungan hidup makhluk bumi.

4. Penggunaan cairan pada water injection akan berpengaruh terhadap performa

mesin sehingga hasilnya bisa menjadi lebih baik ataupun lebih buruk dari

kondisi mesin standar.

Page 20: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

5

C. Pembatasan Masalah

Didasarkan pada luasnya bahasan tentang water injection, maka

pembahasan dibatasi pada dampak penggunaancairanwater injectionterhadap

performa mesin dan emisi gas buang dengan karakteristik pelaksanaan sebagai

berikut:

1. Sepeda motor yang digunakan dalam pengujian adalah Honda Vario pgm-fi

tahun perakitan 2012 dengan kapasitas mesin 125 cc.

2. Parameter performa yang akan diteliti yaitu torsi dan daya.

3. Parameter emisi gas buang yang akan diteliti yaitu Karbon monoksida (CO)

dan Hidrokarbon (HC).

4. Bahan bakar yang digunakan jenis pertamax ( RON 92).

5. Pengujian performa dilakukan pada putaran mesin 2000 rpm, 4000 rpm, 6000

rpm, 8000 rpm dan 10000 rpm.

6. Pengujian emisi gas buang dilakukan pada putaran 1700 rpm, 2000 rpm, dan

2300 rpm.

7. Debit air yang disemprotkan oleh water injection 5 ml/menit < x <9,6

ml/menit.

8. Variasi larutan yang digunakan A1 (air akuades 100%), A2 (air akuades 90%

+ metanol 10%), A3 (air akuades 80% + metanol 20%), dan A4 (air akuades

70% + metanol 30%).

9. Tekanan water injection yang digunakan 60 psi.

Page 21: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

6

D. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dibahas maka permasalahan yang

akan diteliti dalam permasalahan ini adalah sebagai berikut:

1. Seberapa besar pengaruh variasi larutan water injection terhadap torsi yang

dihasilkan oleh sepeda motor ?

2. Seberapa besar pengaruh variasi larutan water injection terhadap daya yang

dihasilkan oleh sepeda motor ?

3. Seberapa besar pengaruh variasi larutan water injection terhadap emisi CO

yang dihasilkan oleh sepeda motor ?

4. Seberapa besar pengaruh variasi larutan water injection terhadap emisi HC

yang dihasilkan oleh sepeda motor ?

E. Tujuan Penelitian

Berdasarkan rumusan masalah yang telah dituliskan maka tujuan

penelitian ini sebagai berikut:

1. Mengetahui pengaruh variasi larutan water injection terhadap torsi yang

dihasilkan oleh sepeda motor.

2. Mengetahui pengaruh variasi larutan water injection terhadap daya yang

dihasilkan oleh sepeda motor.

3. Mengetahui pengaruh variasi larutan water injection terhadap emisi CO yang

dihasilkan oleh sepeda motor.

4. Mengetahui pengaruh variasi larutan water injection terhadap emisi HC yang

dihasilkan oleh sepeda motor.

Page 22: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

7

F. Manfaat Penelitian

Kegiatan penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai

berikut:

1. Bagi dunia akademik dapat membuktikan pengetahuan tentang pengaruh

penggunaan alat water injection terhadap performa mesin dan emisi gas

buang.

2. Bagi dunia akademik dapat membuktikan pengetahuan tentang pengaruh

penggunaan larutan pada water injection terhadap performa mesin dan emisi

gas buang.

3. Masyarakat memperoleh informasi tentang perbedaan performa mesin dan

emisi gas buang pada sepeda motor menggunakan alat water injection dengan

sepeda motor tanpa menggunakan alat water injection, sehingga masyarakat

dapat mengetahui dampak yang akan ditimbulkan jika melakukan

pemasangan water injection pada sepeda motornya.

4. Diharapkan bisa dijadikan acuan untuk penelitian selanjutnya.

Page 23: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

8

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

A. Kajian Teori

1. Motor Bakar

Motor bakar merupakan suatu mesin penggerak yang memanfaatkan

energi kalor dari hasil proses pembakaran menjadi energi mekanik (Rahardjo,

2014: 12). Salah satu jenis motor bakar yang proses pembakarannya terjadi

didalam motor itu sendiri disebut mesin/motor pembakaran dalam. Menurut

Pudjanarsa dan Nursuhud (2008: 47) menjelaskan bahwa “motor pembakaran

dalam adalah mesin yang memanfaatkan fluida kerja hasil pembakaran dimana

antara medium yang memanfaatkan gas panas hasil pembakaran dengan fluida

kerja tidak dipisahkan oleh dinding pemisah”.

Suyanto (1989: 1) menjelaskan bahwa “motor (atau kadang-kadang

disebut juga mesin) adalah bagian utama dari suatu alat atau kendaraan yang

menggunakan mesin penggerak”. Menurut Boentarto (2005: 1) menjelaskan

bahwa “sepeda motor adalah alat transportasi yang digerakkan oleh mesin

(motor)”. Sepeda motor merupakan jenis kendaraan yang banyak diminati karena

harganya relatif murah dan mudah dibawa dalam berkendara. Sepeda motor

umumnya proses kerjanya sama dengan mobil, perbedaan mendasarnya hanya

pada jumlah dan ukuran silinder.

2. Proses Pembakaran

Proses pembakaran mesin bensin dimulai dengan penyalaan elektrik yang

diberikan oleh busi. Menurut Soenarta dan Furuhama (2002: 8) menjelaskan

Page 24: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

9

bahwa “dalam proses pembakaran maka tiap macam bahan bakar selalu

membutuhkan jumlah udara tertentu agar bahan bakar dapat terbakar secara

sempurna”. Hal ini dapat ditelusuri dari persamaan pada pembakaran iso oktan

(C8H18).

C8H18 + 12,5 (O2 + 3,76 N2) 8 CO2 + 9 H2O + 47 N2

Proses pembakaran terjadi beberapa periode atau fase. Kristanto ( 2015:

166-167) menjelaskan tiga fase atau periode dalam pembakaran motor bensin

sebagai berikut:

Periode penundaan disebut juga periode pengapian dan

pengembangan nyala api lebih awal. Periode ini dimulai dari saat

percikan api tegangan tinggi lewat diantara elektroda busi sampai

saat mulai terbentuknya nyala api untuk melepaskan energi kalor

fraksi uap bahan bakar yang terbakar. Periode selanjutnya adalah

periode kenaikan tekanan dengan cepat atau disebut juga periode

perambatan nyala api. Periode perambatan nyala api yaitu waktu

antara permulaan medan nyala api dan dimulainya kenaikan

tekanan ke satu titik pada saat medan nyala api yang tidak rata telah

menyebar ke dinding silinder dan tekanan silinder telah mencapai

puncaknya. Setelah medan nyala api mencapai dinding silinder

masih terdapat 25% muatan yang belum terbakar dimana sisa

oksigen di dalam muatan menjadi lebih sulit bereaksi dengan uap

bensin hingga pembakaran melambat, kondisi ini dikenal periode

setelah pembakaran.

Penjelasan tersebut dapat disimpulkan bahwa pembakaran proses awalnya

adalah penyalaan busi di dalam ruang silinder kemudian api mulai merambat dari

satu titik ke segala arah dengan cepat dan tekanan gas di dalam silinder naik yang

mengakibatkan campuran udara dan bahan bakar terbakar. Ada dua kemungkinan

yang terjadi pada proses pembakaran yaitu:

Page 25: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

10

a. Pembakaran normal

Pembakaran normal terjadi apabila bahan bakar dapat terbakar seluruhnya

pada waktu dan keadaan yang tepat. Berikut gambar mengenai proses pembakaran

normal:

Gambar 2.1 Proses Pembakaran Normal

(Suyanto, 1989: 252)

Keterangan gambar 2.1:

1) Katup

2) Busi

3) Ruang bakar

4) Piston

Proses pembakaran normal terjadi dimulai saat busi mulai memercikan

bunga api beberapa derajat sebelum TMA, kemudian api membakar campuran

udara bahan bakar didalam ruang bakar sehingga semua partikel terbakar habis.

