PENGARUH SAAT PENYALAAN BUSI TERHADAP KINERJA MOTOR BENSIN

Transkripsi

1 PENGARUH SAAT PENYALAAN BUSI TERHADAP KINERJA MOTOR BENSIN Baharuddin Mire*, Azwar Hayat, Fret Sanggi Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin Jl. Poros Malino Km.6, Bontomarannu, Kabupaten Gowa, Sulawesi Selatan * Abstrak Penelitian ini dilakukan pada laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Universitas Hasanuddin menggunakan mesin bensin type variable compressi ratio petrol engine (PCRPE). Penelitian ini bertujuan untuk menentukan daya efektif maksimum, menentukan konsumsi bahan bakar spesifik minimum dan efesiensi thermal maksimum masing-masing diberikan variasi saat penyaaan, putaran poros dan pembuka katup gas. Metode penelitian dilaksanakan pada saat penyalaan 5 o STMA, 15 o STMA, 25 o STMA dan 35 o STMA dengan putaran poros 1500 rpm, 1700 rpm, 1900 rpm, 2100 rpm dan 2200 rpm, sertapembuka katup gas (thortle) 25%, 50%, 75% dan 100%. Daya efektif maksimum sebesar 4,1783 kw diperoleh pada saat penyalaan 15 o STMA. Putaran poros 2100 rpm dengan pembukaan katup gas 100%. Sedangkan konsumsi bahan bakar spesifik minimum sebesar 0,4075 kg/kwh dan efesiensi thermal maksimum sebesar 20,07% masing-masing diperoleh pada saat penyalaan 15 o STMA pada putaran 1500 rpm dengan pembukaan katup gas 100%. Kata kunci: saat penyalaan, bahan bakar premium, kinerja mesin PENDAHULUAN Pemakaian mesin-mesin kalor dari jenis mesin pembakaran dalam (Internal Combustion Engine), khususnya dari kelompok motor bakar torak, sekarang ini meningkat dengan pesatnya pada bidang transportasi maupun untuk pembangkitan daya stasioner. Hal tersebut disebabkan karena motor bakar torak lebih sederhana, lebih ringan, jika dibandingkan dengan mesin-mesin dari jenis lainnya, sehingga lebih menguntungkan untuk dipakai pada bidang transportasi maupun untuk pembangkitan daya stasioner. Penelitian yang secara khusus mempelajari proses pembakaran gas campuran bahan bakar-udara didalam silinder hingga saat ini telah banyak dilaksanakan, walaupun demikian penomena pembakaran belum terungkap secara keseluruhan. Salah satu penyebabnya adalah karena proses pembakaran dari campuran berlangsung pada kecepatan dan temperatur yang sangat tinggi, sehingga peninjauan proses kimia amat kompleks. Salah satu aspek penting dari proses pembakaran pada motor bensin atau pada motor bakar lainnya adalah laju kenaikan tekanan akibat pembakaran, karena ia mempengaruhi tekanan maksimum, daya, dan kehalusan operasi dari pada mesin. Variabel operasi yang cukup berpengaruh terhadap laju kenaikan tekanan adalah saat penyalaan sebab ia merupakan sumber terjadinya inti nyala yang kemudian dikembangkan untuk membakar campuran bahan bakar-udara yang diberikan. Saat penyalaan yang terlalu cepat atau sudut penyalaan diperbesar, dapat mengakibatkan terjadinya kenaikan tekanan yang cepat sehingga dapat menimbulkan detonasi, seraya bila saat penyalaan terlalu lambat yang berarti sudut penyalaan diperkecil atau pada titik mati atas (TMA), dapat mengakibatkan semakin besarnya bagian bahan bakar yang terbakar pada langkah ekspansi dan semakin besar energi panas yang hilang bersama gas buang. Kedua hal tersebut diatas memberikan llustrasi bahwa terdapat suatu posisi saat penyalaan yang sangat tepat untuk daerah dimana saat penyalaan paling tepat yang harus diberikan pada setiap mesin untuk menghasilkan suatu pembakaran yang berlangsung normal. Bertolak dari masalah tersebut di atas, akan dilakukan penelitian dengan judul : Pengaruh Saat Penyalaan Busi Terhadap Kinerja Motor Bensin

