PENGUJIAN EKSPERIMENTAL PENGARUH PENAMBAHAN KAPUR BARUS PADA PERTALITE TERHADAP PERFORMANSI MESIN OTTO EMPAT LANGKAH Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik FAHMI ANSHARI 110401010 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016 1
ABSTRAK Penelitian ini dilakukan secara uji eksperimental terhadap unjuk kerja motor otto 4 langkah 1 silinder dengan rasio kompresi 9 : 1. Bahan bakar yang digunakan adalah pertalite RON 90 dan dibandingkan dengan menggunakan bahan bakar campuran pertalite-kapur barus. Variasi dari bahan bakar campuran adalah 1 gr, 1,5 gr dan 2 gr kapur barus pada 1 liter pertalite. Hasil dari uji eksperimental menggunakan bahan bakar campuran pertalite dan kapur barus memiliki performansi mesin yang lebih baik dibandingkan dengan menggunakan bahan bakar pertalite. Dengan penambahan kapur barus pada pertalite torsi meningkat 10,57 %, daya meningkat 7,04 %, konsumsi bahan bakar spesifik menurun 26,97 %, Rasio udara bahan bakar meningkat 1,58 %, efisiensi termal meningkat 13,16 % dan emisi gas buang CO meningkat 42,21 % Kata kunci : mesin otto 4 langkah, unjuk kerja, pertalite RON 90, aditif, kapur barus 2
ABSTRACT This research was carried out the experimental tests on performance of the motor cylinder otto 4 step 1 with a compression ratio of 9:1. The fuel used is pertalite RON 90 and compared using mixed fuel pertalite-camphor. Variations of the fuel mixture is 1 g, 1.5 g and 2 g benzoin at 1 liter pertalite. The results of experimental tests using a fuel mixture pertalite and camphor have a better engine performance compared to using fuel pertalite. With the addition of camphor on pertalite increased 10.57% of torque, increase 7.04% of power, decreased 26.97% of specific fuel consumption, increased 1.58% ratio of air to fuel thermal, increased 13.16% of efficiency, and increased 42,21% of gas emissions CO waste. Keyword : four stroke otto engine, performance, pertalite RON 90, additives, camphor 3
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas karunia-nya sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini. Skripsi adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan memperoleh gelar sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin,Fakultas Teknik,. Adapun judul skripsi yang penulis kerjakan ini adalah PENGUJIAN EKSPERIMENTAL PENGARUH PENAMBAHAN KAPUR BARUS PADA PERTALITE TERHADAP PERFORMANSI MESIN OTTO EMPAT LANGKAH. Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar besarnya kepada Pihak yang telah memberikan bantuan dan bimbingannya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan, yaitu: 1. Orang tua dan keluarga besar, Ayahanda Supriadi dan Ibunda Masfah yang telah memberikan dukungan, doa, semangat dan juga materi kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Departemen Teknik Mesin,Fakultas Teknik,. 2. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga dan pikiran untuk mengarahkan penulis dalam menyusun skripsi ini. 3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik,. 4. Bapak/Ibu staff pengajar di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik,. 5. Saudaraku yang tercinta, Ardiansyah dan Khairul Fadhli yang telah memberikan dukungan doa, materi dan semangat kepada penulis selama pengerjaan tugas akhir ini 6. Saudara Ilham Aulia, Rizki Nuddin Nasution, Rinaldi Simanjuntak, Rizaldi Rahim, Erwinsyah Batubara, Lingga Rahmad Nasution dan temanteman mahasiswa Teknik Mesin USU khususnya untuk stambuk 2011, 4