Timbulnya energi panas yang mendadak menyebabkan tekanan dan temperatur

naik sehingga tekanan tersebut mendorong piston ke TMB.

1

2

3

4

Page 26: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

11

b. Pembakaran tidak normal

Menurut Suyanto (1989: 257) menjelaskan bahwa pembakaran tidak

normal adalah pembakaran yang terjadi didalam silinder dimana nyala api dari

pembakaran tidak menyebar dengan teratur dan merata sehingga menimbulkan

masalah atau bahkan kerusakan pada bagian-bagian motor. Ada tiga macam

pembakaran tidak normal yaitu pengapian dini (preignition), detonasi, dan

dieseling.

1) Pengapian dini (preignition)

Pengapian dini atau disebut juga preignition merupakan penyalaan

campuran bahan bakar dan udara di dalam ruang bakar sebelum terjadinya

percikan bunga api. Suyanto (1989: 260) menjelaskan bahwa preignition adalah

terjadinya pembakaran campuran bahan bakar dan udara bukan karena nyala

bunga api yang ditimbulkan percikan bunga api. Menurut Kristanto (2015: 168)

menjelaskan bahwa “penyalaan dini adalah penyalaan campuran homogen di

dalam silinder sebelum percikan pengapian yang waktunya dikendalikan terjadi”.

Berikut ini digambarkan proses preignition:

Gambar 2.2 Proses Preignition

(Suyanto, 1989: 258)

a

b

c

d

Page 27: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

12

Keterangan gambar 2.2:

a) Busi

b) Katup

c) Ruang bakar

d) Torak

Gambar 2.2 dapat dijelaskan bahwa proses preignition terjadi ketika

pembakaran bahan bakar dan udara dimulai sebelum busi memercikan bunga api.

Hal ini mengakibatkan terjadinya detonasi karena ada dua sumber api yang

membakar campuran bahan bakar udara didalam satu silinder yang sama, maka

kedua nyala api tersebut yang masing-masing mempunyai kecepatan akan

bertabrakan, dimana kejadian seperti ini sudah masuk dalam kategori detonasi

yang mengakibatkan tumbukan yang keras (Suyanto, 1989: 260)

2) Detonasi

Detonasi merupakan hasil rambatan gelombang tekanan gas dengan

kecepatan tinggi yang berulang kali dipantulkan dari dinding ruang bakar

sehingga menghasilkan suatu bunyi pukulan logam (Kristanto, 2015: 168).

Detonasi terjadi didalam silinder, yang disebabkan oleh penyalaan sendiri

(autoignition) gas akhir. Menurut Suyanto (1989: 259) menjelaskan bahwa

“autoignition adalah proses pembakaran dimana campuran udara bahan bakar

terbakar bukan karena nyala api yang dihasilkan oleh busi melainkan oleh panas

lain”. Hal ini dikarenakan kompresi gas akhir menaikkan temperatur dan

tekanannya ke suatu titik sehingga gas akan menyala sendiri. Berikut gambaran

proses terjadinya detonasi:

Page 28: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

13

Gambar 2.3 Proses Detonasi

(Suyanto, 1989: 258)

Keterangan gambar 2.3:

a) Busi

b) Katup

c) Ruang bakar

d) Torak

Gambar 2.3 dapat dijelaskan bahwa proses detonasi setelah campuran

udara bahan bakar dibakar oleh percikan bunga api yang dihasilkan oleh busi,

maka bahan bakar akan terbakar dimulai dengan daerah api nyala busi kemudian

meluas keseluruh ruang bakar. Rambatan nyala api ini akan menekan campuran

udara bahan bakar dengan diikuti naiknya temperatur. Temperatur yang naik

sampai melewati temperatur dimana bahan bakar dapat terbakar maka bahan

bakar akan terbakar dengan sendirinya. Hal ini yang dinamakan autoignition, dan

nyala api yang timbul akibat pembakaran sendiri akan merambat ke bagian bahan

bakar yang belum terbakar, dengan demikian ada dua buah nyala api yang

masing-masing menyebar dengan kecepatan masing-masing sehingga terjadi

a

b

c

d

Page 29: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

14

tumbukan antara dua nyala api tersebut yang mengakibatkan getaran yang cukup

hebat (Suyanto, 1989: 259).

Peningkatan tekanan dan temperatur di dalam silinder mengakibatkan gas

akhir hasil pembakaran menjadi panas dan mudah terbakar, oleh karena itu

peningkatan bilangan oktan diperlukan untuk meniadakan kecenderungan

detonasi.

3) Dieseling

Menurut Suyanto (1989: 261) menjelaskan bahwa “dieseling adalah

kejadian pembakaran bahan bakar didalam silinder yang terjadi seperti motor

diesel”. Dieseling terjadi pada saat kunci kotak dimatikan sehingga tidak ada

loncatan bunga api dari busi.

Proses terjadinya dieseling adalah ketika kunci kontak dimatikan, motor

masih berputar karena adanya sisa tenaga. Putaran ini mengakibatkan silinder

menghisap bahan bakar dari karburator sehingga didalam silinder terisi dengan

campuran udara dan bahan bakar. Temperatur di dalam silinder yang cukup panas

maka campuran udara bahan bakar yang dimampatkan oleh tenaga sisa dari motor

akan terbakar dengan sendirinya, hal ini disebabkan oleh panas sisa yang masih

ada didalam silinder, maka tekanan didalam silinder mengalami kenaikan.

Naiknya tekanan didalam silinder ini tidak terkontrol sehingga pada saat sedang

bergerak ke atas terjadi tumbukan kekuatan antara gerakan torak ke atas dengan

tekanan yang ditimbulkan oleh pembakaran tidak terkontrol dan seperti kejadian

detonasi (Suyanto, 1989: 261-262).

Page 30: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

15

Kejadian dieseling biasanya terjadi pada motor yang masih menggunakan

sistem karburator, sedangkan untuk motor yang menggunakan sistem injeksi

kemungkina terjadi dieseling tidak ada. Dieseling ini tidak berlangsung lama

karena motor segera mati.

3. Water Injection

Water injection atau bisa disebut juga wai menurut Siddik, et al., (2014: 2)

“yaitu menginjeksi air ke dalam ruang bakar mesin”. MenurutBasori, et al.,

(2014b: 2) menjelaskan bahwa “water injection adalah suatu sistem penambahan

air dalam bentuk butiran pada ruang pembakaran melalui intake manifold”.

Simpulan yang dapat diambil dari pendapat tersebut adalah bahwa water injection

merupakan suatu sistem yang digunakan untuk menambahkan air dalam bentuk

butiran dengan cara menginjeksikannya ke dalam ruang bakar melaluiintake

manifold.

Gambar 2.4 Prinsip Kerja Water injection

(Wardono dan Raharjo, 2009: C-60)

Kettner, et al., (2016: 1864) menyebutkan bahwa ide menggunakan air

untuk proses pada mesin sudah ada sejak dulu, tahun 1940 campuran air dan

metanol digunakan dalam pesawat tempur udara Messerschmitt Bf109G-10 dan

sistem ini meningkatkan tenaga mesin 1.700-2.400 hp kemudian pada tahun 1983

Page 31: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

16

Renault dalam pembangunan F1 mesin yang pertama menggunakan injeksi air di

mesin balap untuk mendinginkan udara terkompresi sehingga mencegah knocking

mesin. Wai bukan merupakan metode baru melainkan metode yang sudah

digunakan saat perang dunia kedua pada pesawat tempur untuk meningkatkan

tenaga mesin saat penyerangan (Siddik, et al., 2014: 2).

