PERFORMANSI MESIN SEPEDA MOTOR SATU SILINDER BERBAHAN BAKAR PREMIUM DAN PERTAMAX PLUS DENGAN MODIFIKASI RASIO KOMPRESI SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ROBERTUS SIMANUNGKALIT NIM. 080401078 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-nya lah penulis akhirnya dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul PERFORMANSI MESIN SEPEDA MOTOR SATU SILINDER BERBAHAN BAKAR PREMIUM DAN PERTAMAX PLUS DENGAN MODIFIKASI RASIO KOMPRESI. Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub Bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan baik materil, moril, maupun semangat dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu berterima kasih, degan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Tulus B. Sitorus, ST, MT selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis. 2. Bapak Dr. Eng Himsar Ambarita, ST, MT selaku dosen pembanding I dan Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan masukan dan saran dalam menyelesaikan skripsi ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 5. Kedua orang tua penulis, almarhum P. Simanungkalit dan M. Sihombing yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan, doa serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis. 6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.
7. Rekan-rekan satu tim kerja, Hotlan Nababan, Rio Arinedo Sembiring, dan Sepvinolist Tulus Pardede yang telah bersama-sama untuk menyelesaikan skripsi ini. 8. Teman-teman seperjuangan dari Tim HORAS seperti Munawir R. Siregar, Nehemia Sembiring, Sepvinolist T. Pardede, Fernando B. Siagian, Irham Fadillah, Ekawira Napitupulu, Hotlan Nababan, Ary Fadila, Sony A. Sembiring, Rio Arinedo Sembiring, Zulfadhli, Ramadhan, dan Putra Setiawan, 9. Rekan-rekan mahasiswa 2008 yang tidak mungkin disebutkan satu-persatu, para abang senior dan adik-adik junior semua yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis. Penulis menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan kekeliruan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih. Medan, Maret 2013 Robertus Simanungkalit
ABSTRAK Pengujian secara langsung adalah cara paling efektif untuk mengetahui performa sebuah mesin, dalam hal ini mesin otto empat langkah berkapasitas 109,1 cc diuji menggunakan hidrolik dinamometer. Pada penelitian ini digunakan bahan bakar premium dan pertamax plus. Rasio kompresi mesin dimodifikasi menjadi 11:1 agar mendapat data perbandingan sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi. Effisiensi terbaik dari mesin diperoleh pada saat sebelum modifikasi rasio kompresi pada kecepatan 30 km/jam beban 60 kg menggunakan bahan bakar premium dimana konsumsi bahan bakar spesifik 224,28 gr/kwh dan effisiensi termalnya mencapai 37,27%. Kata kunci : Performansi, Mesin Otto, Modifikasi Rasio Kompresi, Premium dan Pertamax Plus
ABSTRACT Direct testing is the most effective way to determine the performance of a engine, in this case otto engine capacity of 109.1 cc four-stroke tested using hydraulic dynamometer. In this study the use of premium fuel and pertamax plus. The compression ratio of the engine is modified to 11:1 in order to obtain comparative data before and after the modification of the compression ratio. Best efficiency of the engine is obtained before the modification of the compression ratio at a speed of 30 km/h with 60 kg load using premium fuel in which the specific fuel consumption of 224.28 g/kwh and thermal efficiency reached 37.27%. Keywords: Performance, Otto Engine, Modification of Compression Ratio, Premium and Pertamax Plus
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR...i ABSTRAK...iii ABSTRACT...iv DAFTAR ISI...v DAFTAR TABEL...vii DAFTAR GAMBAR...ix DAFTAR NOTASI...xi BAB I PENDAHULUAN...1 1.1 Latar Belakang...1 1.2 Tujuan Penelitian...1 1.3 Batasan Masalah...2 1.4 Manfaat Penelitian...2 1.5 Sistematika Penulisan...3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA...4 2.1. Motor Bakar...4 2.1.1. Mesin Diesel....5 2.1.2.Mesin Otto...8 2.1.2.1.Siklus Ideal Ottto (Siklus Volume Konstan)...9 2.1.2.2.Siklus Aktual...12 2.1.2.3. Mesin Otto 2 Langkah...14 2.1.2.4. Mesin Otto 4 Langkah...16 2.1.3. Mesin Wankel...20 2.1.4. Rasio Kompresi...22 2.2. Dinamometer...23 2.3. Performansi Motor Bakar...24 2.3.1 Torsi dan Daya...24 2.3.2. Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR)...25
