studi per banding an daya dan konsumsi bahan
Post on 24-Jun-2015
436 Views
Preview:
TRANSCRIPT
9
STUDI PERBANDINGAN DAYA DAN KONSUMSI BAHAN
BAKAR ANTARA PENGAPIAN STANDAR DENGAN
PENGAPIAN MENGGUNAKAN BOOSTER PADA MESIN
TOYOTA SERI 5K
SKRIPSI
Diajukan dalam rangka penyelesaian Studi Strata 1
untuk mencapai gelar Sarjana Pendidikan
Oleh :
Nama : Imam Kurniawan
NIM : 5214000031
Prodi : Pend. Teknik Mesin
Jurusan : Teknik Mesin
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
UNIVERSIT
AS NEGERI S
E
MARANG
10
ABSTRAK
Imam Kurniawan, 2005, STUDI PERBANDINGAN DAYA DAN KONSUMSI
BAHAN BAKAR ANTARA PENGAPIAN STANDAR DENGAN PENGAPIAN MENGGUNAKAN BOOSTER PADA MESIN TOYOTA SERI 5K, Skripsi,
Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.
Pada motor bensin, tenaga yang dihasilkan merupakan hasil dari proses
pembakaran campuran bahan bakar dan udara. Proses tersebut terjadi karena adanya
percikan bunga api busi dari suatu rangkaian listrik yang biasa disebut sistem
pengapian. Pada awalnya sistem pengapian bermula dari konvensional dan
berkembang menjadi elektronik. Pada sistem pengapian konvensional cara kerjanya
masih secara mekanik, sehingga masih banyak kekurangannya.
Seiring dengan kemajuan teknologi maka semakin banyak pula komponen
yang diproduksi yang ditujukan untuk memperbaiki atau meningkatkan performa
mesin kendaraan bermotor. Salah satunya adalah komponen untuk memperbaiki
sistem pengapian yaitu booster pengapian.
Ada beberapa manfaat booster pengapian, antara lain : meningkatkan
akselerasi, menghemat pemakaian bahan bakar, menekan kadar emisi gas buang,
mengurangi terbentuknya endapan karbon pada katup. Diperkirakan penggunaan
booster akan menimbulkan perbedaan daya dan konsumsi bahan bakar pada sistem
pengapian standar pada mesin Toyota seri 5K sehingga perlu adanya pembuktian
secara langsung dengan melakukan pengujian.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui adakah perbedaan daya dan
konsumsi bahan bakar antara pengapian standar dengan pengapian yang
menggunakan booster pada mesin Toyota seri 5K dengan variasi putaran mesin 2000,
2200, 2400, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, dan 3800 rpm.
Pengujian yang pertama dilakukan yaitu menggunakan sistem pengapian
standar kemudian dilanjutkan dan dibandingkan dengan pengapian yang
menggunakan booster, dengan variabel kontrol yaitu tekanan kompresi (12 kg/cm2),
celah busi (0,8 mm), celah platina (0,45 mm), waktu pengapian (80
sebelum TMA).
Sedangkan analisis data hasil penelitian dengan analisis deskriptif yang dimaksudkan
untuk mengetahui perbedaan daya dan konsumsi bahan bakar mesin Toyota seri 5K
pada beberapa variasi putaran mesin.
Dari hasil penelitian dapat diketahui bahwa terdapat perbedaan daya mesin
dan konsumsi bahan bakar antara pengapian standar dengan pengapian yang
menggunakan booster. Daya mesin maksimal yang dihasilkan pada sistem pengapian
yang menggunakan booster sebesar 27,723 kW pada 2400 rpm atau naik 2,61% dari
daya mesin maksimal sistem pengapian standar (27,017 kW). Prosentase kenaikan
reratanya sebesar 2,79%. Sedangkan untuk konsumsi bahan bakar spesifik (sfc)
minimum sebesar 0,219 kg/kW-h pada 2200 rpm untuk sistem pengapian yang
menggunakan booster. Untuk sistem pengapian standar sebesar 0,231 kg/kW-h pada
2400 rpm. Prosentase penurunan reratanya sebesar 6,99%.
