PENGARUH PEMASANGAN KAWAT KASA DI INTAKE MANIFOLD TERHADAP KONSUMSI BAHAN BAKAR DAN EMISI GAS BUANG PADA MESIN BENSIN KONVENSIONAL TOYOTA KIJANG 4K Adi Purwanto 1, Mustaqim 2, Siswiyanti 3 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Pancasakti Tegal 2 Dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Pancasakti Tegal 3 Dosen Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik, Universitas Pancasakti Tegal Abstrak Seiring dengan perkembangan dunia industri, terutama meningkatnya jumlah produksi dibidang transportasi menyebabkan peningkatan konsumsi bahan bakar minyak menjadi sangat besar. Bahan bakar minyak merupakan bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui sehingga harus dilakukan penghematan. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk penghematan bahan bakar adalah dengan cara memasang kawat kasa di intake manifold, karena kawat kasa tersebut akan memecah campuran udara dan bahan bakar menjadi lebih homogen. Tujuan dari penelitian adalah untuk mengetahui bagaimana pengaruh pemasangan kawat kasa di intake manifold terhadap konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang pada mesin bensin konvensional Toyota kijang 4K. Penelitian ini menggunakan variasi diameter lubang kawat kasa 1 mm, 1,3 mm, dan 1,6 mm pada putaran mesin 500 rpm, 1000 rpm dan 1500 rpm, dengan masing-masing dilakukan tiga kali duplikasi pengujian. Hasil penelitian pada putaran mesin 500 rpm dengan pemasangan kawat kasa berdiameter 1 mm, 1,3 mm, 1,6 mm dan intake standar menunjukan nilai konsumsi bahan bakar dengan masing-masing 26,7 cc/menit, 30 cc/menit, 43,3 cc/menit dan 40 cc/menit. Pada putaran mesin 1000 rpm dengan pemasangan kawat kasa berdiameter 1 mm, 1,3 mm, 1,6 mm dan intake standar masing-masing menunjukan nilai 60 cc/menit, 63,3 cc/menit, 70 cc/menit dan 70 cc/menit, dan pada putaran mesin 1500 rpm dengan pemasangan kawat kasa berdiameter 1 mm, 1,3 mm, 1,6 mm dan intake standar mempunyai nilai 73,3 cc/menit, 80 cc/menit, 83,3 cc/menit dan 83,8 cc/menit. Dari data yang disajikan tersebut menunjukan bahwa pemasangan kawat kasa dengan diameter lubang 1 mm mempunyai pengaruh yang cukup signifikan terhadap konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang dibanding intake tanpa pemasangan kawat kasa dan pemasangan kawat kasa dengan diameter 1,3 mm, dan 1,6 mm. Pemasangan kawat kasa berdiameter 1 mm menjadikan konsumsi bahan bakar lebih irit 13 % - 33 % dan kadar emisi gas buang CO dan HC lebih rendah pada putaran mesin 1500 rpm. Kata kunci:kawat kasa, Intake Manifold, Konsumsi dan Emisi gas buang, Toyota 4K.
