UJI EKSPERIMENTAL PENGARUH PENAMBAHAN BIOETANOL PADA BAHAN BAKAR PERTALITE TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BAKAR BENSIN Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik M. HAFIZ PRATAMA NIM. 110401104 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ABSTRAK Bahan bakar gasohol diuji pada mesin Supra-X 125cc untuk mengetahui perbandingan unjuk kerja mesin dengan menggunakan bahan bakar bensin jenis pertalite. Prosedur pengujian dibagi dua tahap yaitu, pengujian nilai kalor bahan bakar dan pengujian unjuk kerja mesin. Hasil pengujian nilai kalor bahan bakar diperoleh nilai kalor pertalite 44260,12 kj/kg; gasohol 5% 41466 kj/kg; gasohol 10% 41171,88 kj/kg; dan gasohol 15% 40289,52 kj/kg. Hasil pengujian unjuk kerja diperoleh torsi dan daya rata-rata tertinggi pada bahan bakar pertalite sebesar 9,08 Nm dan 4707,53 W. Konsumsi bahan bakar spesifik terendah pada bahan bakar gasohol 15% yaitu 242,4 gr/kw.h. Kata kunci : Mesin otto, gasohol, pertalite, bioetanol, unjuk kerja i
ABSTRACT Gasohol fuels tested on Supra-X 125cc engine to compare the performance of the engine using gasoline fuel types pertalite. The testing procedure is divided into two stages, testing the calorific value of the fuel and engine performance testing. The test results obtained calorific value fuel heating value pertalite 44260.12 kj/kg; gasohol 5% 41 466 kj/kg; gasohol 10% 41171.88 kj/kg; and gasohol 15% 40289.52 kj/kg. The test results obtained torque and power performance highest average fuel pertalite of 9.08 Nm and 4707.53 W. Lowest specific fuel consumption in the fuel gasohol 15% is 242.4 g/kwh. Keywords : Otto machine, gasohol, pertalite, bioethanol, performance ii
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur saya ucapkan kepada Allah SWT, karena atas limpahan berkah dan rahmatnya saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini saya buat untuk memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Dalam menyusun skripsi ini saya menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, akan terasa sulit bagi saya untuk menyelesaikan skripsi ini. Karena itu saya ucapkan terima kasih kepada: 1. Kedua orang tua saya, Ayahanda Chaidir dan Ibunda Lelyana Pulungan yang telah memberikan semangat, materi, dukungan beserta doa kepada saya sehingga saya dapat menyelesaikan pendidikan di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 3. Ir. A. Halim Nasution, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktunya untuk mengarahkan saya dalam penyusunan skripsi ini. 4. Bapak Ir. Zamanhuri, MT dan Bapak Dr.Eng. Taufiq Bin Nur, ST. M.Eng.Sc selaku dosen pembanding yang membantu saya dalam memperbaiki skripsi ini. 5. Bapak/Ibu staff pengajar dan pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 6. Laboran Laboratorium Prestasi Mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU yang telah banyak memberikan arahan kepada saya selama pengujian. 7. Saudaraku yang tercinta, Adinda Marina Juwita dan M.Chairul Anam yang telah memberikan semangat, dukungan serta doa kepada saya selama penyusunan skripsi ini. iii
8. Seluruh teman-teman saya, khususnya stambuk 2011 yang tidak dapat saya sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan semangat serta masukan yang positif kepada saya. Akhir kata, untuk semua pihak yang telah membantu saya dalam penyelesaian skripsi ini kiranya selalu dalam lindungan Allah SWT. Semoga skripsi ini memberi manfaat bagi pengembangan ilmu kedepannya. Medan, Januari 2016 Penulis, M. Hafiz Pratama NIM. 110401104 iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR NOTASI... x BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan Pengujian... 3 1.3 Batasan Masalah... 3 1.4 Metodologi Penulisan... 4 1.5 Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1 Motor Bakar... 5 2.2 Bahan Bakar Bensin... 6 2.3 Motor Bakar Bensin... 9 2.3.1 Siklus Otto Ideal... 9 2.4 Unjuk Kerja Motor Bakar Bensin... 11 2.4.1 Torsi Poros... 11 2.4.2 Daya Poros... 12 2.4.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)... 13 2.4.4 Air Fuel Ratio (AFR)... 13 2.4.5 Efisiensi Volumetris... 14 2.4.6 Efisiensi Thermal... 15 2.5 Nilai Kalor Bahan Bakar... 15 v
