PENGARUH REMAPPING PENGARUH REMAPPING DERAJAT DERAJAT PENGAPIAN PADA PENGGUNAAN BAHAN BAKAR CAMPURAN BENSIN DAN ETHANOL TERHADAP UNJUK KERJA MESIN MOTOR BENSIN EMPAT LANGKAH 110 CC
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Oleh : ADHE PRIHANDANA GANDAJATI NIM. I0402001
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010
PENGARUH REMAPPING PENGARUH REMAPPING DERAJAT DERAJAT PENGAPIAN PADA PENGGUNAAN BAHAN BAKAR CAMPURAN BENSIN DAN ETHANOL TERHADAP UNJUK KERJA MESIN MOTOR BENSIN EMPAT LANGKAH 110 CC
Adhe Prihandana Gandajati Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Abstrak Ethanol merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang terbaharukan. Ethanol dapat digunakan secara murni atau dicampurkan dengan bensin. Dalam penelitian ini , ethanol dengan kadar 96% dicampurkan dengan bensin premium. Bahan bakar campuran diuji dengan sepeda motor 110cc menggunakan pengapian CDI standar dan CDI programmable Rextor. Pengambilan data dilakukan dengan menggunakan dinamometer inersia. Campuran bensin dan ethanol dibuat dengan lima variasi komposisi, yakni 40% ethanol, 50% ethanol, 60% ethanol, 70% ethanol, dan 80% ethanol. Pengujian awal dilakukan dengan menggunakan CDI standar, selanjutnya dilakukan proses remapping derajat pengapian menggunakan CDI Rextor. Data yang diambil berupa daya mesin yang terukur pada roda belakang. Konsumsi bahan bakar diukur dengan menggunakan buret tete s. Hasil pengujian menunjukkan remapping derajat pengapian CDI Rextor dibandingkan dengan pengapian CDI standar, daya, torsi, dan efisiensi menunjukkan peningkatan. Besar peningkatan daya rata rata sebesar 3,3%, torsi rata rata sebesar 6,08 % dan dan efisiensi rata rata sebesar 8,3%. Nilai Nilai Sfc untuk E-40 dan E-50 dengan remapping derajat pengapian CDI Rextor terjadi peningkatan sebesar 62% dan 59%. Sedangkan untuk premium , E-60,E-70 dan E80 terjadi penurunan Sfc sebesar 15,5%, 7%,dan 18%. Kata kunci : ethanol, remapping, CDI Rextor, konsumsi bahan bakar, dynamometer inersia,daya mesin.
PENGARUH REMAPPING PENGARUH REMAPPING DERAJAT DERAJAT PENGAPIAN PADA PENGGUNAAN BAHAN BAKAR CAMPURAN BENSIN DAN ETHANOL TERHADAP UNJUK KERJA MESIN MOTOR BENSIN EMPAT LANGKAH 110 CC
Adhe Prihandana Gandajati Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Abstrak Ethanol merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang terbaharukan. Ethanol dapat digunakan secara murni atau dicampurkan dengan bensin. Dalam penelitian ini , ethanol dengan kadar 96% dicampurkan dengan bensin premium. Bahan bakar campuran diuji dengan sepeda motor 110cc menggunakan pengapian CDI standar dan CDI programmable Rextor. Pengambilan data dilakukan dengan menggunakan dinamometer inersia. Campuran bensin dan ethanol dibuat dengan lima variasi komposisi, yakni 40% ethanol, 50% ethanol, 60% ethanol, 70% ethanol, dan 80% ethanol. Pengujian awal dilakukan dengan menggunakan CDI standar, selanjutnya dilakukan proses remapping derajat pengapian menggunakan CDI Rextor. Data yang diambil berupa daya mesin yang terukur pada roda belakang. Konsumsi bahan bakar diukur dengan menggunakan buret tete s. Hasil pengujian menunjukkan remapping derajat pengapian CDI Rextor dibandingkan dengan pengapian CDI standar, daya, torsi, dan efisiensi menunjukkan peningkatan. Besar peningkatan daya rata rata sebesar 3,3%, torsi rata rata sebesar 6,08 % dan dan efisiensi rata rata sebesar 8,3%. Nilai Nilai Sfc untuk E-40 dan E-50 dengan remapping derajat pengapian CDI Rextor terjadi peningkatan sebesar 62% dan 59%. Sedangkan untuk premium , E-60,E-70 dan E80 terjadi penurunan Sfc sebesar 15,5%, 7%,dan 18%. Kata kunci : ethanol, remapping, CDI Rextor, konsumsi bahan bakar, dynamometer inersia,daya mesin.
INFLUENCE OF REMAPPING IGNITION TIMING ON USING BLENDED FUEL OF GASOLINE AND ETHANOL TOWARD ENGINE PERFORMANCE OF FOUR STROKE ENGINE MOTORCYCLE 110CC Adhe Prihandana Gandajati Mechanical Engineering Departement of Enginerring Faculty Sebelas Maret University
Abstract Ethanol is one of renewable fuel. Ethanol can be used as a fuel purely or blended with gasoline. In this investigation, used ethanol with concentration 96 % was blended with gasoline. The blended fuel was tested on the 110cc motor cycle engine, the ignition ignition used Standart CDI and Rextor Programable CDI. Data of engine was taken by inertia dynamometer. Blended fuel was variated five composition precentages of ethanol were added in gasoline are 40 % , 50%, 60%, 70%, and 80%. The begining investigation is done by standart CDI, furthermore used Rextor Programable CDI. Data which taken is the engine power which measured on the rear wheel. Fuel consumption is measured by using burret. The result of this research shows shows remapping ignition timing cdi rextor compared with ignition cdi standard, power, torque, and efficiency shows enhanced. Average power enhanced as big as 3,3%, average torque enhance as big as 6,08 % and average efficiency enhance as big as 8,3%. The value of Sfc to E40 and E-50 with remapping ignition timing shows enhanced as big as 62% and 59%. While for premium,E-60,E-70,and E-80 happen depreciation sfc as big as 15,5%, 7%,dan 18%. Key words : ethanol, remapping, CDI Rextor, fuel consumtion, inertia dynamometer, power engine.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat, hidayah dan bimbingan-Nyalah penulis dapat menyelesaikan sripsi ini. Adapun tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis menghaturkan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan skripsi ini, khususnya kepada: 1.
Bapak Dody Ariawan, S.T. M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS.
2.
Bapak Tri Istanto, S.T. M.T. selaku sela ku pembimbing akademik.
3.
Bapak Rendy Adhy Rachmanto, S.T. M.T. selaku pembimbing skripsi I yang dengan sabar dan penuh pengertian telah memberikan banyak bantuan dalam penelitian dan penulisan skripsi ini.
4.
Bapak Suyitno, S.T. M.T. Dr. Tech. selaku pembimbing skripsi II yang telah banyak memberikan masukan-masukan yang berharga.
5.
Bapak Syamsul Hadi, S.T. M.T., selaku koordinator skripsi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS.
6.
Seluruh staf Tata Usaha Jurusan Teknik Mesin UNS yang telah banyak membantu kelancaran administrasi.
7.
Keluarga besar Mototech Indonesia yang telah banyak membantu dalam pengambilan data skripsi.
8.
Bapak, ibu dan seluruh keluarga besar yang telah banyak mendoakan dan memberikan restu.
9.
DIC Racing Motorsport yang telah banyak membantu menyediakan alat.
10. Teman- teman mahasiswa Teknik Mesin UNS. 11. Keluarga besar Grha UKM UNS yang telah memberikan bantuan material dan spiritual.
Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terima kasih.
Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat digunakan sebagaimana mestinya. Surakarta, April 2010
Adhe Prihandana Gandajati
DAFTAR ISI
Halaman ABSTRAK ..................................................................................................... v KATA PENGANTAR ................................................................................... vii DAFTAR ISI ................................................................................................... ix DAFTAR TABEL ........................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xi DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xii BAB I. PENDAHULUAN .............................................................................. 1 1.1. Latar Belakang ............................................................................. 1 1.2. Perumusan Masalah ..................................................................... 2 1.3. Batasan Masalah .......................................................................... 2 1.4. Tujuan dan Manfaat ..................................................................... 2 1.5. Sistematika Penulisan .................................................................. 2 BAB II. DASAR TEORI... ............................................................................. 4 2.1 Tinjauan Pustaka........................................................................... 4 2.2 Mesin Pembakaran Dalam ............................................................ 5 2.3 Motor Bakar Empat Langkah ....................................................... 6 2.4 Bahan Bakar Ethanol .................................................................... 8 2.5 Capasitor Discharge Ignition Programmable .............................. 10 2.6 Dinamometer inersia..................................................................... 15 2.7 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik dan Efisiensi Mesin ................. 16 BAB III. METODE PENELITIAN ................................................................ 18 3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................................ 18 3.2 Bahan ........................................................................................... 19 3.2.1 Spesifikasi Bahan Bakar ...................................................... 19 3.2.2 Spesifikasi CDI Programmable Rextor ............................... 20 3.2.3 Fitur CDI Programable Rextor............................................ 20 3.3 Alat ............................................................................................... 21 3.4 Pelaksanaan Penelitian ................................................................. 23 3.4.1 Membuat Campuran Bahan Bakar ...................................... 23 3.4.2 Pengujian Campuran Bahan Bakar ...................................... 24 BAB IV. DATA DAN ANALISA .................................................................. 26 4.1 Hasil Pengujian CDI Standar ........................................................ 26 4.2 Hasil Pengujian Dengan Derajat Pengapian Flat CDI REXTOR 29 4.3 Penentuan Remapping Derajat Pengapian .................................... 34 4.4 Hasil Pengujian Dengan Remapping Derajat Pengapian CDI Rextor ........................................................................................... 35 BAB V. PENUTUP......................................................................................... 39 5.1 Kesimpulan ................................................................................... 39 5.2 Saran ............................................................................................. 39 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 40 LAMPIRAN .................................................................................................... 41
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1
Perbandingan sifat thermal, fisika, dan kimia dari ethanol/bioethanol dan bensin premium ……............