11
Simpulan dari penelitian ini yaitu ada perbedaan positif pada daya dan
konsumsi bahan bakar spesifik pada sistem pengapian yang menggunakan booster
dibandingkan dengan sistem pengapian standar. Sehingga pemakaian booster baik
digunakan untuk memperbaiki kinerja sistem pengapian karena dapat meningkatkan
daya dan menghemat pemakaian bahan bakar.
12
LEMBAR PENGESAHAN
Skripsi, tahun 2005. Judul skripsi “STUDI PERBANDINGAN DAYA DAN
KONSUMSI BAHAN BAKAR ANTARA PENGAPIAN STANDAR DENGAN
PENGAPIAN MENGGUNAKAN BOOSTER PADA MESIN TOYOTA SERI 5K”.
Telah dipertahankan dihadapan tim penguji pada tanggal : 12 Juli 2005
Panitia Ujian Skripsi
Ketua Sekretaris
Drs. Pramono Drs. Supraptono, M.Pd.
NIP. 131474226 NIP. 131125645
Tim Penguji
Pembimbing I Ketua Penguji/ I
Drs. Ramelan, M.T. Drs. Ramelan, M.T.
NIP. 130529948 NIP. 130529948
Pembimbing II Anggota Penguji/ II
Hadromi, S.Pd, M.T. Hadromi,
S.Pd, M.T.
NIP. 132093201 NIP. 132093201
Anggota Penguji/ III
13
Drs. Winarno DR, M.Pd.
NIP. 130914969
Mengetahui,
Dekan FT
Prof. Dr. Soesanto
NIP. 130875753
14
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
MOTTO
“Kebenaran itu adalah dari Tuhanmu sebab itu jangan sekali-kali kamu termasuk
orang yang ragu.”(Q.S. Al Baqarah : 147)
“Ketenangan hati adalah modal utama kesuksesan.”
“Hidup adalah perjuangan.”
PERSEMBAHAN
Kupersembahkan untuk :
1. Bapak dan Ibunda tercinta, terima kasih atas do’a dan dukungannya.
2. Adik-adikku yang tersayang.
3. My best friend.
4. Anak-anak Nocturno.
5. Teman-teman Jurusan TM angkatan 2000.
15
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan
hidayahNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “STUDI
PERBANDINGAN DAYA DAN KONSUMSI BAHAN BAKAR ANTARA
PENGAPIAN STANDAR DENGAN PENGAPIAN MENGGUNAKAN
BOOSTER PADA MESIN TOYOTA SERI 5K”.
Skripsi ini disusun dalam rangka menyelesaikan studi Strata 1 guna
memperoleh gelar Sarjana Pendidikan di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Universitas Negeri Semarang. Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dan
bimbingan dari berbagai pihak penelitian ini tidak akan terlaksana dengan baik. Hal
tersebut yang mendorong penulis dengan ketulusan dan kerendahan hati ingin
menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Dekan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.
2. Ketua Jurusan Teknik Mesin, Universitas Negeri Semarang.
3. Drs. Ramelan, M.T., Dosen Pembimbing I yang dengan sabar memberikan
bimbingan dan motivasi dalam penyusunan skripsi ini.
4. Hadromi S.Pd, M.T., Dosen Pembimbing II yang dengan sabar memberikan
bimbingan dan motivasi dalam penyusunan skripsi ini.
5. Drs. Winarno DR, M.Pd., Penguji netral yang telah banyak memberikan saran
dan masukan.
6. Hadromi S.Pd, M.T., Kepala Laboratorium Jurusan Teknik Mesin yang telah
memberikan ijin penggunaan laboratorium dengan segala fasilitasnya.
7. Semua pihak yang telah membantu terlaksananya penyusunan skripsi ini.
Atas segala amal baiknya, penulis doakan semoga mendapatkan balasan dari
Allah SWT. Penulis telah berusaha sebaik mungkin dalam menyelesaikan
penyusunan skripsi ini, namun apabila masih terdapat kesalahan dan kekurangan itu
semata karena keterbatasan penulis. Dan semoga skripsi ini senantiasa bermanfaat
bagi kita semua.