Ada beberapa metode yang digunakan pada perkembangan water injection

seperti yang dijelaskan oleh Kettner, et al., (2016: 1864-1866) diantaranya yaitu:

a. Metode kelembaban air. Metode ini adalah dengan

menambahkan uap air ke udara intake manifold. Melembabkan

dapat digunakan dengan cara yang berbeda tergantung pada

tujuan pengaplikasiannya, contohnya pada mesin stasioner uap

air ditambahkan ke udara intake manifold untuk meningkatkan

kelembaban relatif. Metode lain adalah dengan menggunakan

humidifier untuk udara masuk dengan sirkulasi air sehingga

udara dapat jenuh dengan air maksimum dan kelembapan

diserap dan diresirkulasi.

b. Injeksi air ke intake manifold. Teknik untuk menyuntikan air ke

dalam intake manifold ada berbagai cara misalnya injeksi titik,

injeksi hulu kompresor, injeksi hilir kompresor, atau multipoint wai dalam pipa intake dekat katup masuk. Semua lokasi

memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing.

c. Injeksi air langsung. Pendekatan yang berbeda digunakan pada

penempatan sistem injeksi air langsung, air dapat disuntikkan

secara terpisah dari bahan bakar atau dalam injektor gabungan

untuk bahan bakar air. Injektor ini memiliki saluran bahan

bakar dan air, penyesuaian rasio air dengan bahan bakar

dilakukan oleh solenoid valve di garis akhir.

d. Emulsi bahan bakar air. Emulsi bahan bakar air menyebabkan

pengurangan yang signifikan dalam NOx dan emisi jelaga. Ada

berbagai cara untuk menerapkan sistem ini yang pertama

adalah dengan dua pompa dan satu injektor, dalam pasokan

bahan bakar yang ada pada mesin sudah dimodifikasi. Cara

kedua adalah dengan satu pompa dan satu injektor, sistem

injeksi keseluruhan termasuk pasokan bahan bakar digunakan

untuk bekerja dengan FWE.

e. Injeksi air hybrid. Sistem ini telah dikembangkan oleh BMW

yaitu sistem yang menggabungkan dan menggunakan air

injeksi dengan tekanan injeksi langsung dari campuran bensin

dan air pada saat yang sama. Sumber air yang digunakan adalah

Page 32: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

17

air kondesat yang dikeluarkan dari sistem pendingin udara

disimpan dalam tangki dan digunakan untuk kedua sistem

injeksi air. Air yang tekandung dalam campuran air dan bensin

bervariasi dari 0% sampai 30%. Sistem ini mampu

meningkatkan tenaga mesin dengan emisi rendah dan konsumsi

bahan bakar rendah yang dicapai secara bersamaan.

Menurut Basori, et al., (2014b: 3) menjelaskan bahwa“ penambahan air

dapat mengurangi laju pembakaran dan mengurangi temperatur gas di dalam

silinder sehingga dimungkinkan dapat menekan timbulnya detonasi”.Water

injection pada intake manifold (atau dalam silinder untuk injeksi langsung) efek

yang terjadi adalah pendinginan bertambah oleh proses penguapan air, panas air

yang menguap diambil dari udara masuk dan akibatnya suhu muatan udara

menurun (Kettner, et al., (2016: 1866).

4. Campuran

Dua zat yang berbeda dimasukkan dalam satu wadah yang sama ada tiga

kemungkinan yang terjadi yaitu bereaksi, bercampur, dan tidak bercampur.

Bereaksi jika zat yang dicampur tersebut membentuk zat baru yang sifatnya

berbeda, sedangkan bercampur adalah sifatnya tidak berubah dan dapat

dipisahkan kembali dengan cara fisika seperti destilasi, kristalisasi, dan

kromatologi.

Menurut Syukri, 1999: 350-351 menjelaskan bahwa campuran dibagi

menjadi beberapa macam yaitu:

a. Campuran gas-gas. Gas adalah materi yang telah terpecah-

pecah menjadi partikel terkecilnya dalam bentuk molekul, ion

atau atom. Partikel itu sangat kecil dan selalu bergerak acak ke

segala arah sehingga dua macam gas atau lebih mudah sekali

bercampur secara merata (homogen), contohnya O2 dan N2 di

udara.

Page 33: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

18

b. Campuran gas-cair. Zat cair dan gas dapat bercampur dengan

dua cara. Pertama yaitu partikel cair dalam gas seperti tetesan

air di udara yang disebut kabut. Kedua yaitu molekul gas

berada dalam cairan seperti O2 dan CO2 dalam air, yang mana

hal ini memungkinkan organisme seperti ikan, tumbuhan, dan

mikroba dapat hidup dalam air.

c. Campuran gas-padat. Gas dan zat cair dapat bercampur dengan

dua cara. Pertama yaitu padatan berada dalam gas seperti asap.

Padatan itu harus dalam bentuk gumpalan halus seperti serbuk.

Kedua adalah gas dapat masuk dalam padatan bila padatan

berongga halus seperti busa dan batu apung.

d. Campuran cair-cair. Partikel zat cair selalu bergerak, tetapi

tidak sebebas gas. Dua cairan akan bercampur bila ada daya

tarik-menarik antara partikel yang berbeda, seperti air dan

alkohol. Molekul air dapat berada diantara molekul alkohol dan

sebaliknya.

e. Campuran cair-padat. Zat padat dapat bercampur melalui tiga

cara. Pertama adalah zat itu diserang oleh partikel cairan

sehingga terurai menjadi molekul, contohnya gula dan garam

dalam air. Kedua adalah padatan yang mulanya tidak

bercampur dengan cairan, tetapi setelah digerus menjadi halus

akan bercampur jika dikocok dengan kuat, contohnya susu

dengan air. Ketiga adalah cairan dapat masuk dalam zat padat

jika zat padat berongga, contohnya air dalam garam dapur.

f. Campuran padat-padat. Beberapa zat padat dapat bercampur

dengan dua cara. Pertama adalah bila digerus menjadi serbuk

dan diaduk, contohnya gula dengan tepung. Kedua adalah zat

tersebut dipanaskan sampai mencairdan kemudian didinginkan,

contohnya besi dengan alumunium.

Berdasarkan fasa zat setelah bercampur, campuran ada yag homogen dan

heterogen. Campuran homogen adalah campuran yang terdiri dari dua bahan yang

mempunyai komposisi dan sifat seragam dan masih tetap dalam satu fase tunggal,

sedangkan campuran heterogen campuran dua fase yang komposisi dan sifat-

sifatnya tidak seragam (Petrucci, 1985: 52). Menurut Syukri, 1999: 351

menjelaskan bahwa “campuran homogen adalah campuran yang membentuk satu

fasa yang mempunyai sifat dan komposisi yang sama antara satu bagian dengan

bagian lain didekatnya dan campuran homogen lebih umum disebut larutan,

sedangkan campuran heterogen adalah campuran yang mengandung dua fasa atau

Page 34: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

19

lebih”. Berdasarkan pendapat tersebut dapat disimpulkan bahwa campuran

homogen adalah campuran yag terdiri dari dua bahan/zat yang membentuk satu

fasa tunggal dimana sifat dan komposisi yang sama diantara zat keduanya,

sedangkan campuran heterogen adalah campuran dua bahan/zat yang apabila

dicampurkan masih mengandung dua fasa/lebih serta komposisi dan sifatnya tidak

seragam antara satu bagian dengan bagian yang lainnya.