yang telah banyak memberikan dukungan dan sharing dalam menyelesaikan skripsi ini. 7. Laboran Laboratorium Pengujian Mesin Departemen Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknik Harapan Medan yang telah banyak memberikan arahan kepada penulis selama pengujian berlangsung. 8. AUTO 2000 cabang Sisingamangaraja yang bersedia meminjamkan alat uji emisi gas buang dalam penyusunan skripsi ini. 9. Teman-teman Asisten Laboratorium Fenomena Dasar Departemen Teknik Mesin,,yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telah memberikan masukan serta semangat kepada penulis. 10. Teman-teman HMI Komisariat FT USU dan BTC atas dukungan dan sharing dalam menyelesaikan skripsi ini. Akhir kata,semoga ALLAH SWT berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu penulis. Penulis mengaharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun agar laporan ini menjadi lebih baik dan bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya. Medan, 25 Agustus 2016 Penulis, Fahmi Anshari NIM.110401010 5
DAFTAR ISI ABSTRAK...i ABSTRACT...ii KATA PENGANTAR...iii DAFTAR ISI...v DAFTAR GAMBAR...viii DAFTAR TABEL...x DAFTAR NOTASI...xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang...1 1.2 Tujuan Penelitian...3 1.3 Manfaat Penelitian...3 1.4 Ruang Lingkup Pengujian...3 1.5 Sistematika Penulisan...4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Motor Bakar...5 2.2 Prinsp Kerja Motor Bakar Empat Langkah...6 2.3 Proses Pembakaran Motor Bakar Bensin...8 2.4 Konsep Reaksi Pembakaran Motor Bakar Bensin...9 2.5 Komponen-komponen Pembakaran Pada Motor Bakar Bensin...10 2.5.1 Karburator...10 2.5.2 Katup (Valve)...11 2.5.3 Busi...13 2.6 Performansi Motor Bakar Empat Langkah...14 2.6.1 Torsi...15 2.6.2 Daya (power)...16 2.6.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik...16 2.6.4 Rasio Udara-Bahan Bakar (Air Fuel Ratio)...18 2.6.5 Efisiensi Termal (Thermal Efficiency)...19 2.7 Nilai Kalor Bahan Bakar...20 6
2.8 Emisi Gas Buang...21 2.8.1 Sumber...21 2.8.2 Komposisi Kimia...22 2.8.3 Bahan Penyusun...22 2.9 Pertalite...24 2.10 Zat Aditif...26 2.10.1 Jenis-jenis Aditif...26 2.10.1.1 Manfaat Zat Aditif Pada Fungsi Sistem Pelumasan...27 2.10.1.2 Manfaat Zat Aditif Pada Fungsi Sistem Distribusi Sistem Bahan Bakar dan Sistem Pembakaran...27 2.10.1.3 Manfaat Zat Aditif Pada Fungsi Bahan Bakar...28 2.10.2 Zat Aditif Secara Umum...29 2.11 Kapur Barus...30 2.11.1 Sejarah Kapur Barus...30 2.11.2 Sumber Kapur Barus...31 2.11.3 Kapur Barus Sebagai Zat Aditif Untuk Meningkatkan Angka Oktan...32 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat...33 3.2 Alat dan Bahan...35 3.2.1 Alat...35 3.2.2 Bahan...37 3.3 Metode Pengumpulan Data...38 3.4 Metode Pengolahan Data...38 3.5 Pengamatan Dan Tahap Pengujian...38 3.6 Prosedur Pengujian Konsumsi Bahan Bakar...40 3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin...40 3.8 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar...41 3.9 Prosedur Pengujian AFR dan Emisi Gas Buang...43 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar...44 4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar...47 4.2.1 Torsi...49 4.2.2 Daya...52 4.2.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik...53 4.2.4 Efisiensi Thermal...56 4.2.5 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR)...57 4.3 Pengujian Emisi Gas Buang...59 7
4.3.1 Kadar Carbon Monoksida (CO) dalam gas buang...59 4.3.2 Kadar Carbon Dioksida (CO 2 ) dalam gas buang...61 4.3.3 Kadar Sisa Hidro Carbon (HC) dalam gas buang...62 4.3.4 Kadar Sisa Oksigen (O 2 ) dalam gas buang...63 4.4 Hasil Pengujian...65 4.5 Perbandingan Hasil Pengujian...66 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan...69 5.2 Saran...69 DAFTAR PUSTAKA...xiii 8