10
Tabel 3.1
Tabel sifat bahan bakar ……………………………..
19
Tabel 3.2
Tabel nilai kalor dan specific gravity………………….
19
Tabel 4.1 Tabel derajat pengapian remapping CDI programmable Rextor………………………………………………..
34
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12 Gambar 4.13 Gambar 4.14
Gambar 4.15
Halaman Langkah hisap …………………………………………................. 6 Langkah kompresi…………………………………........................ 7 Langkah tenaga…….........................................................………... 7 Langkah buang………………......................................................... 7 Siklus Otto……………………………………………………….... 8 Skema sistem CDI…………………………………….................... 11 Skema programmable CDI Rextor……………............................... 12 Perhitungan delta pengapian............................................................. 13 Tabel derajat pengapian.................................................................... 14 Roller inersia dinamometer.............................................................. 15 Diagram alir penelitian …………………........................................ 18 CDI Programable Rextor ………………....................................... 20 Dinamometer Inersia ……………………….................................... 22 Gelas Ukur............................................…………………................ 23 Burret tetes................................................. ………………….......... 23 Tabel derajat pengapian …………................................................... 24 Grafik tenaga mesin terhadap putaran mesin menggunakan CDI standar.......................................…………....................................... 26 Grafik torsi terhadap putaran mesin menggunakan CDI standar ... 26 Grafik konsumsi bahan bakar terhadap putaran mesin menggunakan CDI standar …………………….............................. 27 Grafik sfc terhadap putaran mesin menggunakan CDI standar....... 27 Grafik effisiensi terhadap putaran mesin menggunakan CDI standar.............................................................................................. 28 Grafik derajat pengapian flat terhadap daya dan putaran mesin bahan bakar premium........................................................................ 29 Grafik derajat pengapian flat terhadap daya dan putaran mesin bahan bakar E-40.............................................................................. 30 Grafik derajat pengapian flat terhadap daya dan putaran mesin bahan bakar E-50.............................................................................. 31 Grafik derajat pengapian flat terhadap daya dan putaran mesin bahan bakar E-60.............................................................................. 32 Grafik derajat pengapian flat terhadap daya dan putaran mesin bahan bakar E-70.............................................................................. 32 Grafik derajat pengapian flat terhadap daya dan putaran mesin bahan bakar E-80.............................................................................. 33 Grafik daya terhadap putaran mesin menggunakan pengapian hasil remapping CDI programmable REXTOR....................................... 35 Grafik torsi terhadap putaran mesin menggunakan pengapian hasil remapping CDI programmable REXTOR....................................... 35 Grafik konsumsi bahan bakar terhadap putaran mesin menggunakan pengapian hasil remapping CDI programmable REXTOR.......................................................................................... 36 Grafik sfc terhadap putaran mesin menggunakan pengapian hasil remapping CDI programmable REXTOR....................................... 36
Gambar 4.16
Grafik effisiensi terhadap putaran mesin menggunakan pengapian hasil remapping CDI programmable REXTOR...............................
37
LAMPIRAN
Lampiran 1 Tabel Pengujian CDI Standar....................................................... Lampiran 2 Tabel Pengujian Pengapian Derajat Flat Bahan Bakar Premium.. Lampiran 3 Tabel Pengujian Pengapian Derajat Flat Bahan Bakar E-40........ Lampiran 4 Tabel Pengujian Pengapian Derajat Flat Bahan Bakar E-50........ Lampiran 5 Tabel Pengujian Pengapian Derajat Flat Bahan Bakar E-60........ Lampiran 6 Tabel Pengujian Pengapian Derajat Flat Bahan Bakar E-70........ Lampiran 7 Tabel Pengujian Pengapian Derajat Flat Bahan Bakar E-80........ Lampiran 8 Tabel Pengujian Remapping CDI Rextor..................................... Lampiran 9 Tabel Konsumsi Bahan Bakar...................................................... Lampiran 10 Tabel SFC...................................................................................... Lampiran 11 Tabel Efisiensi Mesin..................................................................... Lampiran 12 Tabel Torsi...................................................................................... Lampiran 13 Tabel Torsi......................................................................................
42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Bahan
bakar
fosil
merupakan
sumber
energi
yang
tidak
dapat
diperbaharui. Saat ini jumlah cadangan minyak bumi yang ada semakin menipis. Hal ini menyebabkan adanya fluktuasi suplai dan harga bahan bakar minyak. Kelangkaan bahan bakar minyak yang terjadi belakangan ini telah memberikan dampak yang sangat luas dalam kehidupan masyarakat. Sektor yang paling cepat terkena dampaknya adalah sektor transportasi. Indonesia memiliki banyak sumber daya alam yang bisa diolah menjadi bahan bakar terbaharukan. Salah satu jenis bahan bakar terbaharukan yang aman terhadap lingkungan adalah bio-ethanol. Bio-ethanol dibuat dari bahan baku tanaman yang mengandung pati seperti ubi kayu, ubi jalar, jagung, dan sagu melalui proses fermentasi. Sebagai bahan bakar alternatif, bio-ethanol dapat digunakan secara murni atau dicampurkan dengan bensin. Bio-ethanol yang secara teoritik memiliki angka oktan di atas standar maksimal bensin, cocok diterapkan sebagai substitusi sebagian ataupun keseluruhan pada mesin bensin. Mesin bensin empat langkah sangat umum digunakan saat ini. Proses pembakaran dalam mesin bensin empat langkah dipengaruhi oleh adanya campuran udara dengan bahan bakar, tekanan kompresi, dan pengapian. Penggunaan bahan bakar campuran bensin dan bio-ethanol akan menyebabkan perubahan pada unjuk kerja mesin. Ethanol mempunyai nilai oktan yang lebih tinggi daripada premium menyebabkan lebih sulit terbakar. Sehingga untuk mendapatkan unjuk kerja yang optimum perlu dilakukan beberapa modifikasi pada mesin. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah modifikasi pengapian. Pada penelitian ini akan dibahas mengenai pengaruh remapping derajat pengapian terhadap unjuk kerja mesin bensin empat langkah dengan bahan bakar campuran bensin dan ethanol.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan sebagai berikut: 1.
Bagaimana pengaruh penggunaan bahan bakar campuran bensin dan bioethanol terhadap unjuk kerja mesin bensin empat langkah.
2.
Bagaimana pengaruh remapping derajat pengapian terhadap unjuk kerja mesin dengan bahan bakar campuran bensin dan ethanol.
1.3 Batasan Masalah
Dalam penelitian ini permasalahan dibatasi pada : 1. Mesin yang digunakan adalah Suzuki Smash FD 110 XCSD kondisi standar. 2. Pengujian dilakukan dengan beban tetap. 3. CDI programmable Rextor versi 17B beserta software pemrograman dengan
platform JAVA Runtime 6. 4.
Pengujian kinerja menggunakan dinamometer inersia.
5. Bahan bakar menggunakan bensin premium dan ethanol 96%. 6. Pengujian pada suhu kamar. 7. Data yang diambil merupakan daya dan torsi pada roda belakang.
1.4 Tujuan dan Manfaat
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penggunaan campuran bensin dan ethanol pada mesin bensin empat langkah dan optimalisasi unjuk kerja dengan remapping derajat pengapian. Manfaat dari penelitian ini adalah mengetahui perbandingan campuran bahan bakar yang sesuai dengan derajat pengapian yang tepat untuk mendapatkan unjuk kerja mesin bensin empat langkah yang optimum.
1.5 Sistematika Penulisan
1. Bab I Pendahuluan, berisi latar belakang penelitian, tujuan dan manfaat penelitian, perumusan masalah, batasan masalah dan sistematika penulisan. 2. Bab II Dasar Teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan mesin pembakaran dalam, teori tentang motor bakar, siklus dan berbagai sistem kompleks yang berhubungan dengan motor bakar termasuk sistem pengapian.