Tabel 2.1 Tujuh Macam Larutan (Syukri, 1999: 352)

Zat terlarut Pelarut Contoh

Gas Gas Udara (Nitrogen + Oksigen)

Gas Cair Oksigen dalam air

Gas Padat Hidrogen dalam serbuk platina

Cair Cair Alkohol dalam air

Cair Padat Raksa dalam amalga padat

Padat Padat Emas dalam perak

Padat Cair Gula dalam air

Komponen campuran dapat mempunyai komposisi atau perbandingan

yang beragam tergantung pada kebutuhan, contohnya dalam membuat campuran

air dan alkohol dengan perbandingan 1: 4, 1: 10, 1: 1 dan sebagainya. Menurut

Syukri, 1999: 350 menyatakan bahwa “pada reaksi kimia perbandingan harus

tertentu dan tetap, contohnya perbandingan massa reaksi hidrogen dengan oksigen

harus 1: 8 untuk menghasilkan air”. Metanol larut dalam air disegala

perbandingan disebabkan adanya ikatan hidrogen antara gugus hidroksil alkohol

dan molekul air dimana dengan bertambahnya bobot gaya-gaya van der waals

antara bagian hidrokarbon dari alkohol menjadi lebih efektif dalam menarik

molekul-molekul alkohol satu sama lainnya sehingga mengalahkan efek

pembentukan ikatan hidrogen (Keenan, et al, 1980: 384). Menurut Syukri, 1999:

363 menyatakan bahwa air dan alkohol merupakan dua cairan yang dapat

Page 35: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

20

berkomposisi tanpa batas dikarenakan kedua cairan bersifat saling melarutkan,

kedua cairan dapat sebagai pelarut ataupun zat terlarut bergantung pada

komposisinya. Berdasarkan hal tersebut dapat disimpulkan bahwa air dan metanol

dapat bercampur disegala perbandingan, hal ini dikarenakan kedua zat

mempunyai sifat saling melarutkan.

5. Air

Air merupakan senyawa kimia yang melimpah di muka bumi dengan

rumus kimia H2O. Satu molekul air tersusun atas dua atom hidrogen yang terikat

secara kovalen pada satu atom oksigen. Menurut Peraturan menteri kesehatan

nomor 416 tahun 1990 bahwa standar air yang bersih adalah yang mempunyai

sifat tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau. Air mempunyai kemampuan

sebagai pelarut yang baik diantaranya seperti garam, gula, asam dan zat lainnya.

Kandungan oksigen sangat berpengaruh terhadap hasil pembakaran, hal ini

dikarenakan oksigen merupakan unsur satu-satunya di udara yang dibutuhkan

untuk reaksi oksidasi, selain oksigen C (karbon) dan H (hidrogen) juga merupakan

komposisi bahan bakar yang berpengaruh dalam menghasilkan proses

pembakaran yang baik. Hal ini disebabkan komponen bahan bakar H (hidrogen)

lebih cepat beroksidasi dibandingkan C (karbon) sehingga apabila persentase

Hidrogen meningkat maka prestasi mesin juga meningkat (Basori, et al., 2014b:

3).

Air yang diinjeksikan oleh sistem water injection berupa butiran halus

sehingga panas kompresi yang diserapnya menjadi lebih kecil dibandingkan

Page 36: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

21

bentuk cairan. Menurut Heywood di dalam Basori, et al., (2014b: 3) reaksi kimia

penguraian bahan bakar Hidrogen (H2) dan Oksigen (O2) adalah sebagai berikut:

H2O(l) + 285,84 kJ H2(g) + O2(g)

H2O(g) + 241,83 kJ H2(g) + O2(g)

Simpulan dari reaksi tersebut adalah bahwa panas yang dibutuhkan untuk

mengurai air (H2O) dalam bentuk gas (241,83 kJ) lebih kecil dibandingkan dalam

bentuk cair (285,84 kJ). Hal ini disebabkan panas pada ruang bakar berkurang

karena digunakan untuk menguapkan air (Basori, et al., 2014b: 3).

Aquades merupakan air dari hasil penyulihan (diuapkan dan diembunkan

kembali) dan memiliki kandungan air murni H2O (Cahyono, et al., 2016: 10).

Menurut Petrucci di dalam Cahyono, et al., (2016: 10) menyatakan bahwa air

aquades bersifat tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau pada kondisi

standar yaitu pada tekanan 100 kPa (1 bar) dan temperatur 273,15 K (0 0C).

Berdasarkan pernyataan tersebut dapat disimpulkan bahwa aquades merupakan air

murni yang memiliki rumus kimia H2O yang mana air ini bersifat tidak berwarna,

tidak berasa dan tidak berbau pada kondisi standar.

6. Metanol

Alkohol adalah bahan bakar dari keluarga oksigenat yang memiliki satu

atau lebih oksigen pada tiap molekul alkohol yang memberikan kontribusi untuk

pembakaran, secara teori setiap molekul organik dapat digunakan sebagai bahan

bakar (Kristanto, 2015: 78). Metanol merupakan senyawa alkohol sederhana yang

terdiri dari satu atom karbon dan tiga atom hidrogen yang diatur sebagai

kelompok metil (CH3). Metanol dikenal juga dengan nama metil alkohol, wood

Page 37: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

22

alcohol atau spiritus dengan rumus kimia CH3OH danmetanol berbentuk cairan

yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar dan beracun

dengan bau yang khas pada keadaan atmosfer (Sipahutar dan Santoso, 2012: 596).

Metanol digunakan di dalam mesin pembakaran dalam secara terbatas karena

metanol tidak mudah terbakar dibandingkan dengan bensin. Metanol juga dapat

digunakan sebagai campuran bahan bakar, pendingin, anti beku bagi industri

etanol.

Metanol merupakan salah satu bahan bakar pengganti bensin yang

memiliki peluang, dengan bahan bakar M85 (85% metanol dan 15% bensin)

terjadi penurunan emisi gas buang HC dan CO (Kristanto, 2015: 78).

Tabel 2.2 Properti Alkohol

(Kristanto, 2015: 78-79)

Isooktan Metanol Etanol Formula C8H18 CH3OH C2H5OH

Berat molekul 114,224 32,042 46,07

Karbon/hidrogen (berat) 5,25 3,0 4,0

% karbon (berat) 84,0 37,5 52,17

% hidrogen (berat) 16,0 12,5 13,4

% oksigen (berat) 0 50,0 34,78

Titik didih @ 1 atm 0C 99,239 64,5 78,40

Titik beku @ 1 atm 0C -107,378 -97,778 -80,00

Kerapatan @ 15,50C lb/gal 5,795 6,637 6,63

Viskositas @ 200C/1 atm, centiposis 0,503 0,596 1,20

Kalor spesifik @ 250C/1 atm, BTU/lb 0,5 0,6 0,6

Kalor penguapan, @ titik didih/1 atm, BTU/lb 116,69 473,0 361,0

Kalor penguapan/1 atm 116,69 473,0 -

Kalor pembakaran, @ 250C, BTU/lb

Kalor pembakaran atas

Kalor pembakaran bawah

20555

19065

9776

8593

12780

11550

Stoikiometri lb udara/lb bahan bakar 15,13 6,463 9,0

RON 100 106 105

Temperatur nyala api, 0C -42,778 11,112 12,778

Temperatur penyalaan sendiri, 0C 257,23 463,889 422,778

Panas laten penguapan @ 200C, kJ/kg 349 1177 921,36

Bilangan cetana - 5 8

Page 38: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

23

Berikut adalah reaksi pembakaran metanol apabila dicampur dengan iso oktan dan

air:

