PENGARUH VARIASI MAINJET DAN CAMPURAN BAHAN BAKAR

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PENGARUH VARIASI MAINJET DAN CAMPURAN BAHAN

BAKAR PREMIUM-ETHANOL TERHADAP UNJUK KERJA

MESIN BENSIN 4 LANGKAH 4 SILINDER

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh:

DANANG ADITYO KURNIAWAN

NIM. I0408029

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2015


commit to user


commit to user


commit to user

MOTTO

“Do whatever you like, be consistent, and the happiness will come naturally”

(Penulis)


commit to user

PERSEMBAHAN

Kepada mereka yang telah berjasa, kepada mereka pula aku

persembahkan karya ini.

Mereka adalah:

Allah SWT

Segala yang kualami adalah kehendak-Mu, segala puji bagi-Mu, ya

Allah, Tuhan semesta Alam, hanya kepada-Mu aku memohon, hanya

kepada-Mu aku beriman, dan hanya kepada-Mu aku berserah diri.

Nabi Muhammad Shalallahu ‘Alaihi Wassalam

Manusia terbaik di muka bumi, uswatun hasanah, penyempurna

akhlak, shollawat serta salam semoga selalu tercurah kepadanya,

keluarga, sahabat, dan pengikutnya yang istiqomah sampai akhir

zaman.

Ibu dan Bapak Tercinta

Terima kasih atas kasih sayang dan cinta yang tak pernah putus

darimu. Kasih sayang kalian tak akan pernah kulupakan sepanjang

hidupku. Semoga Allah selalu memberikan nikmat, kesehatan, rezeki

yang cukup, serta mengampuni segala dosa-dosanya, Amin.

Rizky Adityanto

Adikku tersayang, terima kasih atas bantuan, dorongan, serta

semangat yang telah kamu berikan.

Semua Mahasiswa Teknik Mesin UNS

Terima kasih untuk semuanya

Dosen dan Karyawan Teknik Mesin UNS

Tanpa anda semua, tidak ada yang bisa kulakukan.


commit to user

ii

Pengaruh Variasi Mainjet Dan Campuran Bahan Bakar Premium-Ethanol

Terhadap Unjuk Kerja Mesin Bensin 4 Langkah 4 Silinder

Danang Adityo Kurniawan

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta, Indonesia

E-mail : [email protected]

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggantian mainjet

pada karburator dan penambahan ethanol terhadap unjuk kerja mesin. Seksi uji

penelitian menggunakan mesin Toyota Corolla KE20 F 1166 cc tahun 1971

dengan sistem pengisian bahan bakar karburator. Bahan penelitian yang

digunakan adalah premium dan campuran premium-ethanol. Penelitian dilakukan

dengan cara mengkopel poros mesin uji dengan poros Engine Test Bed untuk

memperoleh torsi keluaran. Penggantian mainjet divariasikan dengan mengganti

mainjet primer dan sekunder pada karburator. Penelitian dilakukan secara

berurutan dengan bahan bakar premium kemudian campuran premium-ethanol

dari putaran 1500 rpm sampai putaran 3000 rpm pada bukaan throttle 50%.

Hasil penelitian menunjukan bahwa ketiga variasi mainjet menghasilkan air

fuel equivalence ratio yakni λ < 1, λ = 1 dan λ > 1. Pada penggunaan bahan bakar

premium, E20, E40 maupun E60. Ketika λ sedikit kurang dari 1 ataupun sedikit lebih

besar dari 1 maka output torsi mesin, daya dan efisiensi termal akan menurun. Nilai torsi,

daya dan efisiensi termal maksimal diperoleh pada saat λ = 1. Namun nilai Bsfc

maksimal diperoleh pada saat λ < 1. Apabila dibandingkan dengan unjuk kerja bahan

bakar premium, penambahan 20%, 40% dan 60% volume ethanol pada bahan

bakar premium akan memperkecil torsi mesin ,daya dan efisiensi termal

sedangkan Bsfc meningkat.

Kata kunci: premium, ethanol, torsi, mainjet


commit to user

iii

Effect of The Mainjet Variation and Mixed Gasoline-Ethanol on

Performance of Gasoline Engine 4 Stroke 4 Cylinders


Mechanical Engineering Department

Engineering Faculty of Sebelas Maret University

Surakarta, Indonesia

E-mail : [email protected]

Abstract

The purpose of this study is to determine the effect of mainjet variation on

carburetor and the additional ethanol towards the engine work performance. The

research used Toyota Corolla KE20 F 1166 cc machine from 1971 with carburetor

system. The materials of this research are gasoline and mixed gasoline-ethanol.