2 PRINSIP KERJA MOTOR BENSIN Motor bensin adalah motor bakar dengan pembakaran dalam (Internal Combustion Engine) yang merubah energi panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar Udara menjadi energi mekanis. Campuran bahan bakar-udara yang dibentuk menjadi gas di dalam karburator, dimasukkan kedalam silinder dan kemudian terbakar dengan penyalaan bunga api listrik (Spark Ignition Engine) dan proses pembakarannya terjadi pada volume konstan. Pada pengujian ini digunakan motor bensin dengan prinsip siklus Otto 4 langkah, seperti pada Gambar 1. Gambar 1. Siklus Otto Pada Gambar 1 Langkah isap, campuran bahan bakar udara (gas) dimasukkan kedalam silinder, pada saat ini piston bergerak dari dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB), dimana keadaan katup masuk terbuka dan katup buang tertutup. Langkah kompressi, katup masuk dan katup buang dalam keadaan tertutup, campuran bahan bakar-udara yang masuk kedalam silinder dikompressi oleh piston yang bergerak dari TMB ke TMA, sehingga tekanannya akan naik, dengan kata lain gas didalam silinder dimanfaatkan. Langkah ekspansi, Berapa derajat sebelum TMA (akhir langkah kompresi), busi menyala/ memberikan pengapian pada gas. Gas yang terbakar menimbulkan panas dan akhirnya memuai mengadakan takanan diatas kepala piston, sehingga piston akan terdesak menuju TMB, dalam gerakan ini keadaan katup masuk dan katup buang tertutup. Langkah buang, piston bergerak dari TMB ke TMA, pada saat ini katup buang dalam keadaan terbuka, sedangkan katup masuk masih keadaan tertutup, sehingga gas hasil pembakaran tadi keluar melalui katup buang dan terus kesaluran buang

3 SAAT PENYALAAN Apabila Saat penyalaan dirubah, maka jumlah gas yang terbakar baik sebelum maupun sesudah titik mati atas (TMA) akan berubah pula, peristiwa ini erat hubungannya dengan sudut penyalaan. Apabila Sudut penyalaan diperbesar sebelum TMA, yang berarti saat penyalaan lebih awal, maka daya yang dihasilkan akan berkurang karena terjadinya tekanan balik didalam silinder, sehingga temperatur dan tekanan pembakaran akan naik, hal ini dapat menimbulkan terjadinya detonasi. Sedangkan apabila sudut penyalaan diperkecil atau tepat pada TMA, maka kerugian waktu akan lebih besar, hal ini disebabkan karena tekanan menjadi kecil dimana sudah terjadi pada langkah ekspansi, sehingga energi panas sebagian besar keluar bersama gas buang, dengan demikian daya dapat berkurang. Pada Gambar 2, dapat diperlihatkan bahwa apabila sudut penyalaan diperbesar, ketukan/pukulan (knock) yang terjadi akan lebih besar pula. Gambar 2. Pengaruh saat penyalaan terhadap intensitas knock Pengaruh saat penyalaan terhadap diagram P-V dapat diperlihatkan pada Gambar 3(a). Apabila saat penyalaan diperlambat, yang berarti dut penyalaan diperkecil, hal ini terlihat bahwa tekanan yang terjadi sangat kecil, seperti pada garis 2-3. Sedangkan pada saat penyalaan yang baik, pembakaran terjadi tidak jauh dari TMA, Dengan demikian tekanan bertambah, sehingga dapat diperoleh pembakaran yang lebih baik, seperti terlihat pada garis 2-3. Selanjutnya pada saat penyalaan yang lebih awal, terlihat bahwa tekanannya lebih besar dari pada kedua hal tersebut diatas, seperti terlihat pada Gambar 3(b). Gambar 3. (a) Pengaruh saat Penyalaan pada diagram P-V, (b) Penyalaan yang terlalu awal Terlihat bahwa kenaikan tekanan tertinggi terjadi apabila sudut penyalaan diperbesar.pada Gambar 2 memperlihatkan beberapa pengaruh saat penyalaan.terhadap tekanan maksimum. Dengan demikian jelaslah bahwa apabila sudut penyalaan diperbesar sebelum titik mati atas (TMA), maka tekanan-yang terjadi lebih besar, sehingga pembakaran didalam silinder cenderung terjadi detonasi. PELAKSANAAN PENELITIAN Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan mesin Variable Compressi Ratio Petrol Engine (VCRPE)