Semarang, Juni 2005
Penyusun
16
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i
ABSTRAK ............................................................................................................. ii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................. iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ............................................................................ v
KATA PENGANTAR ............................................................................................ vi
DAFTAR ISI ......................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. ix
DAFTAR TABEL ................................................................................................... x
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xi
BAB I. PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
A. Alasan Pemilihan Judul ................................................................................ 1
B. Permasalahan ............................................................................................... 3
C. Penegasan Istilah .......................................................................................... 4
D. Pembatasan Masalah .................................................................................... 6
E. Tujuan Penelitian ......................................................................................... 6
F. Manfaat Penelitian ........................................................................................ 6
G. Sistematika Skripsi ....................................................................................... 7
BAB II. LANDASAN TEORI ................................................................................. 9
A. Landasan Teori ............................................................................................. 9
1. Motor Bensin Empat Langkah ................................................................ 9
2. Sistem Pengapian ................................................................................. 13
3. Booster Pengapian ............................................................................... 19
4. Proses Pembakaran .............................................................................. 24
5. Daya .................................................................................................... 27
6. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ................................................. 35
B. Kerangka Berpikir ...................................................................................... 36
BAB III. METODE PENELITIAN ........................................................................ 38
A. Bahan dan Peralatan ................................................................................... 38
B. Tempat dan Waktu Penelitian ..................................................................... 38
17
C. Variabel Penelitian ..................................................................................... 39
D. Metode Eksperimen .................................................................................... 39
E. Pola dan Desain Eksperimen ...................................................................... 40
F. Metode Pengumpulan Data ......................................................................... 40
G. Alur Penelitian ........................................................................................... 42
H. Teknik Analisis Data .................................................................................. 42
BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ........................................ 43
A. Hasil Penelitian .......................................................................................... 43
B. Pembahasan ............................................................................................... 47
C. Keterbatasan Penelitian .............................................................................. 53
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 54
A. Simpulan .................................................................................................... 54
B. Saran .......................................................................................................... 54
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 56
LAMPIRAN .......................................................................................................... 57
18
19
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Langkah Hisap ....................................................................................... 10
Gambar 2. Langkah Kompresi ................................................................................ 11
Gambar 3. Langkah Ekspansi/Usaha ....................................................................... 12
Gambar 4. Langkah Buang...................................................................................... 13
Gambar 5. Sistem Pengapian Konvensional ............................................................ 14
Gambar 6. Terjadinya induksi diri ........................................................................... 17
Gambar 7. Induksi Bersama (Mutual Induction) ...................................................... 18
Gambar 8. Pemasangan booster .............................................................................. 20
Gambar 9. Grafik hasil penelitian booster pengapian .............................................. 20
Gambar 10. Skema Booster pengapian POWER ..................................................... 21
Gambar 11. Rangkaian dioda dengan sumber DC ................................................... 22
Gambar 12. Rangkaian dioda dengan sumber AC dan grafik output ........................ 22
Gambar 13. Tekanan kompresi dan tegangan yang dibutuhkan ............................... 13
Gambar 14. Kurva Pembakaran Normal .................................................................. 25
Gambar 15. Kurva Pembakaran Tidak Sempurna .................................................... 27
Gambar 16. Skema urutan daya putar yang dihasilkan mesin .................................. 28
Gambar 17. Diameter dan langkah piston ................................................................ 30
Gambar 18. Diagram kesetimbangan panas motor ................................................... 32
Gambar 19. Hydraulic engine test bed .................................................................... 33
Gambar 20. Grafik perhitungan Daya Mesin ........................................................... 44
Gambar 21. Grafik perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc) .................... 46
20
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Hasil perhitungan Daya ............................................................................. 43
Tabel 2. Hasil perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ......................... 45
Tabel 3. Faktor Konversi......................................................................................... 57
21
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Faktor Konversi .................................................................................. 57
Lampiran 2. Data Pengujian Mesin Dengan Pengapian Standar ............................... 59
Lampiran 3. Data Pengujian Mesin Dengan Pengapian Menggunakan Booster ....... 60
Lampiran 4. Surat Keterangan Penelitian ................................................................ 61
Lampiran 5. Surat Tugas Dosen Pembimbing.......................................................... 62
Lampiran 6. Foto-Foto Kegiatan Penelitian ............................................................. 63
22
DAFTAR PUSTAKA
Arends BPM, Berenschot H. 1980. Motor Bensin. Jakarta : Erlangga
Arikunto, Suharsimi. 1992. Prosedur Penelitian Suatu Pendekatan Praktik. Jakarta :
PT. Rineka Cipta
Arismunandar, Wiranto. 1994. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Bandung : ITB
Heisler, Heinz. 1995. Advanced Engine Technology. London : The Bath Press
http : //www.autofieldguide.com/ Februari 2005
http : //www.bataviaonline.tripod.com/ Januari 2005
http : //www.ototrend.com/ Februari 2005
M. Barmawi, dkk. 1992. “Elektronika Terpadu. Rangkaian dan Sistem Digital dan
Analog”. Jakarta : Erlangga
Soenarta, Nakoela. 1995. Motor Serbaguna. Jakarta : Pradnya Paramita
Suyanto, Wardan. 1989. Teori Motor Bensin. Jakarta : P2LPTK
Tantana, Lukas. 1990. Rangkaian Mikroelektronika. Jakarta : Erlangga
2005
23
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Motor bensin merupakan salah satu jenis motor pembakaran dalam (internal
combustion engine). Motor bensin sangat banyak digunakan karena mempunyai
beberapa keuntungan, diantaranya yaitu harganya yang relatif murah, mudah
dalam hal perawatan, dan mudah dalam memodifikasi mesin.