I. PENDAHULUAN Sejalan dengan kemajuan peradaban dan perkembangan teknologi, suatu mesin akan selalu membutuhkan bahan bakar sebagai sumber tenaga penggerak. Meningkatnya jumlah produksi kendaraan menyebabkan peningkatan konsumsi bahan bakar. Bahan bakar minyak merupakan bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui, sehingga harus dilakukan penghematan. Bidang transportasi merupakan salah satu konsumen terbesar dalam pemakaian bahan bakar minyak. Perkembangan dibidang transportasi ini mempunyai dampak positif dan juga dampak negatif dalam kehidupan manusia. Dampak positifnya adalah semakin mudahnya sarana transportasi, dan dampak negatifnya adalah terjadinya polusi udara yang semakin meningkat. Polutan udara primer yaitu mencakup 90% dari jumlah polutan udara seluruhnya, dapat dibedakan menjadi lima kelompok yaitu karbon monoksida (CO), nitrogen oksida (NO x), sulfur dioksida (SO x ), dan partikel. Sumber polusi yang utama berasal dari transportasi, hampir 60% dari polutan yang dihasilkan terdiri dari karbon monoksida (CO) dan dan 15% terdiri dari hidro karbon (HC) (Fardiaz, 1992:93). Bahan bakar premium merupakan bahan bakar hidrokarbon dan jika terbakar secara sempurna, pada gas buang hanya akan mengandung karbon dioksida (CO 2 ) dan uap air (H 2 O) serta sisa udara yang tidak ikut dalam proses pembakaran. Jika hasil pembakaran tidak sempurna maka akan menghasilkan gas karbon monoksida (CO) yang merupakan gas beracun dan mematikan, hidrokarbon yang tidak terbakar (HC), Oksida dari nitrogen (NO x ) dan partikel logam berat yang terkandung dalam bahan bakar sebagai bahan aditif seperti timbal. Untuk mendapatkan hasil pembakaran yang sempurna dapat dilakukan dengan beberapa cara diantaranya dengan meningkatkan homogenitas campuran bahan bakar dengan udara (Kabib, 2009). Peningkatan homogenitas campuran bahan bakar dan udara dapat dilakukan berbagai cara seperti dengan pemasangan kawat kasa di intake manifold. Kawat kasa tersebut dipasang pada intake manifold yang berbatasan dengan karburator dengan tujuan mendapatkan hasil yang maksimal pada proses pengkabutan. Selain untuk memecah partikel kawat kasa juga dapat merubah konvigurasi fluida dari laminar menjadi turbulen, sehingga campuran bahan bakar dan udara lebih homogen (Indrawati, 2005). Agar tidak terjadi pembiasan dalam pembahasan maka penulis membatasinya yang hanya mencakup pada perbandingan pengaruh intake manifold sebelum dan sesudah pemasangan kawat kasa terhadap konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang pada mesin bensin konvensional Toyota Kijang 4K. Tujuan Penelitian ini adalah untuk engetahui pengaruh pemasangan kawat kasa di intake manifold terhadap konsumsi bahan bakar dan kadar emisi gas buang pada mesin bensin konvensional Toyota Kijang 4K. Manfaat yang dapat diberikan dari penelitian ini diantaranya : 1) Memberikan informasi lebih jauh tentang pengaruh pemasangan kawat kasa di intake manifold terhadap konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang. 2) Sebagai masukan bagi masyarakat luas terutama dunia otomotif tentang pengaruh pemasangan kawat kasa di intake manifold pada mesin Toyota kijang 4K.