C8H18 + CH3OH + H2O + 14(O2 + 3,76 N2) 11 CO2 + 15 H2O + 52,64 N2

7. Dinamometer

Dinamometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur torsi dan

dan daya motor dalam jangkauan kecepatan motor dan beban (Kristanto, 2015:

23). Menurut Rahardjo (2014: 24) menjelaskan bahwa “pengukuran torsi pada

poros motor menggunakan alat dinamakan dinamometer”. Prinsip pengukuran

torsi digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2.5 Skema Pengukuran Torsi

(Rahardjo, 2014: 24)

Gambar 2.5 dapat dijelaskan bahwa pengukuran torsi pada poros dengan

prinsip pengereman dengan stator dikenai beban sebesar w. Mesin dinyalakan

kemudian pada poros disambungkan dengan dinamometer. Pengukuran torsi

mesin pada poros diberi rem yang disambungkan dengan w pengereman atau

pembebanan kemudian pembebanan diteruskan sampai poros mesin berhenti

berputar. Dari perhitungan torsi dapat diketahui jumlah energi yang dihasilkan

mesin pada poros. Jumlah energi yang dihasilkan mesin setiap waktunya

Page 39: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

24

merupakan daya mesin, sedangkan energi yang diukur pada poros mesin dayanya

disebut daya poros.

8. Perhitungan Torsi dan Daya

a. Torsi

Menurut Kristanto (2015: 21) menjelaskan bahwa torsi merupakan ukuran

kemampuan motor untuk melakukan kerja. Gaya tekan putar pada bagian yang

berputar disebut torsi, sepeda motor digerakan oleh torsi dari crankshaft (Jama

dan Wagino, 2008: 23). Rahardjo (2014: 23) menjelaskan bahwa besaran torsi

merupakan besaran turunan yang digunakan untuk menghitung energi yang

dihasilkan dari benda yang berputar pada porosnya. Adapun perumusannya

sebagai berikut:

= P R

Dimana:

: torsi (N.m)

P : gaya (N)

R : jarak benda ke pusat rotasi (m) (Kristanto, 2015: 24)

b. Daya

Daya merupakan istilah yang digunakan untuk menyatakan seberapa besar

kerja yang dapat dilakukan dalam suatu periode waktu tertentu ( Kristanto, 2015:

21). Arends dan Berenschot (1980: 18) menyatakan bahwa daya motor adalah

besarnya kerja motor selama waktu tertentu. Daya pada sepeda motor dapat

diukur dengan menggunakan dinamometer. Daya rem (Ẇb) yang dikirimkan oleh

Page 40: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

25

motor dan diserap oleh dinamometer adalah hasil kali antara torsi dan kecepatan

sudut. Adapun perumusannya sebagai berikut:

Ẇb : 2πN

Dimana:

Ẇb : daya rem (Watt)

: torsi (N.m)

2πN: kecepatan sudut (putaran/s)

1hp = 745,7 Watt/ 0,7457 kW(Kristanto, 2015: 23-24).

9. Emisi Gas Buang

Menurut Suyanto (1989: 345) menjelaskan bahwa “emisi gas buang

merupakan polutan yang mengotori yang dihasilkan dari gas buang kendaraan”.

Emisi gas buang umumnya terdiri dari gas yang tidak beracun seperti N2, CO2,

dan H2O sebagian lagi gas yang beracun seperti HC dan CO (Arifin dan Sukoco,

2009: 34).

Tabel 2.3 Baku Mutu Emisi Kendaraan Bermotor Menurut Kepmen LH

No. 06 Tahun 2006

(Arifin Dan Sukoco, 2009: 54)

KENDAARAN BERMOTOR KATEGORI “L”

Kategori Tahun Pembuatan

Parameter Metode

Uji CO

(%)

HC

(ppm) Opasitas

Sepeda motor 2

langkah < 2010 4.5 12.000 - Idle

Sepeda motor 2

langkah > 2010 4.5 2.400 - Idle

Sepeda motor 2

dan 4 langkah > 2010 4.5 2.000 - Idle

Page 41: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

26

Gas yang beracun hasil pembakaran sangat berbahaya bagi kelangsungan

hidup makhluk hidup dibumi. Adapun penjelasan mengenai zat-zat berbahaya

diuraikan sebagai berikut:

a. Hidrokarbon (HC)

Hidrokarbon merupakan ikatan kimia dari Hidrogen (H) dan Karbon (C)

(Arifin dan Sukoco, 2009: 38). Menurut Suyanto (1989: 345) menjelaskan bahwa

“Hidrokarbon adalah emisi yang timbul karena bahan bakar yang belum terbakar

tetapi sudah keluar bersama-sama menuju atmosfer”. Emisi hidrokarbon

umumnya disebabkan oleh pembakaran tidak sempurna. Menurut Kristanto (2015:

199-200) sebab-sebab timbulnya HC yaitu:

1) Rasio udara bahan bakar non stokiometri. Pada campuran kaya,

oksigen yang tersedia tidak cukup untuk bereaksi dengan semua karbon

pada bahan bakar sehingga HC dihasilkan pada produk pembuangan.

Namun, jika campuran terlalu miskin mengakibatkan kegagalan

penyalaan karena campuran tidak terbakar. Hal ini disebabkan oleh

quenching dinding ketika terjadi medan nyala api pembakaran mencapai

dinding ruang bakar yang dingin. Dinding yang dingin ini memperlemah

nyala api sebelum keseluruhan bahan bakar terbakar.

2) Pembakaran tidak sempurna. Penyebab pembakaran tidak sempurna

adalah kurang sempurnanya campuran udara bahan bakar sehingga

beberapa partikel tidak mendapat oksigen dan tidak bereaksi. Hal ini

menyebabkan pemadaman nyala api yang meninggalkan beberapa

volume campuran udara dan bahan bakar tidak terbakar dengan segera.

Penyebab lainnya adalah gas ekspansi menurunkan temperatur dan

tekanan di dalam silinder sehingga pembakaran menjadi lambat.

3) Tumpang tindih katup. Tumpang tindih katup adalah suatu kondisi

katup masuk dan katup buang keduanya terbuka sehingga menyebabkan

udara bahan bakar dapat mengalir secara langsung ke sistem

pembuangan.

Senyawa HC ini berbahaya bagi kesehatan manusia. Menurut Suyanto

(1989: 345) menjelaskan bahwa “senyawa HC dapat menyebabkan pedih dimata,

tenggorokan sakit, paru-paru sakit, dan bahkan dapat menyebabkan kanker”.

Page 42: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

27

b. Karbon monoksida (CO)

Karbon monoksida (CO) merupakan gas buang kendaraan yang

disebabkan oleh bahan bakar yang terbakar sebagian akibat pembakaran tidak

sempurna ataupun karena campuran bahan bakar dengan udara yang masuk

kedalam silinder terlalu kaya (kurangnya udara) (Suyanto, 1989: 345). Menurut

Kristanto (2015: 201) menjelaskan bahwa “Karbon monoksida (CO) merupakan

gas yang tidak berwarna, tidak berbau, dan beracun ketika dihisap”. Proses

pembakaran tidak sempurna mengakibatkan Karbon monoksida terbentuk seperti

yang dijelaskan oleh Arifin dan Sukoco (2009: 41) bahwa apabila unsur-unsur

oksigen (udara) tidak cukup akan mengakibatkan proses pembakaran tidak

sempurna sehingga karbon di dalam bahan bakar terbakar dalam suatu proses

sebagai berikut:

C + 1/2O2 CO

Emisi CO pada kendaraan dipengaruhi oleh perbandingan/rasio udara

bahan bakar yang terbakar dalam ruang bakar, beberapa bahan bakar tidak

terbakar dan beberapa karbon berakhir sebagai CO (Kristanto, 2015: 201).