4 Tipe : 1-cylinder, carburator, variable compression Compression ratio : 4 : : 1 Maksimum speed (rpm) : Dispalacement (cc) : 468 Bore x stroke (mm) : 85x 82,5 Jumlah langkah : 4 Maximum power output (9kW) : 5 Gambar 4. Instalasi pengujian Untuk menentukan daya efektif maksimum, konsumsi bahan spesifik minimum dan efisiensi termal maksimum, maka dilakukan pengukuran sebagai berikut : a) Variasi saat penyalaan busi, 5 0 STMA, 15 0 STMA, 25 0 STMA, 35 0 STMA. b) Pembukaan katup gas = 25%, 50%, 75%, dan 100% c) Putaran poros = 1500 rpm, 1700 rpm, 1900 rpm, 2100 rpm dan 2200 rpm. HASIL DAN PEMBAHASAN Grafik hubungan Putaran poros (N), Daya efektif, pembukaan katup gas dan saat penyalaan dapat dilihat pada Gambar 5. Untuk pembukaan katup gas 25% (Gambar 5.a) daya efektif maksimum diperoleh pada saat penyalaan 5 STMA, putaran poros 2100 rpm sebesar 2,24309 kw. Untuk pembukaan katup gas 50% (Gambar 5.b), daya efektif maksimum diperoleh pada saat penyalaan 15 o STMA dengan putaran poros 2200 rpm sebesar 3,4327 kw. Untuk pembukaan katup gas 75% (Gambar 5.c), daya efektif maksimum diperoleh pada saat penyalaan 15 o STMA dengan putaran poros 2100 rpm sebesar 3,7165 kw. Sedang Untuk pembukaan katup gas 100% (Gambar 5.d), daya efektif maksimum diperoleh pada saat penyalaan 15 o STMA dengan putaran poros 2100 rpm sebesar 4,1783 kw. Dari beberapa variasi pembukaan katup gas, putaran poros dan saat penyalaan terlihat bahwa pembukaan gas 100% putaran poros 2100 rpm, saat penyalaan 15 o STMA diperoleh daya efektif yang maksimum sebesar 4,1783. Hal ini disebabkan karena semakin tinggi pembukaan katup gas dan putaran poros laju akhir massa bahan bakar di udara yang masuk kedalam silinder lebih besar, sehingga energi panas hasil pembakaran antara bahan bakar dan udara semakin besar pula sehingga daya indikator yang dihasilkan mesin besar dan seterusnya daya efektif lebih besar pula

5 Gambar 5. Grafik hubungan Putaran poros (N) dengan Daya efektif (Pe) pada variasi saat penyalaan pada pembukaan katup gas (a) 25%, (b) 50%, (c) 75% dan (d) 100% Untuk saat penyalaan yang dapat memperoleh daya efektif maksimum adalah saat penyalaan 15 STMA, hal ini disebabkan karena pada saat lambat artinya sudut penyalaan diperkecil, hal ini menyebabkan tekanan di dalam silinder lebih rendah sehingga menyebabkan daya efektif yang dihasilkan lebih rendah. Sebaliknya apabila saat penyalaan dipercepat artinya sudut penyalaan di perbesar, hal ini menyebabkan tekanan di dalam silinder terlalu besar sehingga dapat menyebabkan terjadi penyalaan lebih awal sebelum busi menyala sehingga meluangkan terjadi detonasi. Terjadinya detonasi ini dapat menyebabkan turunnya daya efektif mesin. Gambar 6. Grafik hubungan putaran poros (N) dengan Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) pada variasi saat penyalaan pada pembukaan katup gas (a) 25%, (b) 50%, (c) 75% dan (d) 100% Grafik hubungan putara poros (N) dengan konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) pada variasi pembukaan katup gas dan saat penyalaan. Grafik hubungan putaran poros dengan konsumsi bahan bakar spesifik dapat dilihat pada Gambar (6). untuk pembukaan katup gas 25% (Gambar 6.a) konsumsi bahan bakar spesifik minimum diperoleh pada saat penyalaan 15 STMA dengan putaran poros 1700 rpm sebesar 0,6108 kg/kwh. Untuk pembukaan katup gas 50% (Gambar 6.b) konsumsi bahan bakar spesifik minimum diperoeh pada saat penyalaan 15 STMA dengan putaran poros 1900 rpm sebesar 0,4628 kg/kwh. Untuk pembukaan katup gas 75% (Gambar 6.c) konsumsi bahan bakar spesifik minimum diperoeh pada saat penyalaan 15 STMA dengan putaran poros 1700 rpm sebesar 0,4463 kg/kwh. Untuk pembukaan katup gas 100% (Gambar 6.d) konsumsi bahan bakar spesifik minimum diperoeh pada saat penyalaan 15 o STMA dengan putaran poros 1500 rpm 3 7 9