The research starts with coupling the machine’s shaft with the shaft of Engine test

bed to get the output torsion. The variation that made in this research is the

exchange of the primary and secondary mainjet in the carburetor. The research use

1500-3000 rpm rotation speed in 50% throttle with the gasoline and then use the

mixed gasoline-ethanol, separately.

The result of this study shows that the three variations of mainjet produce

air fuel equivalence ratio, λ< 1, λ = 1 and λ> 1 with gasoline, E20, E40 and E60. The

output torsion, power and thermal efficiency of the engine will be low when the value of

λ is less than 1 or more than 1. The output torsion, power and thermal efficiency are

maximum when the value of λ equals to 1. However the value of Bsfc will be maximum

when the value of λ less than 1. The addition of 20%, 40% and 60% ethanol in gasoline

will be lowering the output torsion, power and thermal efficiency of the engine yet the

value of Bsfc increase.

Keywords : gasoline, ethanol, torsion, mainjet


commit to user

iii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat ALLAH SWT, Tuhan Yang Maha Esa atas segala

limpahan rahmat dan Karunia-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan dan

menyelesaikan Skripsi “Pengaruh Variasi Mainjet Dan Campuran Bahan Bakar

Premium-Ethanol Terhadap Unjuk Kerja Mesin Bensin 4 Langkah 4 Silinder” ini

dengan baik.

Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Dalam penyelesaian skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa

bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung ataupun tidak langsung. Oleh

karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih

yang sebesar besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam

menyelesaikan Skripsi ini, terutama kepada:

1. Sang Pencipta, Allah SWT, atas segala kenikmatan dan kemudahan yang telah

diberikan.

2. Bapak Ir. Agustinus Sujono, M.T. selaku pembimbing I atas bimbingan serta

nasehatnya hingga selesainya penulisan skripsi ini.

3. Bapak Wibawa Endra Juwana, S.T., M.T. selaku pembimbing II yang

senantiasa memberikan arahan, saran, serta bimbingan dalam penyusunan

skripsi ini.

4. Bapak Didik Djoko Susilo, ST., MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin

UNS Surakarta.

5. Bapak Purwadi Joko Widodo, ST., MKom, selaku pembimbing akademis

yang selalu memberikan motivasi dan semangat dari awal masuk kuliah

sampai sekarang.

6. Seluruh staf dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Sebelas Maret atas bimbingan dan bantuannya selama penulis menempuh

pendidikan.


commit to user

iv

7. Seluruh staf karyawan di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Sebelas Maret atas bantuannya selama penulis menempuh pendidikan.

8. Bapak, Ibu, adiku Rizky dan seluruh keluarga atas do’a restu, motivasi dan

dukungan material maupun spiritual selama penyelesaian Tugas Akhir.

9. Teman seperjuanganku Rachmat Septiyanto, yang sudah membantu dan

bekerja sama dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

10. Teman-teman baikku, Krisna, Wimba, Bewe terimakasih yang tak terkira

untuk kalian semua. Thank’s all. Semoga sukses untuk semuanya, aku tidak

akan melupakan kalian.

11. Teman-teman Cosinus Teknik Mesin 2008 dan seluruh kakak dan adik

angkatan teknik mesin UNS. Solidarity M forever.

12. Semua pihak yang telah memberikan bantuan moral dan spiritual hingga

terselesainya penulisan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari

sempurna, maka kritik dan saran penulis harapkan untuk kesempurnaan skripsi

ini.

Semoga skripsi ini dapat berguna bagi ilmu pengetahuan dan kita semua

Amin.