3. Bab III Metode Penelitian, berisi bahan yang diteliti, mesin dan alat yang digunakan pada penelitian, tempat penelitian serta pelaksanaan penelitian. Pengujian mesin dilakukan dengan mengambil data tenaga, torsi, suhu dan kelembaban udara. 4. Bab IV Data dan Analisa, berisi data hasil pengujian dan analisa data hasil pengujian. Hasil pengujian digunakan untuk mengetahui pengaruh derjat pengapian terhadap kinerja mesin. 5. Bab V Penutup, berisi kesimpulan penelitian dan saran yang berkaitan dengan penelitian yang dilakukan.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Wei Dong Hsieh (2002), telah meneliti unjuk kerja mesin dan polusi gas buang dari penggunaan bahan bakar campuran bensin dan ethanol pada mesin bensin. Variasi campuran bensin dan ethanol yang dipakai adalah 0%, 5%, 10%, 20%, dan 30%. Hasil penelitiannya menyebutkan bahwa dengan peningkatan kandungan ethanol, nilai kalor (heating value) campuran bahan bakar menurun, tetapi angka oktan bahan bakar meningkat. Hasil pada pengujian mesin menunjukkan
bahwa
penggunaan
campuran
ethanol
dan
bensin
akan
meningkatkan torsi dan konsumsi bahan bakar. Topgul (2006), telah meneliti unjuk kerja mesin dan emisi gas buang dari penggunaan campuran bensin tanpa timbal – ethanol (E10, E20, E40, E60). Percobaan dilakukan dengan variasi rasio kompresi dan timing pengapian pada kecepatan konstan 2000 rpm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa campuran bensin tanpa timbal ethanol akan meningkatkan torsi dan mengurangi emisi karbon monoksida ( CO) dan Hidrocarbon ( HC). Atok Setiawan (2007), meneliti pengaruh ignition timing dan compression
ratio pada unjuk kerja dan emisi gas buang motor bensin berbahan bakar E85. Pengujian dilakukan dengan variasi timing ignition 150 – 350 sebelum titik mati atas (TMA) dan compression ratio 9/1, 9,4/1, 9,85/1, dan 10,2/1. Pemajuan
igniton timing dan compression ratio dapat meningkatkan unjuk kerja motor bensin dibandingkan dengan kondisi standar. Ignition timing terbaik dicapai pada 30 sebelum TMA sedangkan compression ratio tercapai pada kondisi maksimum, yaitu 10,2 :1. Wisnu Pranowo (2008), meneliti penentuan derajat pengapian mesin Honda C 100 menggunakan programmmable CDI dengan menganalisa tenaga yang dihasilkan. Pengujian dilakukan dengan menggunakan pengapian derajat flat dari 1º sampai dengan 19º. Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa derajat pengapian yang digunakan mesin pada saat beroperasi adalah pada rentang 11°
hingga 19° BTDC dan tenaga tertinggi sebesar 7,2 hp saat putaran mesin 7250 rpm pada gear 3. Wiranto Arismunandar (1988), pada motor otto, waktu kelambatan penyalaan ( delay period ) yaitu waktu antara terjadinya loncatan listrik pada busi dan saat mulai terjadinya nyala pembakaran, yaitu berkisar antara 15-40 derajat atau 1,7- 4,5 ms pada putaran 1500 rpm. Waktu kelambatan penyalaan itu boleh dikatakan konstan. Oleh karena itu makin tinggi kecepatan mesin, saat penyalaan itupun harus diajukan untuk memberikan waktu pembakaran yang sama. A. Graham Bell (1999), dalam bukunya menjelaskan bahwa komponen bahan bakar mempengaruhi kecepatan pembakaran. Bensin terbakar lebih cepat sehingga tidak membutuhkan pengapian yang lebih maju daripada jenis bahan bakar yang lain. Bahan bakar alkohol terbakar lebih lambat sehingga membutuhkan pengapian yang lebih maju.
2.2 Mesin Pembakaran Dalam
Mesin pembakaran dalam atau internal combustion engine , sangat umum digunakan dalam dunia kehidupan kita. Penggunaan mesin ini sebagai alat transportasi, sumber penggerak alat produksi, generator listrik dan sebagainya. Mesin-mesin pembakaran dalam secara umum dikenal berbahan bakar bensin dan solar. Masing-masing mesin berbahan bakar tersebut memiliki karakteristik yang berbeda, untuk mesin berbahan bakar solar : 1. Pengapian terjadi karena proses kompresi, maka sering disebut dengan
compression ignition engine . 2. Rasio kompresi ruang bakar tinggi antara 17-22 : 1. 3. Putaran mesin rendah dan torsi tercapai pada putaran rendah pula. 4. Suhu mesin tinggi karena kompresi mesin yang tinggi. Karakteristik mesin bensin : 1. Pengapian dilakukan oleh busi yang dikendalikan platina atau CDI ( capasitor
discharge ignition ) 2. Rasio kompresi pada ruang bakar rendah atara 8-11 : 1. 3. Putaran mesin tinggi, tenaga dan torsi yang dihasilkan lebih tinggi dari mesin diesel dengan kapasitas yang sama.
4. Suhu mesin yang relatif lebih rendah. Untuk selanjutnya pembahasan dipusatkan pada mesin bensin 4 langkah, sesuai dengan mesin untuk penelitian yang diujikan. Mesin tipe ini sangat umum digunakan dengan pertimbangan ekonomis yang tinggi.
2.3 Motor Bakar Empat Langkah
Mesin empat langkah merupakan mesin yang populer digunakan sebagian besar pabrikan otomotif. Motor bakar empat langkah memerlukan empat kali gerakan piston naik turun atau dua kali putaran poros engkol atau 720° untuk mendapatkan sekali langkah tenaga. Jika dibandingkan dengan mesin dua langkah, mesin empat langkah mempunyai reaksi yang lebih lambat dalam akselerasi. Dengan mengunakan mekanisme katup, maka efisiensi dari mesin ini lebih baik dari motor dua langkah karena bahan bakar yang terbuang lebih sedikit, namun kontruksi mesin menjadi lebih rumit. Siklus mesin empat langkah atau siklus Otto yang dijelaskan sebagai berikut : a. Udara dan bensin bergerak menuju ruang bakar karena perbedaan tekanan antara atmosfer dan ruang bakar, diperlihatkan pada Gambar 2.1. Saat piston bergerak dari TMA ke TMB, katup masuk terbuka, katup buang tertutup, sehingga terjadi perubahan volume pada ruang bakar, hal ini mengakibatkan turunnya tekanan ruang bakar, sedangkan tekanan luar tetap, maka udara akan bergerak masuk ke ruang bakar. Katup masuk terbuka
Katup buang tertutup TMA
TMB
Gambar2.1 Langkah Hisap
b. Gambar 2.2 memperlihatkan kondisi katup masuk dan buang tertutup, piston bergerak dari TMB menuju TMA. Volume ruang bakar akan mengecil dan campuran udara serta bensin akan terkompresi. Pada proses ini terjadi kenaikan tekanan dan suhu ruang bakar.
Katup masuk tertutup
Katup buang tertutup
TMA
TMB
Gambar 2.2 Langkah Kompresi
c. Saat piston akan mendekati TMA, campuran udara bensin diledakan oleh sistem pengapian yang diperlihatkan pada Gambar 2.3. Pengapian terjadi sesaat sebelum piston mendekati TMA. Hal ini perlu diperhatikan karena proses pembakaran membutuhkan waktu untuk merambat dan membakar seluruh campuran udara bensin di ruang bakar. Untuk mendapatkan tenaga yang maksimal, maka harus didapatkan tekanan maksimum sesaat setelah TMA.
Katup masuk tertutup
Katup buang tertutup TMA
TMB
Gambar 2.3 Langkah Tenaga
d. Proses pembakaran yang terjadi akan meninggalkan sisa gas. Proses selanjutnya adalah terbukanya katup buang saat piston mendekati TMB dan akan mulai bergerak keatas yang diperlihatkan pada Gambar 2.4. Gas buang sisa pembakaran akan terdorong keatas melewati saluran buang hingga saat piston pada TMA. Piston pada TMA akan bergerak ke TMB kembali dan siklus ini akan berulang kembali. Katup masuk tertutup
Katup buang terbuka TMA
TMB
Gambar 2.4 Langkah Buang
p C
B
D
O
A
V2
V1
V
Gambar 2.5 Siklus Otto
Proses termodinamika yang terjadi pada mesin bensin adalah siklus Otto.
•
Proses O-A, udara dihisap masuk kedalam silinder volume berubah dari V 2 menjadi V1.
•
Proses A-B, gas dikompresi dari V 1 ke V2 tekanan naik dari PA menjadi PB.