Pada motor bensin, tenaga yang dihasilkan merupakan hasil dari proses
pembakaran campuran bahan bakar dan udara. Proses pembakaran adalah proses
secara fisik yang terjadi di dalam silinder selama pembakaran terjadi (Wardan
Suyanto, 1989 : 252). Proses pembakaran dimulai pada saat busi memercikkan
bunga api hingga terjadi proses pembakaran. Syarat untuk terjadinya proses
pembakaran adalah adanya api untuk membakar, adanya udara, adanya bahan
bakar, dan adanya kompresi.
Pembakaran campuran bahan bakar dan udara diperoleh dari percikan bunga
api dari busi. Bunga api dihasilkan oleh suatu rangkaian listrik yang sering
disebut sistem pengapian. Sistem pengapian ini berfungsi untuk menaikkan
tegangan primer baterai (12 volt) menjadi tegangan sekunder yang tinggi dengan
besar tegangan 10.000 - 20.000 volt atau lebih, sehingga akan terjadi loncatan
bunga api pada elektrode busi.
24
Awalnya sistem pengapian motor bensin bermula dari sistem pengapian
konvensional. Sistem pengapian konvensional yang dimaksud yaitu menggunakan
kontak platina dan baterai sebagai sumber tegangannya. Tegangan baterai
umumnya sebesar 12 volt. Tegangan tinggi yang terjadi pada kumparan sekunder
dihasilkan dengan cara memutuskan dan menghubungkan arus listrik yang terjadi
pada kumparan primer koil pengapian secara mekanik. Komponen pengapian
konvensional antara lain platina (breaker point), cam (nok), dan kondensor. Salah
satu kelemahan dari sistem pengapian konvensional adalah terjadinya penurunan
tegangan sekunder. Namun seiring dengan perkembangan teknologi maka sistem
pengapian konvensional dikembangkan dan lebih disempurnakan lagi, contohnya
dengan digunakannya sistem pengapian semi transistor atau full transistor pada
kendaraan bermotor yang sekarang ada di pasaran.
Kendaraan diharapkan selalu dalam performa yang tinggi dan mesin yang
optimal. Kendaraan dengan mesin bensin mempunyai beberapa keuntungan, salah
satunya adalah mudah dalam memodifikasi mesin. Modifikasi mesin dilakukan
dengan tujuan untuk meningkatkan performa kendaraan. Modifikasi dapat
dilakukan pada beberapa bagian. Biasanya dilakukan dengan cara meningkatkan
perbandingan kompresi, perbaikan sistem bahan baker, dan perbaikan sistem
pengapian.
Perbaikan pada sistem pengapian ditujukan agar terjadi proses pembakaran
sempurna di dalam silinder. Proses pembakaran sempurna akan mempengaruhi
daya dan torsi mesin. Selain itu pembakaran sempurna juga akan mempengaruhi
emisi gas buang dan konsumsi bahan bakar.