Menurut Arifin dan Sukoco (2009: 41-42) menjelaskan bahwa salah satu cara

mengurangi kadar CO adalah dengan mengatur perbandingan campuran udara

bahan bakar menjadi kurus, tetapi efek sampingnya HC akan mudah timbul serta

output mesin berkurang.

Page 43: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

28

10. Hubungan Water Injectionpada Intake Manifold terhadap Performa

Mesin dan Emisi Gas Buang

Water injection merupakan suatu sistem yang digunakan untuk membantu

sistem pendinginan pada mesin dengan cara menyemprotkan air kedalam intake

manifold sehingga temperatur pada ruang bakar menurun, udara yang dingin

memiliki kandungan oksigen yang lebih padat/tinggi (Basori, et al., 2014b: 2).

Penambahan air ke dalam intake manifold menyebabkan proses pendinginan

sehingga suhu menurun, sedangkan suhu udara yang rendah menyebabkan suhu

pembakaran juga rendah (Kettner, et al., 2016: 1866). Kenaikan suhu awal pada

proses pemampatan menyebabkan suhu akhir pemampatan juga meningkat,

kepadatan udara akan memuai sehingga pengisian campuran di dalam silinder

menjadi kurang sempurna, hal ini mempengaruhi proses pembakaran (Arends dan

Berenschot, 1980: 71). Faktor yang mempengaruhi tenaga yang dihasilkan oleh

motor salah satunya adalah proses pembakaran, sedangkan salah satu faktor yang

mempengaruhi proses pembakaran kandungan oksigen di dalam campuran bahan

bakar dan udara (Suyanto, 1989: 248-249).

Produk pembakaran yang dihasilkan oleh setiap proses pembakaran

disebut emisi gas buang (Kristanto, 2015: 197). Menurut Arends dan Berenschot

(1980: 72) menjelaskan bahwa “butir-butir air yang ikut terisap dengan udara

mempunyai sifat mendinginkan campuran gas, sebaliknya campuran tadi akan

menjadi lebih miskin karena uap air menempati bahan bakar dan ketetapan

pukulan yang menjadi lemah dapat diperbaiki dengan butir-butir air

tersebut”.Penyemprotan kabut air ke udara oleh wai pada intake manifold akan

Page 44: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

29

menambah campuran bahan udara sehingga hal ini juga akan mempengaruhi hasil

buangan dari proses pembakaran tersebut. Menurut Kristanto (2015: 199)

menjelaskan bahwa “pada campuran kaya oksigen yang tersedia tidak cukup

untuk bereaksi dengan semua karbon dan hidrogen pada bahan bakar sehingga

dihasilkan produk CO dan HC, sedangkan pada campuran terlalu miskin

mengakibatkan kegagalan penyalaan dan menyisakan sejumlah HC yang didesak

ke luar katup buang”.

Water injection mampu menambahkan kadar O2 yang masuk ke ruang

bakar sehingga mempengaruhi kualitas pembakaran (Winoto dan Tedjasaputra,

2014: 5). Menurut Suyanto (1989: 249) menjelaskan bahwa kandungan oksigen

merupakan faktor yang penting, dengan jumlah oksigen yang tepat maka akan

memungkinkan proses terjadinya proses pembakaran sempurna. Berkaitan dengan

kandungan oksigen Kristanto (2015: 199) juga menjelaskan bahwa partikel bahan

yang tidak mendapatkan oksigen untuk bereaksi dengannya menyebabkan terjadi

proses pembakaran tidak sempurna sehingga meningkatkan kadar CO dan HC.

Berdasarkan beberapa uraian tersebut maka dapat disimpulkan bahwa

penyemprotan cairan oleh water injection menyebabkan perubahan kandungan

pada campuran udara dan bahan sehingga akan mempengaruhi proses pembakaran

di ruang bakar, hal ini juga akan berpengaruh terhadap performa mesin dan emisi

gas buang yang dihasilkan oleh motor.

Page 45: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

30

B. Kajian penelitian yang relevan

Beberapa penelitian yang telah dilakukan terkait dengan water injection

adalah sebagai berikut :

Penelitian yang dilakukan oleh Utomo (2011) yang berjudul pengaruh

debit methanol injection terhadap unjuk kerja motor bakar empat langkah.

Penelitian ini menggunakan methanol injection yang merupakan suatu metode

untuk menginjeksikan metanol melalui spuyer ke dalam manifold untuk

bercampur dengan bensin dan udara yang kemudian masuk ke ruang bakar.

Pengujian unjuk kerja mesin mengunakan alat motor cycle dynamometer.

Pengujian pada penelitian ini menggunakan debit aliran 3 ml/menit, 5 ml/menit,

dan 7 ml/menit. Hasil optimal diperoleh pada debit 7 ml/menit dengan

peningkatan torsi maksimal sebesar 11,2 % yaitu dari torsi optimal bahan bakar

tanpa penambahan methanol injection sebesar 6,11 N.m menjadi 6,80 N.m setelah

penambahan methanol injection, sedangkan peningkatan daya efektif maksimal

sebesar 10,3 % yaitu dari daya optimal bahan bakar tanpa penambahan methanol

sebesar 5,910 Hp menjadi 6,524 Hp. Hasil konsumsi bahan bakar meningkat

dengan penambahan methanol injection dari bahan bakar standar maksimal

sebesar 0,959 kg/jam menjadi 1,136 kg/jam.

Penelitian yang dilakukan oleh Winoto dan Tedjasaputra (2014) yang

berjudul analisa dan pembuatan sistem water coolant injection pada motor bensin

terhadap performa dan emisi gas buang. Alat water injection dipasang antara filter

udara dan throttle body. Penelitian ini menggunakan debit maksimal 116

ml/menit, sistem kontrol penginjeksian menggunakan mikrokontroler arduino, dan

Page 46: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

31

cairan yang digunakan adalah air aquades 50% dicampur 50% air coolant.

Penelitian ini menggunakan Honda city v-tec 1500 cc mesin empat silinder. Hasil

uji daya memperoleh kenaikan daya maksimal sebesar 2,8 hp pada putaran 6500

rpm dan memperoleh kenaikan signifikan sebesar 4,5 hp pada putaran 3500 rpm.

Hasil uji torsi memperoleh kenaikan torsi maksimal sebesar 9,1 Nm pada putaran

3500 rpm dan memperoleh kenaikan torsi yang signifikan sebesar 9,7 Nm. Hasil

uji emisi memperoleh penurunan kadar C0 sebesar 0,01%, kenaikan kadar CO2

sebesar 0,2%, dan penurunan kadar HC sebesar 17 ppm. Penggunaan water

injection pada penelitian ini didapatkan penurunan suhu maksimal sebesar 180C

pada putaran 5000 rpm dan penurunan suhu minimal 20C putaran 2500 rpm.

Penelitian yang dilakukan oleh Zatmiko, et al., (2015) dengan judul

rancang bangun water injection berbasis mikrokontroler serta pengaruhnya

terhadap konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang (CO & HC) pada sepeda

motor. Pengujian pada penelitian Zatmiko, et al., (2015) menggunakan air

akuades dan akuades dicampur metanol, dimana pada penelitian ini menghasilkan

pengaruh positif terhadap konsumsi bahan bakar pada putaran mesin 4500 rpm di

seluruh variasi komposisi akuades dan metanol. Hasil positif penggunaan water

injection terdapat emisi gas buang CO diperoleh pada penggunaan A100 dan A90,

sedangkan pengaruh terhadap emisi gas buang HC semakin banyak campuran

metanol semakin besar kadar HC yang dihasilkan oleh sepeda motor Honda mega

pro tahun 2009.