•
Proses B-C, terjadi proses pembakaran (dari percikan api busi). Pada proses ini volume dijaga konstan, sehingga tekanan dan temperatur naik.
•
Proses C-D, gas berekspansi secara adiabatik , melakukan kerja.
•
Proses D-A, kalor dilepas dan tekanan turun pada volume konstan.
•
Proses A-O, akhir proses gas sisa dikeluarkan.
2.4 Bahan Bakar Ethanol
Salah satu bahan bakar yang dapat digunakan untuk menggantikan bensin adalah ethanol. Ethanol yang sering juga disebut etil alkohol rumus kimianya adalah C2H5OH , bersifat cair pada temperatur kamar. Ethanol dapat dibuat dari
proses fermentasi dan distilasi beberapa jenis tanaman seperti tebu, jagung, singkong atau tanaman lain yang kandungan karbohidratnya tinggi. Proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air dilakukan dengan penambahan air dan enzyme; kemudian dilakukan proses peragian atau fermentasi gula menjadi ethanol dengan menambahkan yeast atau ragi. Reaksi yang terjadi pada proses produksi ethanol/bio-ethanol secara sederhana ditujukkan pada reaksi berikut. H2O + (C6H10O5)n + enzyme ------------------------- n C6H12O6 (pati)
(glukosa)
(C6H12O6)n ----------------------------------------- 2n C2H5OH + 2n CO2. (glukosa)
yeast (ragi)
(ethanol)
Dalam proses gelatinasi, bahan baku ubi kayu, ubi jalar, atau jagung dihancurkan dan dicampur air sehingga menjadi bubur, yang diperkirakan mengandung pati 27-30 persen. Kemudian bubur pati tersebut dimasak atau dipanaskan selama 2 jam sehingga berbentuk gel. Proses fermentasi dimaksudkan untuk mengubah glukosa menjadi ethanol/bio-ethanol (alkohol) dengan menggunakan yeast . Pada umumnya hasil fermentasi adalah bio-ethanol atau alkohol yang mempunyai kemurnian sekitar 30 – 40% dan belum dapat dikategorikan sebagai fuel based ethanol. Agar dapat mencapai kemurnian diatas 95%, maka alkohol hasil fermentasi harus melalui proses destilasi. Proses destilasi dilakukan untuk memisahkan alkohol dengan air dengan memperhitungkan perbedaan titik didih kedua bahan tersebut yang kemudian diembunkan kembali Dari berbagai penelitian yang telah dilakukan, terdapat beberapa karakteristik internal ethanol yang menyebabkan ethanol dapat digunakan sebagai bahan pengganti bensin. Berikut adalah beberapa karakteristik bahan bakar ethanol bila dibandingkan dengan bensin (pre mium).
Tabel 2.1 Perbandingan sifat thermal, fisika, dan kimia dari ethanol/bioethanol dan bensin premium
no. 1.
Keterangan
unit
ethanol
premium
5023,3
8308
6,4
1,8
bar
0,2
0,8
MON
94
82
RON
111
91
3
10
363
221-260
0,6
1
52,1 13,1 34,7 4
87 13 0 6,7
9
14,8
sifat termal kkal/ liter kkal/ liter
a. nilai kalor b. panas penguapan pada 20˚ C c. tekanan uap pada 38˚C d. angka oktan motor e. angka oktan riset f. index cetan g. suhu pembakaran sendiri h.
perbandingan
nilai
bakar
˚C terhadap
premium 2.
3.
sifat kimia a. analisis berat C H O C/H b. keperluan udara (kg udara/ kg bahan bakar) sifat fisika 1. berat jenis 2. titik didih 3. kelarutan dalam air
g/cm ˚C
0,8 78 ya
0,7 32-185 tidak
2.5 Capasitor Discharge Ignition Programmable
CDI merupakan sistem pengapian yang menentukan kapan terjadinya pengapian berdasarkan putaran mesin. Pengapian yang terjadi dikendalikan oleh IC (integrated circuit ) yang telah diberi masukan data sebelumnya. Data yang disimpan berupa derajat pengapian terhadap putaran mesin dan tidak dapat dirubah kembali. CDI pada Suzuki FD 110 XCSD menggunakan jenis tersebut. Skema dari sistem CDI ini diberikan pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Skema Sistem CDI
Gambar diatas memperlihatkan jenis CDI DC ( direct current ) yang menggunakan sumber arus listrik dari battery. Arus listrik tersebut dinaikkan tegangannya sebelum mengisi kapasitor. Pengapian akan terjadi jika pulser mendapat sinyal dari magnet, sinyal tersebut diteruskan menuju IC dan selanjutnya kapasitor akan ter-discharge . Muatan listrik tersebut menuju coil dan berakhir pada busi. CDI programmable bekerja dengan prinsip yang sama dengan CDI di atas, namun derajat pengapiannya dapat diubah terhadap putaran mesin. CDI
proggramable yang digunakan dalam penelitian ini adalah CDI proggramable Rextor. Pengendalian dari sistem CDI programmable ini dilakukan oleh mikrokontroler. Pada CDI programmable Rextor, digunakan IC Motorola™ 8 Kbyte MC908KX8 sebagai otak pengendalinya. Data di input dari software melalui bantuan PC ( personal computer ) menuju CDI programmable dengan konektifitas kabel serial RS 232, data tersebut kemudian disimpan dalam IC. Skema dari CDI programable Rextor seperti pada Gambar 2.7.
Rextor Programmable CDI model DC Monster
Data Storage Unit
AC Voltage Maximum 100 Volts
7
Low Voltage IC Regulator
8
DC Voltage 5 Volts
Pulse signal digitzer
5
Data Communication interface to Personal Computer/ Laptop
CDI Central Processor Unit
4
6
Thyristor Driver
3
Pulser Signal Coil
40 KV
Ignition Coil
12 V
380 V Spark Plug
Rotating Engine Rotor Magnet
Voltage Inverter 12 volts to 350 volts Firing Area
12 Volts Battery
1
2
Engine/ motorbike chassis ground
CDI Internal Circuit
Gambar 2.7 Skema CDI proggramable Rextor
Keterangan gambar : 1. Rectifier and High Voltage Regulator Area; rangkaian penyearah dan pengatur tegangan tinggi. Berisi rangkaian pembatas tegangan untuk diumpan ke kumparan pembangkit api busi. 2. Firing Area ; rangkaian
pengapian,
digunakan
untuk
menyalakan
kumparan pembangkit api busi. Komponen utama adalah thyristor dan kapasitor, sistem penyalaannya dikendalikan oleh blok nomer 3. 3. Thyristor Driver , rangkaian pengendali thyristor . 4. Central Processor Unit / CPU. Sistem komputer utama pengendali CDI, mengatur segala fungsi CDI mulai dari pengendalian sistem pengapian hingga komunikasi dengan personal computer untuk keperluan tuning data. 5. Pulse Signal Digitzer ; rangkaian untuk mengubah level sinyal analog ke level sinyal digital supaya bisa dibaca oleh CPU.
6. Data Communication Interface, rangkaian komunikasi dengan personal
computer . 7. Data Storage Unit , rangkaian berisi IC Memori/ EEPROM untuk menyimpan data setting. 8. Power supply khusus untuk CPU.
Derajat pengapian yang dimasukan dalam CDI programmable akan dibaca sebagai fungsi waktu oleh IC. Besar derajat pengapian akan berbanding terbalik dengan penundaan waktu pengapian. Makin besar derajat yang dimasukan, semakin singkat waktu penundaan pengapian. Penundaan waktu tersebut dimulai saat pulser mendapat sinyal dari pick-up magnet hingga derajat yang telah ditentukan. Perhitungan lebar derajat pengapian pada mesin adalah seperti Gambar 2.8, sebagai contoh pada Suzuki smash 110.
Daerah posisi pengapian = sudut a1 – sudut a2
Tanda titik TOP stator
a2
a1
Sudut a2 adalah sudut pulser (pulser angel)
Sudut a1 adalah sudut pickup (pick-up angel)
Gambar 2.8 Perhitungan Lebar Derajat Pengapian
Lebar derajat pengapian ini selanjutnya akan disebut delta. Delta suzuki Smash 110 adalah sebesar :
65°( pickup angle) − 45°( pulser angle) = 20° Delta tersebut digunakan sebagai acuan derajat paling awal saat pengapian dari CDI programmable. Ketika pulser mendapat sinyal dari pick-up magnet, CDI
akan membacanya sebagai 28° sebelum TMA saat itu. Informasi lain yang akan masuk menuju CDI yaitu putaran mesin, dari putaran mesin tersebut CDI akan menghitung berapa lama penundaan waktu yang diperlukan untuk sampai pada derajat pengapian yang kita inginkan. Misal pulser membaca putaran mesin sebesar 2000 rpm, maka pada CDI akan menghitung kecepatan untuk menempuh tiap derajat sebagai berikut :
2000 rpm =
2000 60
rps = 33,3 rotasi / sec ond
1 putaran = 1 s / 33,3 = 0,03 s Waktu untuk menempuh 1 derajat =
0,03 s 360°
= 8,33 × 10 -5 s / derajat
Setelah diketahui kecepatan tiap derajat pada putaran 2000 rpm, CDI akan menghitung kembali berapa waktu yang diperlukan untuk sampai pada derajat pengapian yang dimasukkan dalam tabel. Sebagaimana yang terlihat pada gambar 2.9.