II. LANDASAN TEORI 2.1 Konsumsi Bahan Bakar Konsumsi bahan bakar adalah ukuran banyak sedikitnya bahan bakar yang digunakan suatu mesin untuk diubah menjadi panas pembakaran dalam jangka waktu tertentu, (Suyanto, 1989 : 248 ). Fuel Consumption didefinisikan sebagai jumlah yang dihasilkan konsumsi bahan bakar per satuan waktu (cc/menit). Fuel Consumption (FC) dapat di hitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut : FC = Dimana FC = Konsumsi bahan bakar (cc/menit) V = Volume (cc) t = waktu (menit) 2.2 Emisi Gas Buang Emisi gas buang pada kendaraan bermotor merupakan gas-gas sisa hasil dari proses pembakaran. Polutan udara primer, yaitu polutan yang mencakup 90% dari jumlah polutan udara seluruhnya, dapat dibedakan menjadi lima kelompok yaitu Karbon monokside (CO), Nitrogen okside (NO x ), Hidrokarbon (HC), Sulfur okside (SO 2 ), dan Partikel (Fardiaz, 1992). 2.3 Motor Bakar Bensin Motor bakar adalah suatu mekanisme atau konstruksi mesin yang merubah energi panas menjadi energi mekanis. Terjadinya energi panas karena adanya proses pembakaran; bahan bakar, udara, dan sistem pengapian. Sistem bahan bakar merupakan bagian penting sebagai suatu kelengkapan dari motor. Pada motor bensin, bahan bakar ditampung oleh tangki bahan bakar (fuel thank) disaring oleh oleh saringan bensin (fuel filter), dihisap dan ditekan oleh pompa bensin (fuel pump) dicampur dengan udara di dalam karburator dan selanjutnya diteruskan ke dalam silinder melalui intake manifold. 2.4 Putaran Mesin Poros engkol dapat berputar terus menerus karena adanya tenaga mekanis hasil pembakaran campuran bahan bakar-udara di dalam ruang bakar yang menimbulkan gaya dorong pada torak akibat naiknya tekanan di dalam silinder. Putaran poros engkol ini disebut juga dengan putaran mesin suatu kendaraan. 2.5 Proses Pembakaran Pembakaran merupakan reaksi kimia antara unsur yang terkandung didalam bahan bakar yaitu unsure hidrokarbon (CH) dengan udara atau oksigen, yang kemudian diikuti dengan timbulnya panas. Panas yang dihasilkan oleh proses pembakaran inilah yang digunakan oleh motor untuk menghasilkan tenaga. Dengan adanya sejumlah bahan bakar didalam silinder yang sudah tercampur dengan udara yang kemudian dinyalakan oleh nyala api dari busi, maka pembakaran terjadi. Pembakaran pada motor bensin dibedakan menjadi dua yaitu Pembakaran sempurna dan pembakaran tidak sempurna. 2.6 Kawat Kasa Kasa merupakan benda yang berbentuk seperti jaring, kasa terbuat dari kawat yang dianyam. Dalam kehidupan sehari-hari kawat kasa banyak digunakan baik unutk keperluan rumah tangga, industri maupun kendaraan bermotor. Kawat kasa pada kendaraan bermotor digunakan pada beberapa sistem yang sering disebut dengan filter. Misalnya pada saringan bahan bakar, pada saringan udara dan sebagainya. Dalam penelitian ini akan digunakan kawat kasa seperti yang digunakan pada filter kemudian akan dirubah bentuknya menyerupai lubang intake manifold dengan ukuran diameter lubang kawat 1 mm, 1,3 mm dan 1,6 mm.
Kawat kasa yang ditempatkan di intake manifold berfungsi memecah partikel-partikel bahan bakar yang terkabut belum sempurna yang masuk ke dlaam ruang bakar. Hal ini sesuai dengan teori tabrakan yang dikemukakan oleh Agung Purbiantoro dan P Ananta (1989) bahwa supaya terjadi reaksi maka melokeul-molekul zat yang bereaksi harus mengalami kontak fisis atau tabrakan. 2.7 Homogenitas Campuran Bahan Bakar Perbandingan campuran bahan bakar dengan udara pada umumnya dinyatakan berdasarkan perbandingan berat bahan bakar dengan berat udara. Perbandingan campuran bahan bakar dengan udara pada umumnya dinyatakan dengan berat udara. Campuran antara bahan bakar jika diinginkan suatu perbandingan yang normal (sempurna). Perbandingan yang baik adalah kira-kira 15:1 artinya 15 kg udara membutuhkan 1 kg bahan bakar. Untuk mendapatkan daya mesin yang lebih besar (boros bahan bakar) maka dipakai campuran kaya. Sebaliknya jika menghendaki bahan bakar yang lebih irit maka digunakan campuran miskin (Maryono, 2006). III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Metode Penelitian Penelitian ini menggunakan pendekatan eksperimen yaitu pengujian apakah suatu obyek penelitian sesuai (cocok) dengan kondisi tertentu yang telah terjadi atau sesuai dengan syaratsyarat tertentu ( Subiyanto, 1993 : 7). Dalam penelitian ini adalah dengan membandingkan hasil pengujian konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang antara sebelum dan sesudah pemasangan kawat kasa. 3.2 Variabel Penelitian Variabel penelitian adalah sebagai obyek penelitian, atau apa yang menjadi titik perhatian suatu penelitian (Arikunto, 1993: 91). 