Penelitian yang dilakukan oleh Marshal (2012) dengan judul pengaruh

debit bioetanol injection pada unjuk kerja motor bensin empat langkah terhadap

Page 47: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

32

bahan bakar premium. Pengujian pada penelitian Marshal (2012) menggunakan

aditif etanol injection dengan variasi debit 3 ml/menit, 5 ml/menit, dan 7

ml/menit. Pengujian unjuk kerja mesin mengunakan alat motor cycle

dynamometer. Hasil optimal yang diperoleh pada debit 5 ml/menit dengan

peningkatan torsi maksimal 13,7 % dari torsi bahan bakar tanpa penambahan

etanol sebesar 0,29 kg.m menjadi 0,33 kg.m. Peningkatan daya efektif maksimal

sebesar 18,18 % yaitu dari daya optimal bahan bakar tanpa penambahan bioetanol

injection 5,5 hp menjadi 6,5 hp setelah penambahan bioetanol injection. Hasil

konsumsi bahan bakar menunjukkan bahwa dengan penambahan bioetanol

injection yaitu 0,9756 kg/jam pada bahan bakar standar menjadi 1,5927 kg/jam

dengan menggunakan bioetanol injection.

C. Kerangka Pikir Penelitian

Salah satu yang mempengaruhi performa mesin adalah proses pembakaran

pada ruang mesin. Proses pembakaran diperlukan panas yang sesuai supaya

pembakaran pada ruang bakar terbakar sesuai waktu yang dikehendaki sehingga

menghasilkan performa yang diharapkan. Kenaikan suhu yang berlebihan

mengakibatkan kinerja mesin terganggu sehingga menimbulkan kejadian yang

tidak dikehendaki seperti detonasi. Detonasi adalah timbulkan ketukan pada ruang

bakar, hal ini disebabkan karena naiknya temperatur pada ruang bakar maupun

kenaikan temperatur udara pada saat akan masuk ruang bakar sehingga bahan

bakar terbakar tidak sesuai dengan waktu yang dikehendaki yang menyebabkan

turunnya performa pada mesin. Perkembangan teknologi saat ini menyebabkan

para teknisi memodifikasi kendaraan bermotornya, salah satunya adalah

Page 48: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

33

penggunaan water injection yang digunakan untuk menurunkan suhu ruang bakar

sehingga diharapkan mampu memperkecil peluang terjadinya detonasi.

Water injection bekerja menurunkan suhu ruang bakar akibat panas

berlebih, yaitu akibat campuran udara dan bahan bakar menjadi dingin karena

bercampur kabut air sehingga menyebabkan pendinginan pada ruang bakar. Hasil

injeksi pada alat water injection dipengaruhi antara lain adalah cairan yang

digunakan. Air pada penelitian ini ada yang dicampur dengan metanol. Metanol

dipilih karena memiliki anti-knock yang tinggi. Air murni dan air campuran

tentunya akan mempengaruhi komposisi kandungan dalam cairan tersebut

sehingga menyebabkan perbedaan pada emisi gas buang (CO & HC) dan

performa mesin (daya dan torsi) yang dihasilkan oleh mesin nantinya. Perbedaan

campuran cairan akan menentukan emisi gas buang dan performa karena hal ini

berhubungan dengan proses pembakaran di dalam silinder. Penelitian ini

bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan variasi larutan water injection

pada intake manifold terhadap performa dan emisi gas buang sepeda motor.

Page 49: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

75

BAB V

PENUTUP

A. Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat

disimpulkan sebagai berikut:

1. Pengaruh terbesar penggunaan variasi larutan water injection terhadap torsi

pada sepeda motor dihasilkan oleh water injection variasi larutan A2 (air

akuades 90% + metanol 10%) dengan rata-rata kenaikan torsi sebesar 13,67%

atau mengalami kenaikan sebesar 1,38 N.m dari rata-rata torsi yang

dihasilkan sepeda motor tanpa water injection.

2. Pengaruh terbesar penggunaan variasi larutan water injection terhadap daya

pada sepeda motor dihasilkan oleh water injection variasi larutan A1 (air

akuades 100%) dengan rata-rata kenaikan nilai daya sebesar 9,41% atau

selisih 0,47 kW dari rata-rata daya yang dihasilkan sepeda motor tanpa water

injection.

3. Pengaruh terbesar penggunaan variasi larutan water injection terhadap emisi

CO pada sepeda motor dihasilkan oleh water injection variasi larutan A2 (air

akuades 90% + metanol 10%) dengan rata-rata penurunan nilai emisi CO

sebesar 66,66% atau mengalami penurunan sebesar 0,38% vol dari rata-rata

CO yang dihasilkan sepeda motor tanpa menggunakan water injection.

4. Pengaruh terbesar penggunaan variasi larutan water injection terhadap emisi

HC pada sepeda motor dihasilkan oleh water injection variasi larutan A1 (air

akuades 100%) dengan rata-rata penurunan nilai emisi HC yang dihasilkan

Page 50: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

76

oleh variasi larutan A1 yaitu sebesar 17,11% atau mengalami penurunan

sebesar 38,33 ppm dari rata-rata HC yang dihasilkan sepeda motor tanpa

menggunakan water injection.

B. Saran

1. Penggunaan variasi larutan water injection pada sepeda motor injeksi dapat

dijadikan sebagai salah satu upaya untuk meningkatkan daya, torsi, dan

penurunan emisi gas buang, namun sebaiknya menggunakan variasi larutan

yang paling efektif yaitu variasi larutan A1 (air akuades 100%).

2. Peneliti menganjurkan untuk penelitian selanjutnya perlu penambahan alat

pada water injection seperti sensor suhu dan penyesuaian penyemprotan

terhadap bukaan katup sehingga didapatkan hasil penelitian yang baru.

3. Peneliti menganjurkan untuk penelitian selanjutnya dilakukan penambahan

variabel yang lain, misalnya variasi debit dan tekanan penyemprotan sehingga

didapatkan hasil penelitian yang baru.

Page 51: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

77

DAFTAR PUSTAKA

Arends, BPM. dan H. Berenschot. 1980. Benzinemotoren. Vam-Voorschoten.

Terjemahan Sukrisno, U. 1980. Motor Bensin. Jakarta: Erlangga.

Arifin, Z. dan Sukoco. 2009. Pengendalian Polusi Kendaraan. Bandung:

Alfabeta.

Badan Pusat Statistik. 2015. Statistik Indonesia. Januari. Jakarta: BPS Indonesia.

Basori, et al. 2014a. Analisis Konsumsi Bahan Bakar Terhadap Water Injection (Wai) Berbasis Mikrokontroler Yang Diterapkan Pada Sepeda Motor.

Prosiding Seminar Nasional ke-9 ReTII 2014. Sekolah Tinggi Teknologi

Nasional. Yogyakarta. 313-318. (online) http://retii.sttnas.ac.id/wp-

content/uploads/2015/08/BUKU-2-PROSIDING-SEMINAR-NASIONAL-

RETII-KE-9-TAHUN-2014-STTNAS-YOGYAKARTA.pdf (diakses

14/03/2017).