Gambar 2. 9 Tabel Derajat Pengapian
Pada 2000 rpm kita kehendaki pengapian terjadi 3° sebelum TMA. Maka CDI akan mengitung waktu yang diperlukan untuk mencapai 3° sebelum TMA tersebut sebagai berikut :
20°(delta) − 3°( sudut pengapian) = 17°
17° adalah jarak yang ditempuh dari awal pulser mendapat sinyal hingga saat pengapian yaitu 3° sebelum TMA. Maka CDI akan menunda waktu pengapian selama : 8,33 × 10 -5 ( s / derajat ) × 17° = 1,42 × 10 -3 sec ond
2.6 Dinamometer Inersia
Dinamometer digunakan sebagai alat untuk mengukur unjuk kerja mesin. Kinerja mesin yang diukur berupa torsi dan daya motor. Pengukuran kinerja mesin pada dinamometer akan mendapatkan besar nilai torsi, selanjutnya baru didapatkan daya motor melalui perhitungan dengan melibatkan nilai torsi yang didapat sebelumnya. Model dinamometer yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis inersia. Jenis ini memungkinkan untuk pengetesan mesin pada rangka motor dan langsung pada roda belakang. Sehingga hasil yang didapat merupakan data unjuk kerja bersih setelah dikurangi rugi-rugi dari gesekan, transmisi dan sebagainya. Pada inersia dyno terdapat beban tetap untuk pengujian berupa massa silinder pejal, yaitu media yang digerakkan oleh roda belakang dari kendaraan. Silinder pejal dengan massa tertentu tersebut jika berputar akan memiliki besaran yang disebut dengan momen inersia ( I ) dan percepatan sudut (α). Percepatan sudut didapat dari sensor kecepatan yang terdapat disamping silinder. Dari kedua data yang didapat tersebut dan dengan modul yang digunakan, dilakukan perhitungan untuk mengetahui besar torsi yang dibaca. Karena pembacaan inersia melibatkan percepatan, maka tidak mungkin akan didapatkan torsi pada keadaan putaran mesin tetap (α=0). Perhitungan untuk mendapatkan torsi dimulai dengan berputarnya roller inersia dinamometer seperti Gambar 2.10, berputarnya roller akan menghasilkan momen inersia sebagai berikut :
R
Gambar 2.10 Roller Inersia Dinamometer
Momen inersia silinder pejal = I =
MR 2 2
(kg m ) ……..……..(1) 2
Dimana :
M = massa silinder R = jari − jari silinder Dari putaran silinder ini, diperoleh perubahan kecepatan sudut berbanding waktu. Perbandingan keduanya untuk menghitung α (percepatan sudut) dengan rumus :
radian ∂ω s ………..…..(2) α = ∂t s
Dimana :
∂
= perubahan kecepatan sudut
∂t = perubahan waktu Dari hasil α, dapat dihitung torsi T yang dihasilkan mesin, dengan persamaan :
T = I .α ………........................…..(.3) Torsi untuk silinder pejal adalah
T = 0,5.m. R 2 .α ( N .m ) ………...…..(4) Dilanjutkan perhitungan daya mesin dengan persamaan :
P =
2π . N .T × 10 −3 60
(kW ) …………..(5)
Dimana : N = putaran mesin Setelah pengolahan data tersebut selesai dengan diketahui besar torsi dan daya mesin, data tersebut diolah oleh sistem GUI ( graphical user interface) untuk mendapatkan keluaran berupa grafik.
2.7 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik dan Efisiensi Mesin
Dalam pengujian mesin, konsumsi bahan bakar diukur berdasarkan aliran massa bahan bakar per unit waktu. Parameter yang lebih berguna adalah konsumsi bahan bakar spesifik ( specific fuel consumption) sfc. Sfc diukur berdasarkan aliran massa bahan bakar per unit daya yang dihasilkan. Sfc menggambarkan
besarnya efisiensi mesin dalam menggunakan bahan bakar untuk menghasilkan daya.
sfc =
& f m P
………………………(6)
Dimana :
Sfc = specific fuel consumption
& f = aliran massa bahan bakar ( g/s ) m P = daya yang dihasilkan ( kW )
Unjuk kerja mesin diukur berdasarkan perbandingan antara kerja yang dihasilkan dalam satu siklus dengan jumlah energi bahan bakar yang dilepaskan ketika mengalami proses pembakaran dalam satu siklus. η f
=
W c
& f Q HV m
=
Dimana : η f
= efisiensi mesin
Q HV = nilai kalor bakar
P
& f Q HV m
=
1
sfc ⋅ Q HV
………….(7)
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian
Rangkaian kegiatan penelitian secara garis besar dapat dilihat pada Gambar di bawah ini : mulai
Persiapan : Motor, CDI programmable, bahan bakar, dynamometer
Motor kondisi standar + bensin
Motor kondisi standar + bahan bakar campuran E40, E50, E60,E70,E80
Variasi derajat pengapian
Variasi derajat pengapian
Remapping pengapian
Remapping pengapian
Daya , torsi, sfc
Daya, torsi, sfc
Analisa data untuk bahan bakar bensin
Analisa data untuk bahan bakar campuran E40,E50,E60,E70,E80
Analisa data keseluruhan
selesai Gambar 3.1 Diagram alir penelitian
3.2 Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah : 1. Bahan bakar berupa bensin premium dan ethanol 96%. 2. CDI Programmable REXTOR
3.2.1 Spesifikasi bahan bakar
Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian adalah campuran bensin premium dan ethanol (gasohol). Kadar campuran yang diuji antara lain E-40, E50, E-60, E-70, dan E-80.
Tabel 3.1 Tabel sifat bahan bakar
no. 1.
keterangan sifat termal
unit
a. nilai kalor b. panas penguapan pada 20˚ C c. tekanan uap pada 38˚C d. angka oktan motor e. angka oktan riset f. index cetan g. suhu pembakaran sendiri h. perbandingan nilai bakar terhadap premium 2.
3.
kkal/ liter kkal/ liter bar MON RON
ethanol
5023,3
8308
6,4 0,2 94 111 3 363
1,8 0,8 82 91 10 221-260
0,6
1
52,1 13,1 34,7 4
87 13 0 6,7
9
14,8
0,8 78
0,7 32-185 tidak
˚C
sifat kimia a. analisis berat C H O C/H b. keperluan udara (kg udara/ kg bahan bakar) sifat fisika 1. berat jenis 2. titik didih 3. kelarutan dalam air
premium
g/cm ˚C ya
Tabel 3.2 Tabel nilai kalor dan specific gravity
no. 1. 2.
jenis pemeriksaan Specific Gravity at 60/60˚F Gross Heating Value, BTU/lb
E-40 0,7699 20079
hasil pemeriksaan E-50 E-60 E-70 0,7777 0,7841 0,7892 20034 19996 19966
E-80 0,796 19925
3.2.2 Spesifikasi CDI programmable REXTOR
Programmable CDI Rextor memiliki spesifikasi sebagai berikut : Microprocessor
: Motorola TM 8 KByte MC908KX8
Warna
: Merah
Berat Netto
: 439 - 452 gram
Gross
: 652 - 659 gram
Koneksi komunikasi data
: Serial Communication Port DB 9 (RS 232)
PC operating system
: Microsoft Windows 2000 / XP/ Linux all distro
USB to RS 232 converter
: Ver. 2.0
Tegangan kerja battery
: 11.5 - 16 Volt, 12.5 Volt (optimum)
Tegangan output CDI
: 250 Volt (rpm idle) 210 Volt (16,000 rpm)
Sistem proteksi
: Auto cut off low voltage (dibawah 10 Volt)
Koneksi yang tersedia
: 3 (main connector , RS 232, gear position sensor )
Gambar 3.2 CDI programmable REXTOR
3.2.3 Fitur CDI programmable REXTOR
Fitur pada programmable CDI Rextor antara lain : 1. Wide Range Programming Pulser Angle & Pick Up Angle . CDI memiliki setting pulser angle dan pick-up angle yang mampu disesuaikan dengan semua mesin. Tidak memerlukan modifikasi mekanis pulser ataupun posisi magnet untuk proses tuning pengapian. Akurasi program CDI digital mencapai 0.001 derajat. 2. Flexible Ignition Map Adjustment . Akurasi setiap titik kurva pengapian dalam selang 500 rpm mesin dan
limiter di 20000 rpm, dengan menyesuaikan setting kurva pada mesin akan diperoleh kemampuan maksimum mesin.