Surakarta, Desember 2014



commit to user

v

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul ............................................................................................. i

Halaman Abstrak ......................................................................................... ii

Kata Pengantar ............................................................................................. iii

Daftar Isi ...................................................................................................... iv

Daftar Tabel ................................................................................................ v

Daftar Gambar ............................................................................................. vi

Daftar Notasi ................................................................................................. vii

Daftar Lampiran ............................................................................................ viii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang .............................................................................. 1

1.2 Perumusan Masalah .................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah .......................................................................... 2

1.4 Tujuan dan Manfaat ..................................................................... 3

1.5 Sistematika Penulisan ................................................................. 3

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka ......................................................................... 4

2.2 Dasar Teori .................................................................................. 5

2.2.1 Motor Pembakaran Dalam Jenis Spark Ignition (SI engine) .. 5

2.2.2 Prinsip Kerja Motor Bensin Empat Langkah ......................... 7

2.2.3 Siklus Otto ideal (siklus Volume Konstan) ............................. 8

2.2.4 Analisis Termodinamik siklus Otto Ideal .............................. 9

2.2.5 Unjuk Kerja Mesin ................................................................. 11

1. Torsi dan Daya ....................................................................... 11

2. Tekanan Efektif Rata-rata (MEP) .......................................... 11

3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ................................. 12

4. Perbandingan Udara dan Bahan Bakar (AFR) ....................... 12

5. Efisiensi .................................................................................. 13

2.2.6 Termokimia dan Bahan Bakar ............................................... 13

1. Reaksi Pembakaran ................................................................ 13

2. Bahan Bakar Bensin Hidrokarbon.......................................... 15

3. Penyalaan sendiri (Self Ignition) ............................................ 16

4. Bilangan Oktan ....................................................................... 16

5. Ethanol ................................................................................... 17

2.2.7 Karburator .............................................................................. 17

1. Jenis Karburator ..................................................................... 18

2. Sistem Pada karburator........................................................... 20

3. Cara Kerja sistem Pada Karburator ........................................ 20

4. Perhitungan Dasar Air Fuel Ratio (AFR) Karburator ............ 30

2.2.8 Perhitungan Ideal Siklus Otto ................................................. 32


commit to user

vi

Bab III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat Penelitian…......................................................................... 38

3.2 Alat dan Bahan Penelitian......... ...................................................... 38

3.2.1 Alat............................................ ............................................... 38

3.2.2 Bahan................. ....................................................................... 40

3.3 Skema alat......... ............................................. .................................. 41

3.4 Prosedur Penelitian .......................................................................... 42

3.4.1 Tahap Persiapan ....................................................................... 43

3.4.2 Tahap Pengujian ....................................................................... 43

3.5 Metode Analisa Data ........................................................................ 44

3.6 Diagram Alir Penelitian ................................................................... 45

BAB IV DATA DAN ANALISA

4.1 Data Hasil Pengujian Bahan Bakar .................................................. 46

4.2 Perhitungan Data .............................................................................. 52

4.2.1 Perhitungan Unjuk Kerja Mesin ............................................... 52

4.2.2 Perhitungan Air Fuel Ratio (AFR) Bahan Bakar ..................... 53

4.2.3 Perhitungan Air Fuel Equivalence Ratio (λ) Bahan Bakar ...... 60

4.2.4 Dasar Perhitungan Air Fuel Ratio (AFR) Karburator .............. 61

4.3. Tabel Perhitungan Data ................................................................... 67

4.4. Analisa Data .................................................................................... 73

4.4.1 Analisa Unjuk Kerja Mesin ...................................................... 73

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 88

5.2 Saran ................................................................................................ 88

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 89

LAMPIRAN .................................................................................................. 90


commit to user

vii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Berat Molekul............................................................................ 14

Tabel 2.2 Spesifikasi mesin Toyota Corolla KE20F ...................................... 31

Tabel 2.3 Berat Molekul............................................................................ 32

Tabel 2.4 Hasil perhitungan ideal unjuk kerja mesin pada 1800 rpm. ...... 35

Tabel 2.5 Hasil perhitungan ideal unjuk kerja mesin pada 3000 rpm ....... 36




Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin ...................................................................... 39

Tabel 4.1 Data hasil pengujian karakteristik bahan bakar ........................ 46

Tabel 4.2 Data hasil pengujian unjuk kerja premium pada 2000 rpm ...... 46

Tabel 4.3 Data hasil pengujian unjuk kerja E20 pada putaran 2000 rpm . 47



Tabel 4.6 Data hasil pengujian unjuk kerja Premium pada 2500 rpm ...... 48




Tabel 4.10 Data hasil pengujian unjuk kerja premium pada 3000 rpm ...... 50




Tabel 4.14 Data hasil perhitungan air fuel ratio (AFR) E20 ...................... 56



