BAB III METODELOGI PENELITIAN Pengujian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui fenomena yang terjadi dalam proses pembakaran mesin otto pada kendaraan bermotor yang di uji melalui alat Chassis Dynamometer. Pada bagian ini dibahas mengenai performance antara campuran bensin premium dengan persentase Ethanol, perhitungan parameter unjuk kerja motor bakar seperti Daya, Torsi, dll. Selanjutnya dilakukan uji karakteristik fisika-kimia, uji angka oktan, dan uji kinerja bahan bakar pada kendaraan motor bensin. Secara lengkap tahapan tahapan pelaksanaan penelitian dapat dipaparkan melalui sebuah diagram alir dari penelitian. 3.I Bahan Pengujian Pengujian ini menggunakan ahan bakar bensin Premium yang di peroleh dari SPBU Pertamina dan Bioethanol (Ethanol Fuel Grade) sesuai Standart Bioethanol Terdenaturasi untuk Gasohol. 21
3.2 Variasi pengujian Beberapa variasi yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi : Tabel 3.1 Variasi bahan bakar No Campuran Bahan Bakar Volume Bahan Bakar (%) Bensin premium Ethanol 1 bensin + Ethanol 0 % (E-0) 100 0 2 Bensin + Ethanol 5 %(E-5) 95 5 3 Bensin + Ethanol 10 %(E-10) 90 10 4 Bensin + Ethanol 15 %(E-15) 85 15 (sumber : sampel penelitian) 3.3 Diagram Alir Penelitian Skematis dari penelitian ini diperlihatkan dalam diagram alir penelitian, seperti terlihat pada gambar 3.1. Tahapan tahapan pengujian ini dilakukan sesuai dengan tujuan yang ingin dicapai yaitu untuk mengetahui pengaruh Ethanol yang dicampurkan dengan bahan bakar premium dengan perbandingan 0% Ethanol ( E-0), 5 % Ethanol (E-5), 10 % Ethanol (E 10), dan 15 % Ethanol (E-15) terhadap unjuk kerja mesin bensin empat langkah pada Sepeda Motor Honda Megapro 2009 menggunakan alat Chassis Dynamometer. Pengujian berikutnya adalah untuk mengetahui sifat fisika kimia pengaruh penambahan Ethanol terhadap bensin Premium yang meliputi pengujian Distilasi, Tekanan Uap Reid, Korosi Bilah Tembaga, dan Massa Jenis. Pengujian mengacu pada American Society of Testing Method ( ASTM ). Selanjutnya dilakukan penelitian pada mesin Cooperative Fuel Research untuk mengetahui Nilai Oktan pada bensin premium dan penambahan Ethanol pada variasi yang sudah ditentukan. 22
Selanjutnya adalah persiapan kendaraan uji yang digunakan, kendaraan yang diuji harus dalam kondisi standar. Pada uji Chassis Dynamometer pengambilan data dilakukan pada kondisi Idle dan dengan kecepatan putaran yang berbeda (40 km/jam, 60 km/jam, dan 80 km/jam) pengujian mesin ini dilakukan sebanyak 100 cc konsumsi bahan bakar untuk setiap putaran mesin. Pengujian juga dilakukan untuk mendapatkan Daya, Torsi, AFR, dan Daya akselerasi. Emisi gas buang juga dilakukan untuk mengetahui kadar CO, CO 2, HC, pada kendaraan motor bensin pada putaran Idle. 23
Gambar 3.1. Diagram alir penelitian 24
3.4 Alat-Alat Pengujian 3.4.1 Peralatan Pengujian Fisika Kimia Peralatan yang digunakan untuk pengujian Fisika Kimia meliputi ; Distilasi, Tekanan Uap Reid, Korosi Bilah Tembaga, dan Massa Jenis. Alat-alat tersebut mempunyai fungsi dan kegunaan masing-masing, tergantung dari kebutuhan. Berikut penjelasan alat ukur yang digunakan : 1. Distilasi Distilasi berhubungan dengan sifat penguapan bahan bakar bensin. Sifat penguapan motor gasoline akan mempengaruhi prestasi kerja dari mesin, antara lain terhadap kemudahan start, pemanasan pendahuluan, terjadinya vapour lock dan losses yang berlebihan, akselerasi mesin dan terjadinya ketidak sempurnaan pembakaran yang bisa mengotori dan mencemarkan minyak pelumas mesin. - Distilasi pada 10% volume penguapan Distilasi pada 10% volume penguapan memegang peranan penting dalam kemudahan menghidupkan mesin pada kondisi dingin (cold starting), oleh sebab itu spesifikasi bensin membatasi suhu ini maksimum 74 o C. Makin rendah temperatur 10% volume penguapan pada uji distilasi, makin mudah motor dinyalakan pada kondisi dingin dan sebaliknya. - Distilasi pada 50% volume penguapan Distilasi temperatur 50% volume penguapan bahan bakar bensin dimaksudkan untuk kecenderungan pemanasan motor (warm up). Makin rendah temperatur pada uji distilasi 50 % volume penguapan, maka makin mudah mesin 26