3. Engine Brake Overrun Effect Prevention . Disaat deselerasi dan menurunkan gigi, mesin berputar melebihi kemampuan maksimum, kurva pengapian dapat di setting untuk menghindari kerusakan mesin dengan memberikan batasan putaran mesin, pada putaran tersebut tidak akan terjadi pengapian. 4. Three mode controller ( single map and gear selected map )
Single map bekerja seperti CDI digital biasa dan gear selected map bekerja dengan sensor posisi gigi pada gear box mesin untuk memilih map pengapian sesuai posisi gigi. 5. Optimum data storage memory . Mampu menyimpan 14 macam setting kurva pengapian dalam satu unit CDI. Kurva pengapian disesuaikan dengan bermacam kondisi sirkuit, bahan bakar, rasio gigi, temperatur udara, kelembaban dan apapun seting optimum mekanik terhadap mesin. 6. Non Licensed Interface and Free Software . Bekerja minimal PC Pentium 2, 300 MHz, RAM 64 MB dengan sistem operasi minimum Windows 2000 atau Linux. Dengan CD ( compact disk ) program berplatform Java (Sun Microsystem) sehingga tidak memerlukan ijin untuk meng- install .
3.3 Alat
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1. Suzuki FD 110 XCSD Sepeda motor yang digunakan dalam pengujian yaitu Suzuki smash tahun 2004. Spesifikasi Suzuki FD 110 XCSD Tipe mesin
: 4 langkah, 1 silinder, SOHC, pendingin udara
Kapasitas
: 110cc
Bore x stroke (mm) : 53,5 x 48,8 mm Rasio kompresi
: 9,5 : 1
Transmisi
: 4 speed
2. Dinamometer Dinamometer yang digunakan adalah jenis dinamometer inersia, data yang ditampilkan berupa grafik tenaga dan torsi mesin. Variasi data dapat diatur terhadap waktu, kecepatan dan putaran mesin. Dinamometer yang digunakan dalam penelitian ini ditampilkan pada Gambar 3.3
Gambar 3.3 Dinamometer Inersia
Spesifikasi dinamometer : 1. Panjang : 220 cm 2. Lebar : 106 cm 3. Tinggi : 50 cm 4. Berat : ± 70 kg Spesifikasi roller : 1. Panjang : 60 cm 2. Diameter : 25 cm 3. Berat : ± 145 kg 4. Max roller rpm : 5000 rpm 5. Power : 50 hp 6. Speed : 235 km/jam
3. Laptop Digunakan untuk input data map pengapian ke dalam CDI programmable REXTOR.
4. Gelas ukur Digunakan untuk membuat campuran bahan bakar bensin premium dan ethanol.
Gambar 3.4 gelas ukur
5. Buret tetes Digunakan untuk mengukur laju konsumsi bahan bakar.
Gambar 3.5 buret tetes
3.4 Pelaksanaan Penelitian 3.4.1 Membuat Campuran Bahan Bakar
Bahan bakar yang digunakan berupa campuran bensin premium dan ethanol ( gasohol). Bensin premium dibeli dari satu tempat yaitu SPBU Sekarpace. Ethanol yang digunakan mempunyai kadar kemurnian 96% produk dari PT. Brataco. Bensin premium dan ethanol ditakar menggunakan gelas ukur
dan dicampur di dalam botol dengan cara dikocok secara manual. Campuran bensin premium dan ethanol dicampur sebelum pelaksanaan pengujian untuk menghindari terjadinya pemisahan antara bensin dan ethanol jika disimpan lama.
3.4.2 Pengujian Campuran Bahan Bakar
Proses pengujian dilaksanakan di Mototech Indonesia, dengan bantuan dan diawasi operator dinamometer. Rangkaian pelaksanaan pengujian diawali dengan menguji bahan bakar premium dan gasohol dengan menggunakan pengapian CDI standar. Pengujian selanjutnya dilakukan dengan menggunakan pengapian flat CDI programmable Rextor. Sebelum digunakan untuk pengujian, nilai derajat pengapian flat harus dimasukkan dulu ke dalam memori CDI programmable Rextor dengan menggunakan komputer atau laptop. Nilai derajat pengapian yang dimasukkan ke dalam CDI programmable REXTOR dicontohkan dalam gambar 3.6.
Gambar 3.6 Tabel derajat pengapian
Map yang dapat dimasukan dalam CDI adalah sebanyak 14 map, sehingga tahap pertama dimasukan map 1 derajat hingga map 14 derajat. Derajat pengapian terus dinaikan hingga mencapai 19 derajat sesuai dengan nilai delta pada magnet. Kondisi pengujian sepeda motor Suzuki FD 110 adalah sebagai berikut : Sistem pengapian
: CDI standar dan Programmable CDI Rextor
Tekanan ban
: 30 psi
Bahan bakar
: Premium dan gasohol
Temperatur
: 30 º C - 34º C
Kelembaban
: 80% - 90%
Putaran mesin saat awal pengujian dimulai dari 2500 rpm sesuai dengan kondisi dimana roda sepeda motor mulai berputar. Putaran mesin stasioner dinaikan hingga mencapai kondisi putaran mesin awal pengujian, kemudian ditahan beberapa saat baru dilakukan pengambilan data. Pembukaan gas dilakukan secara WOT (wide open throtlle ). Data yang didapatkan pada proses pengujian berupa grafik tenaga mesin terhadap putaran mesin. Data tenaga terhadap putaran mesin tersebut digunakan sebagai dasar analisa mencari derajat pengapian pada mesin Suzuki FD110. Konsumsi bahan bakar diukur dengan menggunakan buret tetes.
BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1 Hasil Pengujian dengan CDI Standar
Pengujian bahan bakar campuran bensin premium dan ethanol dilakukan menggunakan CDI standar sebagai pembanding unjuk kerja yang dihasilkan. Data hasil pengujian dengan menggunakan CDI standar ditunjukkan dalam gambar 4.1, gambar 4.2, gambar 4.3, gambar 4.4, dan gambar 4.5. 9 8 7
) p h ( a y a d
6 5 4 3 2 1 0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000 10000 11000
putaran mesin (rpm) premium
e40
e50
e60
e70
e80
Gambar 4.1 Grafik tenaga terhadap putaran mesin menggunakan pengapian CDI standar 10 9 8 7 ) m 6 N ( i 5 s r 4 o t 3 2 1 0 0
1000
2000 3000
4000
5000
6000
7000 8000
9000 10000 11000
putaran mesin (rpm) premium
e40
e50
e60
e70
e80
Gambar 4.2 Grafik torsi terhadap putaran mesin menggunakan pengapian CDI standar
0,45
) s / l m ( r a k a b n a h a b i s m u s n o k
0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0
1000
2000
3000
premium
4000
5000
6000
7000
putaran mesin (rpm) e40 e50 e60
8000
9000
e70
10000 11000
e80
Gambar 4.3 Grafik konsumsi bahan bakar terhadap putaran mesin menggunakan pengapian CDI standar
0,2 0,18
) s . W k / r g ( c f s
0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 0
1000
2000 3000 4000 5000
premium
6000 7000 8000 9000 10000 11000
putaran mesin (rpm) e40 e50 e60
e70
e80
Gambar 4.4 Grafik sfc terhadap putaran mesin menggunakan pengapian CDI standar
0,8 0,7
n 0,6 i s e 0,5 m i 0,4 s n e i s 0,3 i f e 0,2 0,1 0 0
1000
2000
3000
4000
5000 6000
7000
8000
9000 10000 11000
putaran mesin (rpm) premium
e40
e50
e60
e70
e80
Gambar 4.5 Grafik efisiensi terhadap putaran mesin menggunakan pengapian CDI standar
Hasil pengujian variasi bahan bakar campuran premium dan ethanol menggunakan CDI standar menunjukkan daya maksimal untuk premium 8,078 hp pada 6442 rpm, E-40 8,196 hp pada 7063 rpm, E-50 7,841 hp pada 6623 rpm, E60 7,628 hp pada 6798 rpm, E-70 7,079 hp pada 6274 rpm, dan E-80 6,821 hp pada 6409 rpm. Daya tertinggi dihasilkan oleh campuran premium dan ethanol E40. Peningkatan tenaga yang terjadi sebesar 1,46%. Hasil pengujian juga menunjukkan bahwa tenaga yang dihasilkan meningkat untuk penggunaan bahan bakar E-40 dan selanjutnya menurun untuk penggunaan bahan bakar E-50, E-60, E-70, E-80. Torsi maksimal yang dihasilkan dari hasil pengujian dengan menggunakan pengapian CDI standar yaitu untuk premium sebesar 9,06 Nm / 5475 rpm, E-40 sebesar 8,94 Nm / 3130 rpm, E-50 sebesar 8,58 Nm / 5680 rpm, E-60 sebesar 8,13Nm / 5830 rpm, E-70 sebesar 7,73 Nm / 6093 rpm, dan E-80 sebesar 7,29 Nm / 6223 rpm. Dari data tersebut menunjukkan semakin banyak campuran ethanol yang digunakan menyebabkan torsi turun. Konsumsi bahan bakar untuk pengujian dengan menggunakan CDI standar menunjukkan bahwa semakin besar kadar campuran ethanol menyebabkan konsumsi bahan bakar yang semakin banyak. Peningkatan konsumsi bahan bakar rata-rata untuk rentang putaran mesin 5000 sampai 9000 rpm adalah E-40 sebesar 8,94%, E-50 sebesar 4,36%, E-60 sebesar 6,38%, E-70 sebesar 14,56%, dan E-80
sebesar 31,78%. Specific fuel consumption rata- rata untuk setiap variasi bahan bakar yaitu, premium sebesar 0,045 g/kW.s, E-40 sebesar 0,051 g/kW.s, E-50 sebesar 0,054 g/kW.s, E-60 sebesar 0,057 g/kW.s, E-70 sebesar 0,091 g/ kW.s, E80 sebesar 0,103 g/kW.s. Efisiensi mesin juga menunjukkan semakin banyak ethanol yang dicampurkan menyebabkan efisiensi mesin menjadi turun.