Basori, et al. 2014b. Pemanfaatan Mikrokontroler AT89S51 Dalam Rancang

Bangun Sistem Water Injection Berbasis Mikrokontroler pada Sepeda

Motor. JIPTEK. Vol VII Nomor 2. (online)

http://download.portalgaruda.org/article.php?article=262637&val=4077&t

itle=PEMANFAATAN%20MIKROKONTROLER%20AT89S51%20DA

LAM%20RANCANG%20BANGUN%20SISTEM%20%20WATER%20I

NJECTION%20BERBASIS%20MIKROKONTROLER%20PADA%20S

EPEDA%20MOTOR (diakses 28/12/2016).

Boentarto. 2005. Cara Pemeriksaan, Penyetelan, dan Perawatan Sepeda Motor.

Edisi Ketiga. Yogyakarta: Andi.

Cahyono, B., E. et al. 2016. Karakteristik Sensor Kapasitif Untuk Penentuan

Level Aquades. REM (Rekayasa, Energi, Manufaktur). Vol 1 Nomor 2: 9-

13. (online) ojs.umsida.ac.id/index.php/rem/article/download/583/560

(diakses 09/06/2017).

Jama, J. dan Wagino. 2008. Teknik Sepeda Motor Jilid 1. Jakarta: Direktorat

Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan.

Keenan, C., W. et al. 1980. General College Chemistry. Harper dan Row.

Terjemahan Pudjaatmaka, A., H. 1984. Kimia Untuk Universitas. Jakarta:

Erlangga.

Kettner, M. et al. 2016. Investigating the Influence of Water Injection on the

Emissions of a Diesel Engine. Journal of mechanical engineering and sciens (JMES). Vol 10 : 1863-1881. (online)

http://jmes.ump.edu.my/images/VOLUME%2010%20Issue%201%20June

%202016/11_kettner%20et%20al.pdf (diakses 07/02/2017).

Kristanto, P. 2015. Motor Bakar Torak (teori dan aplikasinya). Yogyakarta: Andi.

Page 52: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

78

Marshal, B. 2012. Pengaruh Debit Bioetanol Injection Pada Unjuk Kerja Motor

Bensin Empat Langkah Terhadap Bahan Bakar Premium. Skripsi. Program

Studi Teknik Mesin Universitas Jember. Jember. (Online)

http://repository.unej.ac.id/bitstream/handle/123456789/25588/S_S%20(2

35)_1.pdf?sequence=1 (diakses 17/03/2017).

Peraturan Menteri Kesehatan Nomor 416 Tahun 1990. Syarat-syarat dan pengawasan kualitas air. 3 september 1990. Jakarta. (online)

http://docs.nazava.com/permenkes%201990%20air%20bersih.pdf (diakses

18/02/2017).

Petrucci, R., H. 1985. General Chemistry, Principles and Modern Application.

Collier Macmillan, inch. Terjemahan Achmadi, S. 1987. Kimia Dasar

Prinsip dan Terapan Modern. Jakarta: Erlangga.

PT Astra Honda Motor. 2016. Spesifikasi Honda Vario 125. (online)

http://www.astra-honda.com/product/vario-125-esp/#! (diakses

20/03/2017).

Pudjanarsa, A. dan Nursuhud, Djati. 2008. Mesin Konversi Energi . Yogyakarta:

Andi.

Rahardjo, W. Dwi. 2014. Buku Ajar Mesin Konversi Energi. UNNES.

S, Syukri. 1999. Kimia Dasar . Jilid 2. Bandung: ITB.

Sastrawijaya, T. 2002. Pencemaran Lingkungan. Jakarta: Rineka Cipta.

Siddik, M. et al. 2014. Pengaruh Penggunaan Water Injection Dan Jenis Bahan Bakar Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Pada Sepeda Motor Honda Supra Fit tahun 2006. (online)

http://download.portalgaruda.org/article.php?article=430775&val=4092&t

itl=PENGARUH%20PENGGUNAAN%20WATER%20INJECTION%20

%20DAN%20JENIS%20BAHAN%20BAKAR%20TERHADAP%20KO

NSUMSI%20BAHAN%20BAKAR%20PADA%20SEPEDA%20MOTOR

%20HONDA%20SUPRA%20FIT%20TAHUN%202006 (diakses

07/02/2017).

Sipahutar, R. dan Santoso, D. 2012. Studi Pengaruh Penambahan Aditif Metanol

Terhadap Angka Oktan dan Konsumsi Bahan Bakar Pada Bahan Bakar

Pertamax. Prosiding seminar nasional AvoER IV. Universitas Sriwijaya.

Palembang. 594 – 606. (online) http://eprints.unsri.ac.id/5086/1/Additive_Bahan_Bakar_Prosiding_AVoE

R_4th_2012.pdf (diakses 19/02/2017).

Soenarta, N. dan Furuhama, S. 2002. Motor Serba Guna. Edisi Ketiga. Jakarta:

Pradya Paramita.

Sugiyono. 2013. Metode Penelitian Pendidikan (Pendekatan Kuantitatif, Kualitatif, dan R&D). Bandung: Alfabeta.

Suyanto, W. 1989. Teori Motor Bensin. Jakarta: Direktorat Jendral Pendidikan

Tinggi.

Page 53: PENGARUH VARIASI LARUTAN WATER INJECTION PADA ...v ABSTRAK Antoni, Dedi. 2017. Pengaruh Variasi Larutan Water Injection pada Intake Manifold terhadap Performa dan Emisi Gas Buang Sepeda

79

Utomo, P. A. G. 2011. Pengaruh Debit Methanol Pada Methanol Injection

Terhadap Unjuk Kerja Motor Bakar Empat Langkah. Skripsi. Program

Studi Teknik Mesin Universitas Jember. Jember. (online)

http://repository.unej.ac.id/bitstream/handle/123456789/13308/Pradhana%

20Aji%20Guntoro%20B.%20U.-071910101075.pdf?sequence=1 (diakses

16/04/2017).

Wardono, H. dan Raharjo, Y. 2009. Pengaruh Penggunaan Water Injection

Terhadap Prestasi Motor Bensin 4-Langkah Skala Laboratorium.

Prosiding seminar sehari hasil-hasil penelitian dan pengabdian kepada masyarakat. Universitas Lampung. Bandar Lampung. C-55 – C60. (online)

http://repository.unila.ac.id/725/1/Seminar_Dies_Unila_5Okt2009_Herry_

Wardono.pdf (diakses 18/03/2017).

Wibowo, W. Prasetyo. 2011. Pengaruh Water Injection Terhadap Performa Mesin

Toyota Starlet GT Turbo 4E-FTE. Skripsi. Program Studi Pendidikan

Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang. Semarang. (online)

http://lib.unnes.ac.id/19169/1/5201406007.pdf (diakses 12/01/2017).

Winoto, R. Alexander. dan Tedjasaputra, P. Kristanto. 2014. Analisa Dan

Pembuatan Water Coolant Injection Pada Motor Bensin Terhadap

Performa Dan Emisi Gas Buang. Mechanova semester gasal 2014-2015.

Vol 1 : 1-5. (Online) http://studentjournal.petra.ac.id/index.php/teknik-

mesin/article/viewFile/3033/2732 (diakses 15/03/2017).

Zatmiko., et al. 2015. Rancang Bangun Water Injection Berbasis Mikrokontroler

Serta Pengaruhnya Konsumsi Bahan Bakar dan Emisi Gas Buang (CO & HC)

Pada Sepeda Motor Honda Mega Pro 2009. Jurnal Ilmiah Pendidikan Teknik Mesin. Volume 3 Nomor 4. (online)

http://www.jurnal.fkip.uns.ac.id/index.php/ptm/article/view/8183 (diakses

26/09/2017)