1) Variabel bebas Variabel bebas adalah himpunan sejumlah gejala yang memiliki berbagai aspek atau unsur yang berfungsi mempengaruhi atau menentukan munculnya variabel lain yang disebut dengan variabel terikat. (Indrawati, 2005: 43). Dalam penelitian ini yang menjadi variabel bebasnya adalah pemasangan kawat kasa di intake manifold dan variasi putaran mesin, 500 rpm, 1000 rpm, dan 1500 rpm. 2) Variabel terikat Variabel terikat adalah himpunan sejumlah gejala yang memiliki pula aspek atau unsur didalamnya, yang berfungsi menerima atau menyesuaikan diri dengan kondisi lain, yang disebut sebagai variabel bebas (Indrawati, 2005:44). Dalam penelitian ini variabel terikatnya adalah emisi gas buang dan konsumsi bahan bakar mesin Toyota kijang 4K. 3.3 Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juni 2012 bertempat di bengkel fakultas teknik Universitas Pancasakti Tegal dan Dinas Perhubungan dan Komunikasi Kota Tegal sampai dengan selesai. 3.4 Alat dan Bahan a. Peralatan 1. Mesin Toyota kijang 4K 2. Gas analyzer Digunakan untuk mengukur kadar emisi gas buang kijang 4K. 3. Tachometer Digunakan untuk mengukur putaran mesin sesuai kebutuhan dalam mengambil data yang diperlukan. 4. Tool set Seperangkat alat kerja yang digunakan untuk membongkar dan memasang bagian-bagian yang akan diteliti.
5. Burret (gelas ukur) Digunakan untuk mengukur pemakaian bahan bakar (cc/menit). 6. Sigmat ( jangka sorong) Digunakan untuk mengukur kawat kasa. b. Bahan Bahan yang dipakai pada penelitian ini adalah kawat kasa dengan diameter lubang 1 mm, 1,3 mm, dan 1,6 mm. 3.5 Metode Pengumpulan Data Metode-metode pengumpulan data dilakkan dengan cara : a) Observasi (Pengamatan) Penulis mengumpulkan data dengan cara pengamatan langsung (Arikunto, 2006:157). b) Studi Pustaka Penulis mengumpulkan data dengan cara membaca buku-buku yang berkaitan dengan penelitian sebagai referensi. c) Eksperimen Merupakan bentuk khusus pengamatan yang dilakukan peneliti yaitu suatu cara untuk mencari hubungan sebab akibat (hubungan kausal) antara dua faktor yang sengaja ditimbulkan oleh peneliti dengan mengeliminasi atau mengurangi atau menyisihkan faktor-faktor lain yang mengganggu. Eksperimen selalu dilakukan dengan maksud untuk melihat akibat suatu perlakuan (Arikunto, 2006:3). 3.6 Teknik Analisis Data Metode analisa data yang dipakai dalam penelitian ini menggunakan data deskriptif yang dilakukan dengan cara melukiskan dan merangkum pengamatan dari penelitian yang dilakukan. Data yang dihasilkan digambarkan secara grafis atau tabel sehingga lebih mudah dibaca. Dengan kata lain metode analisis data deskriptif yaitu menggambarkan data hasil penelitian data dalam bentuk tabel atau grafis (Arikunto, 2006). IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian 4.1.1 Data Hasil Penelitian Konsumsi Bahan Bakar Pada intake manifold tanpa pemasangan kawat kasa, saat putaran mesin 500 rpm diperoleh hasil 40 ml/menit atau setara dengan 40 cc/menit, sedangkan pada intake manifold yang telah dipasang kawat kasa dengan diameter 1 mm konsumsi bahan bakar mengalami penurunan paling besar dibanding diameter kawat kasa yang lebih besar, seperti ditunjukan pada tabel yaitu nilai rata-rata sebesar 26,7 ml/menit atau setara dengan 26,7 cc/menit, kawat kasa dengan diameter 1,3 mm bernilai 30 cc/menit dan kawat kasa dengan diameter 1,6 mm bernilai 43,3 cc/menit. Hal itu juga berlaku untuk rpm selanjutnya dimana diameter kawat kasa 1 mm masih tetap paling rendah konsumsi nya dibandingkan dengan diameter kawat yang lebih besar dan juga intake manifold tanpa pemasangan kawat kasa. Gambar 4.1 Grafik Konsumsi Bahan Bakar Terhadap Diameter Kawat Kasa