mengubah kecepatannya sehingga makin pendek waktu pemanasan yang diperlukan, oleh sebab itu spesifikasi bensin membatasi suhu 50% volume penguapan pada uji distilasi antara 88-125 o C. - Distilasi pada 90% volume penguapan Distilasi pada temperatur yang didapat pada uji distilasi 90% volume penguapan dari bensin diatur untuk memeratakan distribusi bahan bakar tersebut ke setiap silinder motor. Makin tinggi temperatur 90% volume penguapan pada uji distilasi, makin tidak merata distribusi bahan bakar disetiap silinder motor, oleh sebab itu temperatur 90% volume distribusi dibatasi maksimum 180 o C. - Titik Didih Akhir (end point) Spesifikasi bensin membatasi temperatur titik didih maksimum 205 o C. Pengujian titik didih akhir bahan bakar bensin dimaksudkan untuk mengetahui adanya fraksi berat yang tercampur dengan bahan bakar, oleh sebab itu semua bahan bakar diruang bakar diharapkan dapat terbakar habis. Bila titik didih akhir melewati batas tersebut,maka fraksi berat bahan bakar ini akan jatuh kedalam karter, sehingga merusak pelumas. - Kandungan Residu (Residue) Kandungan residu dalam bahan bakar bensin dibatasi maksimum 2% volume agar pada aplikasinya tidak terjadi pengotoran yang berlebihan pada ruang bakar motor. Distilasi bahan bakar bensin diukur dengan mengunakan alat uji baku yaitu metode uji ASTM D 86. 27
Gambar 3.2 Alat Uji Distilasi (sumber : lab fisika-kimia Gedung Aplikasi Lemigas) 2. Tekanan Uap Reid Tekanan uap reid berhubungan dengan sifat penguapan bahan bakar bensin. Kristal- kristal es dapat tebentuk pada tekana uap reid lebih dari 69. kpa, kristal es dapat mengakibatkan tersumbatnya sistem saluran bahan bakar (vapour lock). Makin rendah tekanan uap Reid dan makin rendah temperatur distilasi pada uji 10% volume penguapan,makin mudah mesin dinyalakan pada kondisi dingin. Tekanan uap Reid bahan bakar bensin diukur dengan mengunakan uji baku yaitu metode uji ASTM D 323. Gambar 3.3 Alat Uji Tekanan Uap Reid (sumber : lab fisika-kimia Gedung Aplikasi Lemigas) 28
3. Pengujian Massa Jenis Pengujian ini untuk mengetahui Massa jenis dari bahan bakar bensin dan minyak bumi lainnya.. Penurunan Massa jenis bensin akan memberikan efek negatif terhadap daya maksimum mesin, tetapi memberikan efek positif terhadap smoke pada kondisi dingin (cold engine). Pengujian Berat Jenis mengacu pada ASTM D - 4052 Gambar 3.4 Density Meter (sumber : lab fisika-kimia Gedung Aplikasi Lemigas) 4. Korosi Bilah Tembaga Korosi bilah tembaga (corpperstrip corrosion) merupakan sifat anti karat tembaga pada komponen kendaraan terhadap bahan bakar minyak. Pengujian korosi bilah tembaga dari bahan bakar minyak adalah mengidentifikasi kemampuan terjadinya korosi pada bagian dari sistem penyaluran bahan bakar yang terbuat dari tembaga, kuningan dan perunggu. Pengujian ini mengacu pada ASTM D 130. Gambar 3.5 Alat Uji Korosi Bilah Tembaga (sumber : lab fisika-kimia Gedung Aplikasi Lemigas) 29