6 sebesar 0,4075 kg/kwh. Dari beberapa variasi pembukaan katup, putaran poros dan saat penyalaan, terlihat bahwa semakin tinggi pembukaan katup gas semakin rendah konsumsi bahan bakar spesifik, hal ini disebabkan karena dengan naiknya pembukaan katup gas laju aliran campuran bahan bakar dan udara semakin besar sehingga energi panas yang dibangkitkan lebih besar pula, sehingga daya efektif yang dihasilkan lebih besar. Oleh karena konsumsi bahan bakar spesifik merupakan konsumsi bahan bakar setiap jam untuk menghasilkan 1 kw, sehingga semakin tinggi daya efektif maka semakin rendah konsumsi bahan bakar spesifik. Terlihat pula bahwa konsumsi bahan bakar spesifik minimum secara umu diperoleh pada saat penyalaan 15 STMA hal ini disebabkan dengan saat penyalaan 15 STMA tekanan yang terjadi di dalam silinder sesuai tekanan yang dibutuhkan oleh pembakaran. Seperti dijelaskan sebelumnya bahwa apabila sudut penyalaan diperkecil atau diperbesar maka tekanan yang terjadi di dalam silinder akan terlalu rendah atau terlalu tinggi hal ini menyebabkan daya efektif pada mesin turun sehingga mempengaruhi konsumsi bahan bakar spesifik. Menurut khovakh, harga konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) pada motor bensin (0,245 0,300) kg/kwh), hal ini menunjukkan bahwa untuk mesin Variabel Compression Ratio Petrol Engine (VCRPE) yang digunakan pada penelitian ini boros dalam konsumsi bahan bakar. Namun hasil test manual mesin VCRPE ini yaitu test sheet plint terlihat harga konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) (0,508 0,599)/kg/kwh, sehingga harga SFC hasil penelitian ini mendekati hasil test sheet plint. Gambar 7. Grafik hubungan putaran poros (N) dengan Efisiensi termal (ηt) pada variasi saat penyalaan dengan pembukaan katup (a) 25%, (b) 50%, (c) 75% dan (d) 100% Grafik hubungan putaran poros (N) dengan efesiensi termal pada variasi pembuatan katup gas dan penyalaan grafik hubungan putaran poros dan efisiensi termal dapat dilihat pada Gambar 7. Untuk pembukaan katup gas 25% (Gambar 7.a) efisiensi termal maksimum diperoleh pada saat penyalaan 15 STMA dengan putaran poros 1700 rpm sebesar 13,394%. untuk pembukaan katup gas 50% (Gambar 7.b) efisiensi termal maksimum diperoleh pada saat penyalaan 15 STMA dengan putaran poros 1900 rpm sebesar 17,67%. untuk pembukaan katup gas 75% (Gambar 7.c) efisiensi termal maksimum diperoleh pada saat penyalaan 15 o STMA dengan putaran poros 1700 rpm sebesar 18,328%. Sedangkan untuk pembukaan katup gas 100% (Gambar 7.d) efisiensi termal maksimum diperoleh pada saat penyalaan 15 o STMA dengan putaran poros 1500 rpm sebesar 20,07%. Dari beberapa saat penyalaan, putaran poros dan pembukaan katup gas terlihat bahwa semakin tinggi pembukaan katup gas semakin tinggi efisiensi termal, hal ini disebabkan karena dengan naiknya katup gas maka semakin banyak campuran bahan bakar dan udara yang terbakar di dalam silinder energi panas yang dibangkitkan lebih besar sehingga daya efektif yang dihasilkan lebih besar sehingga efisiensi termal lebih besar. Terlihat pula bahwa secara umum efisiensi termal maksimum diperoleh pada saat penyalaan 15 STMA dimungkinkan terjadi pembakaran sempurna karena tekanan di dalam silinder tidak terlalu tinggi dan tidak terlalu rendah sehingga daya efektif yang dihasilkan lebih besar dibandingkan dengan saat penyalaan lain yang diambil dalam penelitian ini, sehingga dengan tingginya daya efektif yang dihasilkan maka saat penyalaan 15 STMA diperoleh efisiensi termal maksimum. 3 80

7 KESIMPULAN Beberapa variasi saat penyalaan, pembuka katub gas dan putaran poros maka dapat disimpulkan bahwa Daya efektif maksimum sebesar 4,1783 kw diperoleh pada saat penyalaan 15 STMA putaran poros 2100 rpm dengan pembuka katub gas 100%. Konsumsi bahan bakar spesifik minimum sebesar 0,4075 kg/kwh diperoleh pada saat penyalaan 15 STMA putaran poros 1500 rpm dengan pembuka katub gas 100%. Efisiensi thermal maksimum sebesar 20,07% diperoleh pada saat penyalaan 15 STMA putaran poros 1500 rpm dengan pembuka katub gas 100%. REFERENSI Arismunandar W Penggerak Mula, Motor Bakar Torak. Penerbit ITB, Bandung. Blundell J. K., Hydraulic Dynamometer W4. England Tequipment Limited, Nottingham. Eastop dan MC, Congkey Applied Thermodynamics For Engineering Technologist. New York. Heywood, J. B., Internal Combustion Engines Fundamentals. Mc. Gnaw Hill Book Company, New York. Maleev, V.L., 1951 Internal Combustion Engines. Tokyo Kogakusha & Co., Tokyo Mathur M. L. dan Sharma R. P. Internal Combustion Engines. Dhampat Roi & Sons, New Delhi, Milton B. E., Themiodynamics, Combustion & Engines. Chafman & Hall, London. Moran M. J., & Shapiro H. H Fundamental of Engineering Themiodynamics. Willey & Sons Inc., New York. Plint, Installation and Operating Instruction. England Plint Engineers & Partners Ltd. Wokingham. 3 81