4.2 Hasil Pengujian Dengan Derajat Pengapian Flat CDI Rextor
Pengujian
bahan
bakar
campuran
dengan
menggunakan
CDI
programmable Rextor dilakukan dengan memasukkan derajat pengapian flat terlebih dahulu untuk mencari dasar untuk melakukan proses remmaping . Pengapian flat yang digunakan yaitu pengapian sebesar 1 derajat hingga 19 derajat, diujikan secara bergantian untuk setiap variasi bahan bakar yang digunakan. Data hasil pengujian dengan menggunakan pengapian flat untuk setiap variasi bahan bakar ditunjukkan dalam gambar 4.6, gambar 4.7, gambar 4.8, gambar 4.9, gambar 4.10, dan gambar 4.11. 9 8 7
) p h ( a y a d
6 5 4 3 2 1 0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000 1 0000 11000
putaran mesin (rpm) 1º
2º
3º
4º
5º
6º
7º
8º
9º
11º
12º
13º
14º
15º
16º
17º
18º
19º
10º
Gambar 4.6 Grafik derajat pengapian flat terhadap daya dan putaran mesin bahan bakar premium
Dari hasil pengujian pengapian derajat flat untuk bahan bakar premium, menunjukkan tenaga dan putaran mesin cenderung naik sebanding dengan kenaikan derajat pengapian. Grafik juga menunjukkan tenaga akan naik sampai pada puncak tenaga di putaran mesin tertentu dan selanjutnya tenaga akan turun.
Puncak tenaga untuk setiap derajat pengapian flat dicapai pada rentang putaran mesin 5250 rpm sampai 6750 rpm .. Tenaga tertinggi dihasilkan pada derajat pengapian 16º BTDC sebesar 5,989 hp/6433 rpm. 9 8 7 ) 6 p h ( 5 a y 4 a d
3 2 1 0 0
1000 2000 3000 4000 5000
6000 7000 8000 9000 10000 11000
putaran mesin (rpm) 1º
2º
3º
4º
5º
6º
7º
8º
9º
11º
12º
13º
14º
15º
16º
17º
18º
19º
10º
Gambar 4.7 Grafik derajat pengapian flat terhadap daya dan putaran mesin bahan bakar E-40
Dari hasil pengujian untuk pengapian derajat flat untuk bahan bakar gasohol E-40 menunjukkan pola grafik yang sama dengan pengujian untuk bahan bakar premium. Puncak tenaga untuk setiap derajat pengapian flat dicapai pada rentang putaran mesin 5750 rpm sampai 7250 rpm. Tenaga tertinggi untuk pengujian pengapian derajat flat dengan bahan bakar E-40 dicapai pada derajat pengapian 19º BTDC sebesar 7,744 hp/ 7178 rpm. Untuk pengapian flat di bawah 7º menunjukkan daya tertinggi yang dihasilkan sebesar 5,362 hp dan range putaran mesin dibawah 9000 rpm. Untuk pengapian flat di atas 7º putaran mesin 10000 rpm.
mencapai range
9 8 7 6 ) p h ( 5 a y 4 a d 3 2 1 0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000 11000
putaran mesin (rpm) 1º
2º
3º
4º
5º
6º
7º
8º
12º
13º
14º
15º
16º
17º
18º
19º
9º
10º
11º
Gambar 4.8 Grafik derajat pengapian flat terhadap daya dan putaran mesin bahan bakar E-50
Pengujian pengapian flat dengan bahan bakar E-50 menunjukkan pola yang sama . Puncak tenaga untuk setiap derajat pengapian flat dicapai pada rentang putaran mesin 6250 rpm sampai 7500 rpm. Daya tertinggi untuk pengujian derajat flat dengan bahan bakar E-50 dicapai pada derajat pengapian 17º BTDC sebesar 7,882hp / 6740 rpm. Untuk pengapian flat di bawah 7º memiliki range putaran mesin di bawah 9250 rpm dengan daya tertinggi 6,501 hp/ 6684 rpm , sedangkan pengapian flat di atas 7º memiliki range rpm sampai dengan 10000 rpm. Pada pengujian menggunakan bahan bakar E-50, pengambilan data dimulai pada putaran mesin di atas 3000 rpm. Hal ini disebabkan pada putaran dibawah 3000 rpm kondisi mesin tidak bisa stasioner.
9 8 7
) p h ( a y a d
6 5 4 3 2 1 0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
putaran mesin (r pm) 1º
2º
3º
4º
5º
6º
7º
8º
9º
12º
13º
14º
15º
16º
17º
18º
19º
10º
11º
Gambar 4.9 grafik derajat pengapian flat terhadap daya dan putaran mesin bahan bakar E-60
Pengujian pengapian flat dengan bahan bakar E-60 menunjukkan pola yang sama . Puncak tenaga untuk setiap derajat pengapian flat dicapai pada rentang putaran mesin 5750 rpm sampai 7000 rpm. Daya tertinggi untuk pengujian derajat flat dengan bahan bakar E-60 dicapai pada derajat pengapian 17º BTDC sebesar 7,634hp / 6595 rpm. Kondisi mesin untuk putaran mesin di bawah 3000 rpm sulit untuk stasioner.
9 8 7
) p h ( a y a d
6 5 4 3 2 1 0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000 11000
putaran mesin (rpm) 1º
2º
3º
4º
5º
6º
7º
8º
12º
13º
14º
15º
16º
17º
18º
19º
9º
10º
11º
Gambar 4.10 grafik derajat pengapian flat terhadap daya dan putaran mesin bahan bakar E-70
Pengujian pengapian flat dengan bahan bakar E-70 menunjukkan pola yang sama . Puncak tenaga untuk setiap derajat pengapian flat dicapai pada rentang putaran
mesin 5250 rpm sampai 7250 rpm. Daya tertinggi untuk pengujian derajat flat dengan bahan bakar E-70 dicapai pada derajat pengapian 17º BTDC sebesar 7,206hp / 7036 rpm. Grafik tenaga juga menunjukan bahwa kondisi mesin yang tidak stabil dan sulit untuk stasioner.
9 8 7 6 ) p h ( a y a d
5 4 3 2 1 0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
10º
11º
12º
putaran mesin (rpm) 1º
2º
3º
4º
5º
6º
7º
13º
14º
15º
16º
17º
18º
19º
8º
9º
Gambar 4.11 grafik derajat pengapian flat terhadap daya dan putaran mesin bahan bakar E-80
Pengujian pengapian flat dengan bahan bakar E-80 menunjukkan pola yang sama . Puncak tenaga untuk setiap derajat pengapian flat dicapai pada rentang putaran mesin 5500 rpm sampai 6500 rpm. Daya tertinggi untuk pengujian derajat flat dengan bahan bakar E-80 dicapai pada derajat pengapian 16º BTDC sebesar 6,885hp / 6181 rpm. Grafik hasil pengujian memiliki pola naik turun yang menunjukkan kondisi mesin sulit untuk stasioner. Pengambilan data dilakukan dari putaran mesin 4000 rpm. Kondisi mesin dibawah putaran 4000 rpm tidak dapat stasioner.