25
Seiring dengan pesatnya perkembangan teknologi, maka banyak macam
komponen yang beredar di pasaran yang ditujukan untuk meningkatkan performa
mesin. Salah satu diantaranya adalah komponen untuk meningkatkan kinerja
sistem pengapian. Dengan menggunakan booster pengapian ada beberapa
keunggulannya yaitu: meningkatkan akselerasi kendaraan, menghemat pemakaian
bahan bakar, menekan kadar emisi gas buang, mengurangi terbentuknya endapan
karbon pada katup, memperpanjang usia pakai busi dan koil, menurunkan suhu
koil (mencegah overheat), dan mempermudah starting mesin
(www.bataviaonline.tripod.com, Desember 2004). Banyak yang menjanjikan
peningkatan performa kendaraan jika konsumen menggunakan produk tersebut
dan kemudahan dalam pemasangan juga merupakan salah satu keuntungannya.
Penggunaan booster pengapian merupakan salah satu jalan alternatif untuk
memodifikasi mesin yang ditujukan untuk meningkatkan performa kendaraan.
Booster pengapian bertujuan untuk mengurangi kelemahan dan kekurangan
sistem pengapian konvensional.
Dalam skripsi ini peneliti mengambil judul ”STUDI PERBANDINGAN
DAYA MESIN DAN KONSUMSI BAHAN BAKAR ANTARA PENGAPIAN
STANDAR DENGAN PENGAPIAN MENGGUNAKAN BOOSTER PADA
MESIN TOYOTA SERI 5K”.
B. Permasalahan
Berdasarkan uraian tersebut di atas maka permasalahan yang timbul dari
penelitian tentang “STUDI PERBANDINGAN DAYA MESIN DAN
26
KONSUMSI BAHAN BAKAR ANTARA PENGAPIAN STANDAR DENGAN
PENGAPIAN MENGGUNAKAN BOOSTER PADA MESIN TOYOTA SERI
5K” adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana perbedaan daya mesin antara pengapian standar dengan pengapian
menggunakan booster pada mesin Toyota seri 5K.
2. Bagaimana perbedaan konsumsi bahan bakar antara pengapian standar dengan
pengapian menggunakan booster pada mesin Toyota seri 5K.
C. Penegasan Istilah
Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas dan supaya terdapat kesatuan
pengertian ataupun salah penafsiran dari beberapa istilah yang terdapat dalam
skripsi dengan judul “STUDI PERBANDINGAN DAYA DAN KONSUMSI
BAHAN BAKAR ANTARA PENGAPIAN STANDAR DENGAN
PENGAPIAN MENGGUNAKAN BOOSTER PADA MESIN TOYOTA
SERI 5K”, maka diperlukan batas-batas istilah sebagai berikut :
1. Studi Perbandingan
Studi perbandingan/komparasi adalah penelitian yang sifatnya
membandingkan (Arikunto Suharsimi, 1992 : 9). Dalam penelitian ini
membandingkan daya dan konsumsi bahan bakar antara pengapian standar
dengan pengapian menggunakan booster pada mesin Toyota seri 5K.
2. Daya
27
Daya mesin adalah besarnya kerja yang dilakukan persatuan waktu
yang dinyatakan dalam kiloWatt atau HP (Lembaran publikasi Lemigas
nomor 2, 1999/2000 : 45).
Daya (engine output power) adalah rata-rata kerja yang dilakukan
dalam suatu waktu.
Pada penelitian ini, pengujian kemampuan mesin dengan menggunakan
hydraulic engine test bed, sehingga daya diperoleh dari perkalian antara debit
(Q) dengan tekanan (P).
3. Konsumsi Bahan Bakar
Konsumsi bahan bakar adalah jumlah bahan bakar yang
dikonsumsi/diperlukan mesin untuk diubah menjadi panas pembakaran dalam
jangka waktu tertentu.
4. Pengapian Standar
Pengapian standar yang dimaksud yaitu sistem pengapian standar
mesin Toyota seri 5K yang menggunakan kontak platina dan baterai sebagai
sumber tegangannya (pengapian baterai konvensional).
5. Booster
Booster adalah komponen tambahan yang digunakan untuk
memperbaiki kinerja sistem pengapian. Dalam penelitian ini digunakan
booster merk POWER.