3.4.2 Peralatan Pengujian Angka Oktan Angka oktan riset motor gasoline atau bahan bakar bensin menunjukkan kualitas antiketuk yang dimiliki oleh bahan bakar tersebut. Terjadinya ketukan pada motor bensin tergantung pada angka oktana dari bahan bakar yang digunakan. Ketukan dalam mesin timbul karena terjadi pembakaran abnormal. Angka oktana menunjukan mutu mogas atau bakar bensin yaitu angka oktana yang lebih tinggi menunjukan mutu yang lebih baik. Angka oktana riset dari motor gasoline diuji dengan mesin CFR F-1 dengan metode dan peralatan standar ASTM D 2699 disajikan pada gambar 3.7, yaitu dengan memakai bahan bakar pembanding sebagai standar anti ketukan, bahan bakar tersebut adalah campuran iso-oktana dengan n- hephtan. Bila angka oktana bensin lebih rendah dari kebutuhan angka oktana mesin, maka akan terjadi knocking yang berakibat turunnya daya, dan menghasilkan pembakaran tak sempurna yang meningkatkan emisi gas buang. Selain pengujian pada angka oktan Bensin, terdapat juga pengujian angka Cetane untuk Solar. Salah satu properties bahan bakar solar yang berpengaruh langsung terhadap kualitas pembakaran adalah Cetane Number yang merupakan indikasi kesiapan suatu bahan bakar solar untuk terbakar dengan sendirinya (auto ignition) pada tekanan dan temperatur yang tinggi di dalam ruang bakar motor diesel. Kualitas pembakaran yang terjadi di dalam ruang bakar mesin diesel dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah kondisi operasi mesin diesel dan properties dari bahan solar itu sendiri. 30
Gambar 3.6 Mesin CFR F-1 Angka Oktana Riset ASTM D 2699 (sumber : Gedung Aplikasi Lemigas) 3.4.3 Peralatan Pengujian Kinerja Mesin Pada Motor Bensin Peralatan yang digunakan untuk pengujian kinerja mesin meliputi ; Chassis Dynamometer, Sepeda Motor Honda Megapro 2009, Alat konsumsi bahan bakar, Alat Uji Emisi, Blower, Kompressor, dan bahan bakar yang digunakan adalah bensin premium 88, E-5 %, E-10%, dan E-15%. Alat-alat tersebut mempunyai fungsi dan kegunaan masing-masing, tergantung dari kebutuhan. Berikut penjelasan alat ukur yang digunakan : 1. Chassis Dynamometer Alat ini digunakan untuk mengukur daya dan torsi maksimal dari suatu kendaraan bermotor yang didapatkan pada putaran tertentu. Alat ini dilengkapi landasan mounting dengan Roller untuk satu roda atau untuk 31
sepeda motor. Pada saat pengujian dilakukan, sepeda motor diikat dengan kuat oleh tali pada setiap sisi alat chassis dynamometer. Meski roda berputar pada roler, namun tanpa pengikat yang kuat dikhawatirkan bila ban terlepas dari roller speda motor akan terlempar. Sensor yang didapat dalam pengujian seperti putaran, tekanan oli, kecepatan mesin, temperature mesin, temperature gas buang, yang dihubungkan melalui unit control pada software Dynamometer untuk pengukuran Torsi, Daya, AFR dan kecepatan mesin uji. Gambar 3.7 Motor uji di Chassis Dynamometer (sumber : ruang chassis Gedung Aplikasi Lemigas) 32
2. Dynamometer Control Unit Dynamometer unit control digunakan untuk mengukur parameter yang diinginkan selama tes mesin dengan sinyal yang datang dari sensor yang dihubungkan melalui kabel unit control ke kabel busi. Data yang didapat dalam pengujian kinerja mesin meliputi Daya, Torsi, AFR, dan putaran mesin. Sebuah layar perangkat lunak dari control dan unit pengukuran diberikan pada gambar 3.8. Gambar 3.8 Tampilan software control unit Chassis Dynamomete( (sumber : alat chassis Gedung Aplikasi Lemigas) 3. Spesifikasi Sepeda motor Honda Megapro 2009 3.1 Dimensi Panjang Keseluruhan : 1.945 mm 33
Lebar Keseluruhan : 652 mm Tinggi Keseluruhan : 941 Jarak Antara As Roda : 1.280 Jarak Mesin ke Tanah : 95 mm Berat Kendaraan : 95 kg Tinggi Tempat Duduk : 764 mm 3.2 Mesin Jenis 4-Tak, DOHC, Berpendingan Udara, SACS, 4-Katup Jumlah Silinder 1 (satu) Diameter Silinder : 62 mm Langkah Piston : 48.8 mm Kapasitas Silinder 147.3 cc Perbandingan Kompresi 10.2 : 1 Daya Maksimum 16 Ps/9.500 rpm Torsi Maksimum 1.27 Kg.m. 8.500 rpm Karburator MIKUNI BS 26 187 Saringan Udara Jenis Kertas Sistem Starter Elektrik dan Kaki Sistem Pelumasan Perendaman Oli 3.3 Transmisi Kopling Manual plat majemuk tipe basah Transmisi 6 Percepatan Arah Perpindahan Gigi 1 Ke bawah, 5 Ke atas Rantai Penggerak DID 428 DS, 122 mata 34