4.3 Penentuan Remapping Derajat Pengapian
Data hasil pengujian pada gambar 4.6, gambar 4.7, gambar 4.8, gambar 4.9, gambar 4.10, dan gambar 4.11 digunakan sebagai dasar untuk menentukan derajat pengapian yang akan diujikan mengunakan CDI programmable Rextor. Metode yang digunakan untuk mencari derajat pengapian tersebut adalah dengan
menganalisa tenaga mesin tertinggi yang dihasilkan pada derajat pengapian tertentu terhadap putaran mesin. Hasil analisa derajat pengapian dan tenaga mesin tertinggi pada pengujian dengan bahan bakar premium dan gasohol ditunjukan dalam tabel 4.1. Derajat pengapian yang telah diperoleh dimasukan ke dalam memori CDI Rextor untuk diujikan pada masing masing campuran bahan bakar. Tabel 4.1 Tabel derajat pengapian remapping CDI programmable REXTOR No.
rpm
premium
e40
e50
e60
e70
e80
1
2500
1
2
3000
2
13
3
3500
4
18
14
4
4000
14
13
17
18
13
15
5
4500
14
13
18
18
10
15
6
5000
16
18
18
17
11
16
7
5500
16
13
19
17
13
16
8
6000
16
13
19
17
15
16
9
6500
16
13
18
17
18
16
10
7000
16
19
17
16
17
16
11
7500
14
19
16
14
15
16
12
8000
14
15
17
14
18
15
13
8500
18
18
15
14
19
16
14
9000
18
18
15
17
16
16
15
9500
18
18
14
14
18
16
10000
18
19
14
15
18
3
4.4 Hasil Pengujian Dengan Remapping Derajat Pengapian CDI Rextor
Hasil pengujian bahan bakar premium dan gasohol dengan pengapian hasil remapping CDI programmable Rextor ditunjukkan dalam gambar 4.12, gambar 4.13, gambar 4.14, gambar 4.15, dan gambar 4.16.
9 8 7
) p h ( a y a d
6 5 4 3 2 1 0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
putaran mesin (rpm) premium
e40
e50
e60
e70
e80
Gambar 4.12 Grafik daya terhadap putaran mesin menggunakan pengapian hasil remapping CDI programmable REXTOR
10 9 8 7 ) m 6 N ( i 5 s r 4 o t 3 2 1 0 0
1000
2000 3000
4000
5000
6000
7000 8000
9000 10000 11000
putaran mesin (rpm) premium
e40
e50
e60
e70
e80
Gambar 4.13 Grafik torsi terhadap putaran mesin menggunakan pengapian hasil remapping CDI programmable REXTOR
) s / l m ( r a k a b n a h a b i s m u s n o k
0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
putaran mesin (rpm) e40 e50 e60
premium
8000
e70
9000
10000 11000
e80
Gambar 4.14 Grafik konsumsi bahan bakar terhadap putaran mesin menggunakan pengapian hasil remapping CDI programmable REXTOR
0,2 0,18 0,16
) s . W k / r g ( c f S
0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0
0
1000
2000
3000
premium
4000
5000 6000
7000
putaran mesin (rpm) e40 e50 e60
8000
e70
9000 10000 11000
e80
Gambar 4.15 Grafik Sfc terhadap putaran mesin menggunakan pengapian hasil remapping CDI programmable REXTOR
0,8 0,7 0,6
i 0,5 s n e 0,4 i s i f e 0,3 0,2 0,1 0 0
1000
2000
3000
4000
5000 6000
7000
8000
9000 10000 11000
putaran mesin (rpm) premium
e40
e50
e60
e70
e80
Gambar 4.16 Grafik efisiensi terhadap putaran mesin menggunakan pengapian hasil remapping CDI programmable REXTOR
Hasil pengujian dengan remapping pengapian CDI Rextor menunjukkan bahwa tenaga mesin tertinggi dihasilkan oleh campuran E-40. Hasil pengujian menunjukkan tenaga maksimal yang dihasilkan untuk bahan bakar
premium
sebesar 8,294 hp /7608 rpm, E-40 sebesar 8,526 hp /7001 rpm, E-50 sebesar 8,037 hp / 6456 rpm, E-60 sebesar 7,879 hp/ 6677 rpm, E-70 sebesar 7,292 hp / 6531 rpm, dan E-80 sebesar 7,093 hp / 6644 rpm. Semakin besar kadar campuran menghasilkan tenaga yang semakin kecil. Hal ini dipengaruhi oleh nilai kalor dari campuran bahan bakar yang semakin turun jika jumlah ethanol dalam campuran semakin besar. Torsi yang dihasilkan dari pengujian dengan menggunakan pengapian hasil remapping CDI Rextor yaitu, premium sebesar 9,87 Nm / 3133 rpm, E-40 sebesar 9,42 Nm / 3102 rpm, E-50 sebesar 8,97 Nm / 5489 rpm, E-60 sebesar 8,65 Nm / 5405 rpm, E-70 sebesar 8,11 Nm / 5624 rpm, dan E-80 sebesar 7,77 Nm / 5601 rpm. Dari data tersebut menunjukkan semakin banyak campuran ethanol yang digunakan menyebabkan torsi turun. Konsumsi bahan bakar untuk pengujian dengan remapping derajat pengapian CDI Rextor menunjukkan adanya peningkatan berbanding lurus dengan jumlah campuran ethanol. Konsumsi bahan bakar untuk pengujian dengan pengapian hasil remapping CDI programmable Rextor menunjukkan peningkatan, E-40 sebesar 12,9%, E-50 sebesar 15,26%, E-60 sebesar 18,37%, E-70 sebesar
20,28%, dan E-80 sebesar 36,6%. Specific fuel consumption rata- rata untuk setiap variasi bahan bakar yaitu, premium sebesar 0,038 g/kW.s, E-40 sebesar 0,083 g/kW.s, E-50 sebesar 0,086 g/kW.s, E-60 sebesar 0,053 g/kW.s, E-70 sebesar 0,064 g/ kW.s, E-80 sebesar 0,084 g/kW.s. nilai Sfc cenderung naik berbanding lurus dengan jumlah campuran ethanol yang digunakan. Grafik efisiensi mesin juga menunjukkan penurunan berbanding lurus dengan jumlah ethanol yang digunakan. Efisiensi mesin tertinggi dicapai untuk pengujian dengan bahan bakar premium. Data efisiensi untuk bahan bakar premium pada putaran mesin 3000 rpm menunjukkan adanya ketidaksesuaian dengan teori mengenai kurva efisiensi termal. Data tersebut menunjukkan nilai efisiensi yang melebihi dari batas efisiensi untuk kondisi ideal. Hal ini dapat disebabkan oleh adanya kesalahan dalam pengambilan data. Perbandingan hasil pengujian bahan bakar dengan pengapian CDI standar dan pengapian remapping CDI programmable Rextor menunjukkan adanya peningkatan daya mesin rata-rata sebesar 3,3% untuk pengujian dengan CDI Rextor. Nilai torsi rata–rata juga meningkat sebesar 6,08% Konsumsi bahan bakar juga mengalami perubahan. Konsumsi bahan bakar untuk pengapian
remapping CDI programmable Rextor dibandingkan pengapian CDI standar adalah untuk premium terjadi penurunan sebesar 5,9%, E-40 terjadi peningkatan sebesar 8,6 %, E-50 terjadi peningkatan sebesar 2,8%, E-60 terjadi peningkatan sebesar 5,5%, E-70 terjadi penurunan sebesar 5,1%,dan E-80 terjadi penurunan sebesar 4,6%. Nilai Sfc rata-rata untuk pengujian dengan CDI Rextor dibandingkan dengan pengujian menggunakan CDI standar diperoleh untuk premium mengalami penurunan sebesar 15,5%, E-40 mengalami peningkatan sebesar 62 %, E-50 mengalami peningkatan sebesar 59%, E-60 mengalami penurunan sebesar 7 %, E-70 mengalami penurunan sebesar 30%, dan E-80 mengalami penurunan sebesar 18%. Efisiensi mesin untuk pengujian dengan CDI Rextor menunjukkan adanya peningkatan dibanding dengan CDI standar. Peningkatan efisiensi rata-rata yang terjadi yaitu, premium sebesar 15%, E-40 tidak ada peningkatan, E-50 tidak ada peningkatan, E-60 sebesar 8%, E-70 sebesar 13%, dan E-80 sebesar 14%.
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan analisa hasil dan pembahasan tersebut di atas maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: 1. Pengujian dengan remapping derajat pengapian CDI Rextor dibandingkan dengan pengapian CDI standar, daya, torsi, dan efisiensi menunjukkan peningkatan. 2.
Dengan remapping derajat pengapian CDI Rextor diperoleh peningkatan daya rata rata sebesar 3,3%, torsi rata rata sebesar 6,08 % dan efisiensi rata rata sebesar 8,3%.
3. Nilai Sfc untuk E-40 dan E-50 dengan remapping derajat pengapian CDI Rextor terjadi peningkatan sebesar 62% dan 59%. Sedangkan untuk premium , E-60,E-70 dan E80 terjadi penurunan Sfc sebesar 15,5%, 7%,dan 18%.
5.2 Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, penulis menyarankan beberapa hal berikut: 1. Perlu adanya penelitian dengan menggunakan variasi bahan bakar yang lain. 2. Perlu adanya pengujian sejenis dengan mesin motor yang dimodifikasi bagian karburator.