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram P V siklus otto...6 Gambar 2.2 Diagram T S Siklus otto...7 Gambar 2.3 Prinsip Kerja Motor Empat Langkah...8 Gambar 2.4 Prinsip Kerja Karburator...11 Gambar 2.5 Diagram Kerja Katup...12 Gambar 2.6 Konstruksi Busi dan Percikan Api Pada Busi...13 Gambar 2.7 Pohon Kapur...31 Gambar 3.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar...33 Gambar 3.2 Pengujian Konsumsi Bahan Bakar...34 Gambar 3.3 Pengujian Torsi...34 Gambar 3.4 Pengujian Emisi Gas Buang...35 Gambar 3.5 Bom Kalorimeter...35 Gambar 3.6 Sepeda Motor...36 Gambar 3.7 Diagram Alir Penelitian...39 Gambar 4.1 Diagram HHV vs Bahan Bakar...46 Gambar 4.2 Diagram LHV vs Bahan Bakar...46 Gambar 4.3 Grafik massa tarik timbangan pegas (Kg) vs putaran mesin (RPM)...48 Gambar 4.4 Waktu konsumsi 10 ml ahan akar Vs putaran mesin (RPM)...48 Gambar 4.5 Grafik pengujian torsi (Nm) Vs putaran mesin (RPM)...51 9
Gambar 4.6 Grafik daya (Watt) Vs putaran mesin (RPM)...53 Gambar 4.7 Grafik Sfc (gr/kwh) vs putaran mesin (RPM)...55 Gambar 4.8 Grafik efisiensi termal (%) vs putaran mesin (RPM)...57 Gambar 4.9 Grafik Air Fule Ratio (AFR) vs putaran mesin (RPM)...59 Gambar 4.10 Grafik kadar CO (%) vs putaran mesin (RPM)...60 Gambar 4.11 Grafik kadar CO 2 (%) vs putaran mesin (RPM)...61 Gambar 4.12 Grafik sisa kadar HC (%) vs putaran mesin (RPM)...63 Gambar 4.13 Grafik sisa kadar O 2 (%) vs putaran mesin (RPM)...64 10
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Standard dan Mutu Bahan Bakar jenis Bensin 90 (Pertalite)...25 Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Honda Supra X 125...36 Tabel 4.1 Data hasil massa bahan bakar (M) dan temperatur air (T) pada bom kalorimeter....44 Tabel 4.2 Data hasil pengujian dan perhitungan HHV dan LHV...45 Tabel 4.3 Nilai Rata-rata Pengujian Massa Tarik Timbangan Pegas Dan Konsumsi Bahan Bakar...47 Tabel 4.4 Data hasil perhitungan untuk pengujian torsi...50 Tabel 4.5 Data hasil perhitungan untuk pengujian daya...52 Tabel 4.6 Data massa jenis bahan bakar...54 Tabel 4.7 Data hasil perhitungan laju aliran bahan bakar (ṁ f ) dan Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc)...54 Table 4.8 Data hasil perhitungan efisiensi termal...57 Table 4.9 Data hasil rasio udara dan bahan bakar...58 Tabel 4.10 Hasil pengujian kadar CO dengan 4 jenis bahan bakar....60 Tabel 4.11 Hasil pengujian kadar CO 2 dengan 4 jenis bahan bakar....61 Tabel 4.12 Hasil pengujian kadar HC dengan 4 jenis bahan bakar....62 Tabel 4.13 Hasil pengujian kadar O 2 dengan 4 jenis bahan bakar....64 Table 4.14 Hasil Pengujian rata-rata nilai kalor bahan bakar...65 Table 4.15 Hasil pengujian rata-rata unjuk kerja motor bakar...65 11
Table 4.16 Hasil pengujian rata-rata emisi gas buang...66 Table 4.17 Perbandingan nilai kalor bahan bakar...67 Table 4.18 Perbandingan unjuk kerja bahan bakar...67 Table 4.19 Perbandingan emisi gas buang bahan bakar...68 12
DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan Laju massa udara dalam silinder Laju aliran bahan bakar Kg/jam Kg/jam AFR Rasio campuran bahan bakar dan udara B Diameter silinder mm CV Nilai Kalor Kj/Kg F Gaya N G Gaya gravitasi m/s 2 HHV Nilai kalor atas Kj/Kg LHV Nilai kalor bawah Kj/Kg m a massa aliran udara per siklus Kg/cyc-cyc n putaran rpm n v Efisiensi Volumetris P B Daya W P i Tekanan udara masuk ruang bakar kpa r c Rasio kompresi S Panjang langkah mm Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/w.jam t waktu jam T Torsi N.m Ti Temperatur udara masuk ruang bakar K V c Volume sisa m 3 V d Volume langkah m 3 η b Efisiensi thermal brake 13