3.4 Rangka Suspensi Depan Teleskopik, pegas spiral, bantalan oli Suspensi Belakang Lengan ayun, pegas spiral, bantalan oli Sudut Kemudi 45 (Kanan dan Kiri) Radius Putar 2m Rem DepanRem Belakang Cakram/Cakram Ukuran Ban Depan 70/90-17 38S Ukuran Ban Belakang 80/90-17 44S 3.5 Sistem listrik Sistem Pengapian CDI Busi NGK CR8E/ DENSO U24ESR-N Accu 12 V (2,5 Ah)/10 HR Kapasitas : Tangki Bahan Bakar 4,9 L Dengan penggantian saringan oli 1.100 ml Tangki Oli Mesin 1000 ml 4. Alat Uji Konsumsi Bahan Bakar Alat uji konsumsi bahan bakar di gunakan untuk mengukur takaran bahan bakar yang digunakan dalam pembakaran pada suatu mesin kendaraaan bermotor, terdapat tabung 100 mililiter dan 300 mililiter. Namun peneliti menggunakn tabung 100 mililiter agar memperoleh waktu yang singkat dalam melakukan pengujian. Gambar alat uji konsumsi bahan bakar disajikan dalam gambar 3.9 35
Gambar 3.9 Alat Uji Konsumsi Bahan bakar (sumber : alat chassis Gedung Aplikasi Lemigas) 5. Blower Blower digunakan untuk menjaga temperatur mesin agar tetap dalam temperature yang tidak melebihi maksimum. Gambar 3.10 Gambar 3.10 Blower (sumber : alat chassis Gedung Aplikasi Lemigas) 6. Alat Uji Emisi Alat uji emisi berfungsi untuk mengetahui kandungan emisi gas buang hasil pembakaran yang meliputi CO, HC, dan CO 2, dengan sensor yang 36
dipasang pada saluran pembuangan gas sisa pembakaran. Alat Uji emisi gas baung pada gambar 3.11. Gambar 3.1.1 Alat uji emisi gas buang (sumber : alat chassis Gedung Aplikasi Lemigas) 3.5 Pengujian Kinerja Mesin Pengujian dilakukan dengan memperhatikan beberapa hal berikut : Pengujian mesin dilakukan pada kecepatan 40 km/jam, 60 km/jam, dan 80 km/jam, Pengujian dilakukan dalam 2 hari, hari pertama untuk pengujian pada bahan bakar E-0% dan E-5%,dan hari kedua untuk pengujian pada bahan bakar E-10% dan E-15% Pengujian Emisi gas buang, sesuai dengan prosedur pengujian emisi Perhitungan akhir dan penyusunan hasil pengamatan. 37
3.6 Prosedur Pengujian Agar pengujian berjalan dengan baik dan lancar, ada beberapa langkah yang harus dilakukan sebelum pengujian, selama pengujian, dan sesudah pengujian. Dalam penelitian ini menggunakan 4 bahan bakar dan untuk menjaga kondisi motor agar tetap dalam keadaan baik, maka pengujian dilakukan dalam 2 hari. 3.6.1 Persiapan Pengujian Agar dapat dilakukan penelitian dengan lancar dan memperoleh hasil yang optimal, maka diperlukan persiapan sebelum dilakukan pengujian. Persiapan yang dilakukan adalah menyiapkan bahan bakar masing-masing 5 liter untuk setiap variasi yang akan di uji, serta pemeriksaan yang dilakukan pada hal-hal berikut : 3.6.1.1 Persiapan Pengujian Kinerja Mesin 1. Pemeriksaan kondisi Baterai (accu). 2. Pemeriksaan jumlah dan kondisi oli dalam mesin. 3. Pemeriksaan tekanan angin pad ban sepeda motor. 4. Pemeriksaan rantai Sepeda motor. 5. Pemeriksaan bahan bakar uji. 6. Pemeriksan Alat Uji konsumsi bahan bakar. 7. Pemeriksaan kinerja Blower yang digunakan. 8. Pemeriksaan saluran bahan bakar. 9. Pemeriksaan alat pengikat pada setiap sisi sepeda motor agar tidak bergerak, karena sepeda motor hanya bergerak pada roller yang berputar 38
10. Pemeriksaan semua instrument yang terdapat di control unit pada software Chassis Dynamometer dan pastikan bahwa dapat berfungsi dengan baik dan terhubung dengan mesin sepeda motor. Pengambilan data dilakukan selama 2 hari dengan prosedur sebagai berikut : Isi bahan bakar (Bensin Premium 88 dan campuran Etanol) pada tempat (wadah) dengan volume tertentu Mesin dihidupkan dalam keadaan tanpa beban dan ditunggu beberapa saat sampai cukup panas. Sesuaikan putaran mesin yang diinginkan (misalkan idle dan putaran lainnya) dengan cara mengatur handle gas. Setelah tercapai keadaan konstan (steady) pada putaran tertentu (toleransi ±50 rpm), pengamatan serta pengukuran dilakukan serentak yang meliputi : - Waktu pemakaian bahan bakar per 100 cc - Torsi - Daya - Daya Akselerasi - AFR - Analisa Emisi gas buang ( CO, CO 2, dan HC ) 39