2.3.3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik...26 2.3.4. Effisiensi Mesin...26 2.4. Analisis Ketidakpastian...27 2.5. Lomba Kendaraan Hemat Energi...28 BAB III METODOLOGI PENGUJIAN...30 3.1. Waktu dan Tempat...30 3.2. Bahan Pengujian...30 3.3. Alat Pengujian...31 3.4. Prosedur Pengujian...38 3.5. Bagan Alir Pengerjaan...41 3.6. Modifikasi Rasio Kompresi...42 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN...45 4.1. Pengujian Performansi....45 4.1.1 Torsi...46 4.1.2 Daya...49 4.1.3 Perbandingan Udara dengan Bahan Bakar (AFR)...52 4.1.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)...56 4.1.5. Effisiensi Termal....59 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...63 5.1. Kesimpulan...63 5.2. Saran...64 DAFTAR PUSTAKA...65 LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Standar Stoikometeri Beberapa Bahan Bakar...37 Tabel 3.2. Format Pengujian Kecepatan Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium dan Pertamax Plus...39 Tabel 4.1. Hasil Prediksi Performansi Mesin Mobil Hemat Energi Secara Teoritis...45 Tabel 4.2. Hasil pengujian torsi terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus setelah modifikasi rasio kompresi....46 Tabel 4.3. Perbandingan persen galat torsi pada bahan bakar premium terhadap kecepatan sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi....47 Tabel 4.4. Perbandingan persen galat torsi pada bahan bakar pertamax plus terhadap kecepatan sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi...47 Tabel 4.5. Hasil perhitungan daya terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus setelah modifikasi rasio kompresi....49 Tabel 4.6. Perbandingan persen galat daya pada bahan bakar premium sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi....50 Tabel 4.7. Perbandingan persen galat daya pada bahan bakar pertamax plus sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi...51 Tabel 4.8. Hasil pengujian AFR terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus setelah modifikasi rasio kompresi...52 Tabel 4.9. Perbandingan persen galat AFR terhadap kecepatan dengan variasi bahan bakar premium setelah modifikasi rasio kompresi....53 Tabel 4.10. Perbandingan persen galat AFR terhadap kecepatan dengan variasi bahan bakar pertamax plus setelah modifikasi rasio kompresi...54
Tabel 4.11. Hasil perhitungan SFC terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus setelah modifikasi rasio kompresi....56 Tabel 4.12. Perbandingan persen galat SFC dengan variasi bahan bakar premium sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi...57 Tabel 4.13. Perbandingan persen galat SFC dengan variasi bahan bakar pertamax plus sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi...57 Tabel 4.14. Hasil perhitungan effisiensi termal terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus setelah perubahan rasio kompresi...59 Tabel 4.15. Perbandingan persen galat effisiensi termal terhadap kecepatan dengan variasi bahan bakar premium sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi....60 Tabel 4.16. Perbandingan persen galat effisiensi termal terhadap kecepatan dengan variasi bahan bakar pertamax plus sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi...61
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Diagram P-v Mesin Diesel Aktual dan Ideal...5 Gambar 2.2. Diagram T-s Mesin Diesel...6 Gambar 2.3. Langkah Kerja Mesin Diesel...7 Gambar 2.4. Diagram P-v Mesin Otto Ideal...9 Gambar 2.5. Diagram Siklus P-v Mesin Otto Aktual...12 Gambar 2.6. Diagram T-S Mesin Otto...13 Gambar 2.7. Mesin Otto 2 langkah...15 Gambar 2.8. Langkah kerja mesin Otto 2 langkah...15 Gambar 2.9. Mesin Otto 4 langkah...16 Gambar 2.10. Langkah hisap mesin otto 4 langkah...17 Gambar 2.11. Langkah kompresi mesin Otto 4 langkah...17 Gambar 2.12. Langkah usaha mesin Otto 4 langkah...18 Gambar 2.13. Langkah buang mesin Otto 4 langkah...19 Gambar 2.14. Mesin Wankel...21 Gambar 3.1. Mesin MESIN USU...30 Gambar 3.2. Bahan Bakar Premium...32 Gambar 3.3. Bahan Bakar Pertamax Plus...32 Gambar 3.4. Speedometer...33 Gambar 3.5. Tachometer...34 Gambar 3.6. Dinamometer...34
Gambar 3.7. Timbangan Digital...35 Gambar 3.8. Timbangan Analog...36 Gambar 3.9. AFR Meter...36 Gambar 3.10. Toolbox...38 Gambar 3.11. Bagan Alir Prosedur Pengerjaan...41 Gambar 3.12. Piston Lama dan Piston Baru......42 Gambar 3.13. Pengikisan Packing pada Cylinder Block...42 Gambar 3.14. Posisi Mesin Saat Mengukur Rasio Kompresi....44 Gambar 4.1. Grafik Torsi vs Kecepatan...48 Gambar 4.2. Grafik Daya vs Kecepatan...51 Gambar 4.3. Grafik AFR vs Kecepatan...55 Gambar 4.4. Grafik SFC vs Kecepatan...58 Gambar 4.5. Grafik Effisiensi Termal vs Kecepatan...61
DAFTAR NOTASI Notasi, symbol dan singkatan yang digunakan dalam laporan ini adalah sebagai berikut : Nc Jumlah silinder N Putaran mesin rpm rc Rasio kompresi τ Torsi Nm Daya poros kw P Tekanan kpa T Temperatur K R Konstanta udara kj/kg.k AFR Perbandingan udara dengan bahan bakar QHV Nilai kalor bahan bakar kj/kg Vd Volume langkah m 3 Vc Volume sisa m 3 ma Massa udara kg/siklus mf Massa bahan bakar kg/siklus Laju aliran bahan bakar ke ruang bakar Laju aliran udara ke mesin kg/sec kg/sec ηt Effisiensi termal % sfc Spesific fuel consumption gr/kwh ηc ηf Effisiensi pembakaran Effisiensi konversi bahan bakar W nett Kerja netto dalam satu siklus (kj)