4.1.1.2 Data Hasil Penelitian Emisi Gas Buang a) Kadar Gas Buang CO (%) d) Kadar Gas Buang O 2 Tabel 4.5 Hasil Rata-rata Gas Buang O 2 Gambar 4.2 Grafik Kadar Gas CO Terhadap Kawat Kasa b) Kadar Gas Buang HC (ppm) Gambar 4.3 Grafik Kadar Emisi Gas Buang HC Terhadap Diameter Kawat Kasa c) Kadar Gas Buang CO 2 Gambar 4.4 Grafik Kadar Emisi Gas Buang CO 2 (%) Terhadap Diameter Kawat Kasa Gambar 4.5 Grafik Kadar Emisi Gas Buang O 2 Terhadap Diameter Kawat Kasa 4.2 Pembahasan Dari hasil penelitian diatas menunjukan adanya pengaruh yang bervariasi dari pemasangan kawat kasa terhadap konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang. Hal ini dapat dilihat pada tabel dan grafik konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang pada saat intake manifold dalam keadaan standar atau setelah intake manifold dipasang kawat kasa. 4.2.1 Konsumsi Bahan Bakar Dari grafik pada gambar 4.1 dapat disimpulkan bahwa pemasangan kawat kasa dengan diameter 1 mm memiliki pengaruh yang cukup signifikan terhadap konsumsi bahan bakar, ini terlihat semakin besar diameter lubang kawat kasa maka semakin besar pula konsumsi bahan bakar yang dibutuhkan pada putaran mesin yang sama. Dari grafik terlihat pada putaran mesin 500 rpm, dari diameter lubang kawat kasa 1 mm menunjukan angka 26,7 cc/menit, sedangkan pada diameter 1,3 mm dan 1,6 mm bernilai 30 cc/menit dan 43,3 cc/menit. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin besar diameter lubang kawat kasa dan semakin besar putaran mesin maka
konsumsi bahan bakar akan semakin tinggi. 4.2.2 Kadar Emisi Gas Buang Dari gambar 4.2 dapat dilihat bahwa kadar gas CO dengan intake manifold standar dimulai pada titik paling rendah dibanding intake yang dipasang kawat kasa, yaitu intake manifold standar pada putaran mesin 500 rpm mempunyai nilai 0,06% daripada intake yang dipasang kawat kasa dengan masing-masing bernilai 0,18%, 0,43%, dan 0,12%. Kondisi ini terlihat sampai pada rpm 1000 dengan intake manifold standar masih berada di titik terendah dengan nilai 0,54%, sedangkan intake manifold yang dipasang kawat kasa mempunyai nilai 0,91%, 0,70%, dan 0,84%. Tapi pada putaran mesin 1500, kawat kasa dengan diameter lubang kawat 1 mm mengalami penurunan yang sangat signifikan yaitu dari 0,91% menjadi 0,58% sedangkan kawat kasa dengan diameter 1,3 mm, 1,6 mm mengalami pertemuan dengan intake manifold standar pada nilai 0,8%, 0,83% dan 0,84%. Pada Gambar 4.3 Kadar Gas HC pada grafik terlihat menurun di tunjukan pada pemasangan kawat kasa di intake manifold dengan diameter 1 mm yaitu pada putaran mesin 1500 meski saat putaran mesin 500 sampai putaran mesin 1000 masih mengalami kenaikan sedangkan pada intake manifold tanpa pemasangan kawat kasa terus mengalami kenaikan paling tinggi terlihat pada putaran mesin 1500 bernilai 7503,3 ppm. Pada Grafik 4.4 terlihat bahwa pada putaran mesin 1000 gas CO 2 mengalami kenaikan baik pada intake manifold standar ataupun telah dipasang kawat kasa. Titik penurunan kadar gas CO 2 secara signifikan terjadi pada intake manifold standar (intake manifold tanpa pemasangan kwat kasa). Sedangkan pada