2.6 Sejarah Bioetanol... 17 2.6.1 Bioetanol... 18 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 20 3.1 Penelitian... 20 3.2 Waktu dan Tempat... 20 3.2.1 Pengujian Konsumsi Bahan Bakar... 20 3.2.2 Pengujian Torsi... 21 3.2.3 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar... 21 3.3 Alat dan Bahan... 22 3.3.1 Alat... 22 3.3.2 Bahan... 28 3.4 Metode Pengumpulan Data... 29 3.5 Metode Pengolahan Data... 30 3.6 Pengamatan dan Tahap Pengujian... 30 3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin... 30 3.8 Prosedur Pengujian Konsumsi Bahan Bakar Spesifik... 32 3.9 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar... 35 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 39 4.1 Data Hasil Penelitian... 39 4.1.1 Spesifikasi Data Alat dan Bahan Pengujian... 39 4.1.1.1 Data Motor... 39 4.1.1.2 Data Bahan Bakar... 39 4.2 Pengujian Performansi Mesin Otto... 41 4.2.1 Final Ratio... 41 4.2.2 Torsi... 42 4.2.3 Daya... 43 4.2.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)... 44 4.2.5 Efisiensi Thermal... 47 4.2.6 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR)... 49 4.2.7 Efisiensi Volumetris... 50 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 52 vi
5.1 Kesimpulan... 52 5.2 Saran... 53 DAFTAR PUSTAKA... xii LAMPIRAN vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Proses pembakaran luar dan pembakaran dalam... 6 Gambar 2.2 Pembagian langkah pada siklus otto... 10 Gambar 2.3 Diagram P-V dan diagram T-S siklus otto ideal... 11 Gambar 3.1 Pengujian konsumsi bahan bakar... 21 Gambar 3.2 Pengujian torsi... 21 Gambar 3.3 Pengujian nilai kalor bahan bakar... 22 Gambar 3.4 Mesin Honda Supra-X 125... 23 Gambar 3.5 Tabung ukur... 24 Gambar 3.6 Tachometer... 25 Gambar 3.7 Timbangan digital... 25 Gambar 3.8 Timbangan pegas... 26 Gambar 3.9 Digital stopwatch... 27 Gambar 3.10 HiDS HD-30... 27 Gambar 3.11 Selang bahan bakar... 28 Gambar 3.12 Bahan bakar Pertalite... 29 Gambar 3.13 Bioetanol absolut... 29 Gambar 3.14 Diagram alir performansi motor bakar... 32 Gambar 3.15 Pengujian konsumsi bahan bakar spesifik... 34 Gambar 3.16 Diagram alir pengujian konsumsi 40 ml bahan bakar... 35 Gambar 3.17 Bom kalorimeter... 36 Gambar 3.18 Diagram alir pengujian nilai kalor bahan bakar... 38 Gambar 4.1 Grafik torsi vs putaran setiap bahan bakar... 42 Gambar 4.2 Grafik daya vs putaran setiap bahan bakar... 44 Gambar 4.3 Grafik SFC vs putaran setiap bahan bakar... 47 Gambar 4.4 Grafik efisiensi thermal vs putaran setiap bahan bakar... 48 Gambar 4.5 Grafik AFR vs putaran setiap bahan bakar... 50 Gambar 4.6 Grafik efisiensi volumetris vs putaran setiap bahan bakar... 51 viii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Standar dan mutu bahan bakar pertalite... 7 Tabel 4.1 Pengujian nilai kalor bahan bakar pertalite... 40 Tabel 4.2 Pengujian nilai kalor bahan bakar gasohol 5%... 40 Tabel 4.3 Pengujian nilai kalor bahan bakar gasohol 10%... 40 Tabel 4.4 Pengujian nilai kalor bahan bakar gasohol 15%... 40 Tabel 4.5 Nilai torsi setiap bahan bakar... 42 Tabel 4.6 Besarnya daya setiap bahan bakar... 43 Tabel 4.7 Hasil pengujian mf bahan bakar pertalite... 44 Tabel 4.8 Hasil pengujian mf bahan bakar gasohol 5%... 45 Tabel 4.9 Hasil pengujian mf bahan bakar gasohol 10%... 45 Tabel 4.10 Hasil pengujian mf bahan bakar gasohol 15%... 46 Tabel 4.11 Nilai SFC settap bahan bakar... 46 Tabel 4.12 Nilai Efisiensi thermal setiap bahan bakar... 48 Tabel 4.13 Nilai m a setiap bahan bakar... 49 Tabel 4.14 Nilai AFR setiap bahan bakar... 49 Tabel 4.15 Efisiensi volumetris setiap bahan bakar... 50 ix
DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan AFR Rasio campuran bahan bakar dan udara B Diameter silinder mm Cv Nilai kalor bahan bakar kj/kg F Gaya N g Gaya gravitasi m/s 2 HHV Nilai kalor atas bahan bakar kj/kg LHV Nilai kalor bawah bahan bakar kj/kg Massa aliran udara per siklus kg/cyl-cycle Laju massa udara kg/jam Laju bahan bakar kg/jam n Putaran rpm P Daya W P i Tekanan udara masuk kpa r c Rasio kompresi S Panjang langkah mm SFC Konsumsi bahan bakar spesifik gr/kw.h t Waktu s T Torsi N.m T a Temperatur udara lingkungan K T i Temperatur udara masuk K V c Volume sisa mm 3 V d Volume langkah mm 3 Efisiensi thermal brake % Efisiensi volumetris % x