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.