Tabel 4.17 Data hasil perhitungan unjuk kerja premium pada 2000 rpm ... 67

Tabel 4.18 Data hasil perhitungan unjuk kerja E20 pada 2000 rpm ........... 67



Tabel 4.21 Data hasil perhitungan unjuk kerja Premium pada 2500 rpm ... 69




Tabel 4.25 Data hasil perhitungan unjuk kerja premium pada 3000 rpm ... 71




70

70

70

70


commit to user

viii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Piston-silinder mesin .............................................................. 6

Gambar 2.2 Geometri piston-silinder mesin................. ............................. 7

Gambar 2.3 Siklus langkah pada motor bensin empat langkah ................. 7

Gambar 2.4 Diagram P-V pada siklus otto ideal ...................................... 9

Gambar 2.5 Efisiensi pembakaran sebagai fungsi perbandingan

equivalen bahan bakar ........................................................... 15

Gambar 2.6 Karburator arus naik ............................................................... 18

Gambar 2.7 Karburator arus sisi datar ....................................................... 19

Gambar 2.8 Karburator arus turun ............................................................. 19

Gambar 2.9 Konstruksi ruang pelampung ................................................. 21

Gambar 2.10 Cara kerja pelampung ............................................................ 21

Gambar 2.11 Cara kerja Needle Valve ......................................................... 22

Gambar 2.12 Air Vent Tube......................................................................... 22

Gambar 2.13 Sistem stasioner ..................................................................... 23

Gambar 2.14 Sistem kecepatan lambat ........................................................ 23

Gambar 2.15 Sekrup penyetel campuran idle .............................................. 24

Gambar 2.16 Katub solenoid........................................................................ 25

Gambar 2.17 Primary High Speed System ................................................... 26

Gambar 2.18 Kerja air bleader ..................................................................... 26

Gambar 2.19 Semprotan Air Bleeder ........................................................... 27

Gambar 2.20 Sistem Tenaga ........................................................................ 28

Gambar 2.21 Sistem Percepatan .................................................................. 29

Gambar 2.22 Bagian-bagian dasar karburator ............................................. 30

Gambar 2.23 Grafik kehilangan tekanan pada saluran masuk ..................... 33

Gambar 2.24 Grafik daya fungsi putaran ..................................................... 37

Gambar 3.1 Mesin Toyota Corolla KE20F ................................................ 38

Gambar 3.2 Land &Sea’s DYNOmite Dynamometer Computer System ... 39

Gambar 3.3 Mainjet primer dan sekunder pada karburator ....................... 40

Gambar 3.4 Alat bantu perbengkelan ........................................................ 40

Gambar 3.5 Premium ................................................................................. 41

Gambar 3.6 Ethanol ................................................................................... 41

Gambar 3.7 Skema 2D pengujian unjuk kerja dan emisi gas buang mesin

Toyota Corolla KE20 F dengan bahan bakar premium dan

E20 ......................................................................................... 41

Gambar 3.8 Foto pengujian unjuk kerja dan emisi gas buang mesin Toyota

Corolla KE20 F dengan bahan bakar premium dan E20 ......... 42

Gambar 3.9 Diagram Alir Penelitian ........................................................... 45

Gambar 4.1a Grafik pengaruh Torsi pada putaran mesin pada mainjet ukuran

standar (95-120) ....................................................................... 73

Gambar 4.1b Grafik pengaruh Torsi pada putaran mesin pada mainjet ukuran

kecil (80-100) ........................................................................... 73

Gambar 4.1c Grafik pengaruh Torsi pada putaran mesin pada mainjet ukuran

besar (105-140) ........................................................................ 74


commit to user

ix

Gambar 4.2a Grafik pengaruh Daya pada putaran mesin pada mainjet ukuran

standar (95-120) ....................................................................... 75

Gambar 4.2b Grafik pengaruh Daya pada putaran mesin pada mainjet ukuran

kecil (80-100) ........................................................................... 76

Gambar 4.2c Grafik pengaruh Daya pada putaran mesin pada mainjet ukuran

Besar (105-140) ....................................................................... 76