intake manifold dengan pemasangan kawat kasa menunjukan kadar CO 2 menurun tapi perlahan. Dari gambar 4.5 dapat diketahui bahwa kadar gas O 2 mengalami penurunan pada putaran mesin 1000 dan langsung naik dari nilai 20,37% menjadi 50,56%. Sedangkan intake manifold dengan pemasangan kawat kasa mempunyai nilai tertinggi pada penggunaan kawat kasa dengan diameter 1,6 dengan nilai 70,01% yang kemudian turun menjadi 30,34%. Kawat kasa dengan diameter 1 mm dan 1,3 mm terus mengalami penurunan seperti terlihat pada gambar. Dari seluruh data yang telah diolah menyatakan bahwa pemasangan kawat kasa dengan diameter lubang kawat kasa 1 mm mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang. Emisi gas buang banyak mengalami penurunan Karena proses campuran bahan bakar dan udara yang masuk ke dalam saluran intake yang kemudian diteruskan ke mesin bensin akan menabrak kawat kasa, campuran bahan bakar akan terpecah lebih kecil dan mengubah aliran dari aliran laminar menjadi aliran turbulen sehingga campuran bahan bakar akan lebih homogen. V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan Dari hasil pengolahan data-data yang telah dibahas pada bab IV ternyata dapat disimpulkan bahwa pemasangan kawat kasa di intake manifold dengan
variasi diameter lubang kawat kasa 1 mm, 1,3 mm dan 1,6 mm, yang akan berpengaruh secara signifikan adalah pada pemasangan kawat kasa diameter 1 mm terhadap konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang. penurunan konsumsi bahan bakar disebabkan semakin sedikitnya campuran bahan bakar yang masuk kedalam saluran intake manifold ini disebabkan karena tidak semua campuran bahan bakar dapat dihisap seluruhnya oleh mesin pada saat melakukan langkah hisap yang kemudian diteruskan ke mesin untuk melakukan proses pembakaran. Penurunan emisi gas buang juga terlihat jauh lebih menurun dengan pemasangan kawat kasa diameter lubang 1 mm karena campuran yang akan masuk kedalam saluran intake akan menabrak kawat kasa terlebih dahulu, sehingga dari campuran bahan bakar yang mempunyai laju laminar akan membentuk laju turbulen pada saat menabrak kawat kasa sehingg akan lebih menghomogenitaskan campuran bahan bakar yang akan masuk dalam ruang bakar. 5.2 Saran Setelah menganalisis pembahasan diatas yang menyatakan bahwa pemasangan kawat kasa akan berpengaruh signifikan terhadap konsumsi bahan bakar dan kadar emisi gas buang makan dengan ini peneliti menyarankan: 1. Penggunan kendaran Toyota kijang seri K sebaiknya memasang kawat kasa di intake manifold karena dapat menurunkan jumlah konsumsi bahan bakar dan juga menurunkan kadar emisi gas buang 2. Peneliti juga mengharapkan agar penelitian ini dikembangkan pada pengaruh pemasangan kawat kasa di intake manifold terhadap daya dan performa mesin. DAFTAR PUSTAKA Arends. BPM, Berenschot. H. 1980. Motor Bensin. Jakarta : Erlangga Arikunto, Suharsimi. 2006. Prosedur Penelitian Suatu Pendekatan Praktik. Jakarta : PT Rineka Cipta Arismunandar, Wiranto. 1988. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Bandung : ITB Daryanto. 2002. Peralatan Bengkel Mobil. Bandung : CV. Yrama Widya Daryanto. 1999. Teknik Otomotif. Jakarta : Bumi Aksara Fardiaz, Srikandi. 1992. Polusi Air dan Udara. Yogyakarta : Kanisius Indrawati, Susi. 2005. Pengaruh penambahan kawat kasa pada intake manifold dan variasi penambahan naphthalene dalam premium terhadap emisi gas karbon monoksida CO sepeda motor Suzuki shogun 2002. Maryono, Budi. 2006. Servis Bahan Bakar Bensin. Surakarta : Cahaya Mentari PT. Toyota Astra Motor 1994. New Step 1. Jakarta : PT. Toyota Astra Motor Subiyanto, Ibnu. 1993. Metodologi Penelitian. Jakarta : Gunadarma