Gambar 4.3a Grafik pengaruh λ terhadap Torsi pada putaran mesin 2000 rpm 78

Gambar 4.3b Grafik pengaruh λ terhadap Torsi pada putaran mesin 2500 rpm 78

Gambar 4.3c Grafik pengaruh λ terhadap Torsi pada putaran mesin 3000 rpm 79

Gambar 4.4a Grafik pengaruh λ terhadap Daya pada putaran mesin 2000 rpm 80

Gambar 4.4b Grafik pengaruh λ terhadap Daya pada putaran mesin 2500 rpm 81

Gambar 4.4c Grafik pengaruh λ terhadap Daya pada putaran mesin 3000 rpm 81

Gambar 4.5a Grafik pengaruh λ terhadap BSfc pada putaran mesin 2000 rpm 83

Gambar 4.5b Grafik pengaruh λ terhadap BSfc pada putaran mesin 2500 rpm 83

Gambar 4.5c Grafik pengaruh λ terhadap BSfc pada putaran mesin 3000 rpm 84

Gambar 4.6a Grafik pengaruh λ terhadap Efisiensi termal pada putaran mesin

2000 rpm .................................................................................. 85

Gambar 4.6b Grafik pengaruh λ terhadap Efisiensi termal pada putaran mesin

2500 rpm .................................................................................. 86

Gambar 4.6c Grafik pengaruh λ terhadap Efisiensi termal pada putaran mesin

3000 rpm .................................................................................. 86


commit to user

x

DAFTAR NOTASI

AFR = Air Fuel Ratio

B = Bore (dm3)

BDC = Bottom Dead Centre (dm3)

CDt = dischrage koefficient of venturi throat

CDc = dischrage koefficient of capillary tube

CO = Karbon monooksida

CO2 = Karbon dioksida

cv = Panas spesifik (0,718 kJ/kg.°K)

E20 = Campuran 20% etanol, 80% bensin

g = Percepatan grafitasi (m/s2)

HC = Hidrokarbon

k = 1,4

ma = massa udara (kg)

= Laju aliran massa udara (kg/h)

mf = massa bahan bakar (kg)

ṁf = Laju aliran massa bahan bakar (kg/h)

mep = Mean Effective Pressure (kPa)

mm = massa campuran bahan bakar dan udara (kg)

M = berat molekul

N = Putaran mesin (RPM)

N = Jumlah mol (kg.mol)

NOx = Nitrogen oksida

n = jumlah putaran tiap siklus

O2 = Oksigen

P0 = Tekanan udara luara (kPa)

P1 = Tekanan pada langkah hisap (kPa)

P2 = Tekanan pada langkah kompresi (kPa)

P3 = Tekanan pada saat pembakaran (kPa)

P4 = Tekanan pada langkah ekspansi (kPa)

QLHV = Nilai kalor rendah bahan bakar (kJ/kg)

Q2-3 = Jumlah panas yang masuk (kJ)

Q4-1 = Jumlah panas yang keluar (kJ)

R = Tetapan gas ideal (0,287 kJ/kg.°K)

rc = perbandingan kompresi

SFC = spesific fuel consumption (kg/kW.h)

TDC = Top Dead Centre (dm3)

T0 = Temperatur lingkungan (°K)

T1 = Temperatur pada langkah hisap (°K)

T2 = Temperatur pada saat pembakaran (°K)

T3 = Temperatur pada langkah ekspansi (°K)

T4 = Temperatur pada langkah buang (°K)

Vd = Volume langkah (m3)

Vc = Volume sisa (m3)

V1 = Volume langkah hisap (m3)


commit to user

xi

V2 = Volume pada saat pembakaran (°K)

V3 = Volume pada langkah ekspansi (°K)

V4 = Volume pada langkah buang (°K)

Ẇ = Daya (kW)

W1-2 = kerja kompresi (kJ)

W3-4 = kerja ekspansi (kJ)

z = jumlah silinder

ρa = Massa jenis udara (kg/m3)

ρf = Massa jenis bahan bakar (kg/m3)

ηc = Efisiensi pembakaran (%)

ηv = Efisiensi volumetris (%)

ηf = Efisiensi termal (%)

λ = Air-fuelr equivalen ratio

= Fuel-air equivalen ratio

τ = Torsi (Nm)


commit to user

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran A. Data hasil pengujian karakteristik bahan bakar ..................... 91

Lampiran B. Data hasil pengujian unjuk kerja mesin................. ................ 91

Documents

PENGARUH VARIASI MAINJET DAN CAMPURAN BAHAN BAKAR