6. Mesin Toyota seri 5K
28
Motor bensin dengan merk Toyota dengan kapasitas silinder 1500 cc,
berbahan bakar bensin (premium), jumlah silinder 4 buah segaris (inline), dan
nomor seri 5K.
D. Pembatasan Masalah
Berdasarkan uraian tersebut, dijelaskan bahwa antara motor bensin yang menggunakan pengapian standar dengan
pengapian yang menggunakan booster akan terdapat berbagai perbedaan pada unjuk kerja mesin. Dengan adanya
perbedaan tersebut, agar tidak terjadi kesalahpahaman maka perlu adanya penbatasan masalah. Penelitian ini memfokuskan
perbedaan daya dan konsumsi bahan bakar antara pengapian standar dengan pengapian yang menggunakan booster pada
mesin Toyota seri 5K.
E. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah :
1. Untuk mengetahui perbedaan daya antara pengapian standar dengan
pengapian menggunakan booster pada mesin Toyota seri 5K.
2. Untuk mengetahui perbedaan konsumsi bahan bakar antara pengapian standar
dengan pengapian menggunakan booster pada mesin Toyota seri 5K.
F. Manfaat Penelitian
Manfaat yang ingin dicapai dalam melakukan penelitian adalah :
1. Sebagai masukan bagi pemilik dan pengguna kendaraan tentang pengaruh
penggunaan booster pada pengapian standar terhadap daya dan konsumsi
bahan bakar pada mesin Toyota seri 5K.
29
2. Sebagai masukan bagi masyarakat luas terutama dunia otomotif tentang
pengaruh penggunaan booster pengapian sebagai salah satu langkah
alternatif dalam memodifikasi kendaraan.
G. Sistematika Skripsi
Untuk menunjang pemecahan masalah dalam penelitian ini, maka diperlukan
adanya sistematika skripsi sebagai berikut :
1. Bagian Depan, berisi :
Halaman Judul, Sari Karangan (Abstraksi), Halaman Pengesahan, Kata
Pengantar, Daftar Isi, Daftar Tabel, Daftar Gambar, dan Daftar Lampiran.
2. Bagian Isi
Bagian isi terdiri dari lima bab, yaitu :
a. Bab I : Pendahuluan
Pendahuluan berisi tentang Latar Belakang Permasalahan, Permasalahan,
Penegasan Istilah, Pembatasan Istilah, Pembatasan Masalah, Tujuan
Penelitian, Manfaat Penelitian, dan Sistematika Skripsi.
b. Bab II : Landasan Teori
Sebagai telaah kepustakaan dan karangan acuan penelitian, dalam
landasan teori ini akan diuraikan teori dari Motor Bensin 4 tak, Sistem
Pengapian, Proses Pembakaran, Daya Mesin, Booster Pengapian, dan
Kerangka Berpikir.
30
c. Bab III : Metodologi Penelitian
Metodologi Penelitian membahas mengenai: Obyek dan subyek
penelitian, waktu dan tempat penelitian, desain penelitian, variabel
penelitian, metode pengumpulan data, dan metode analisis data.
d. Bab IV : Hasil Penelitian dan Pembahasan
Hasil penelitian dan pembahasan berisi tentang deskripsi hasil penelitian
yang diperoleh di lapangan dan pembahasan dari hasil penelitian tersebut.
e. Bab V : Penutup
Dalam bagian penutup ini berisi tentang simpulan dari hasil penelitian
serta saran sebagai tindak lanjut dari hasil penelitian yang telah
dilaksanakan.
3. Bagian Akhir Skripsi
Bagian akhir skripsi terdiri dari daftar pustaka dan daftar lampiran :
a. Daftar Pustaka, berisi daftar buku, majalah, dan sumber lainnya yang berkaitan dengan pembahasan dari
penelitian.
b. Lampiran, berisi tentang kelengkapan-kelengkapan skripsi.
31
BAB II
LANDASAN TEORI
Landasan Teori
Landasan teori merupakan suatu telaah kepustakaan yang menjadi
kerangka acuan penelitian, sehingga memberi arah untuk menjawab
permasalahan dalam hasil penelitian. Hal-hal yang akan dibahas dalam landasan
teori ini antara lain : Motor Bensin 4 Langkah, Sistem Pengapian, Booster
Pengapian (Ignition Booster), Proses pembakaran, Daya, dan Konsumsi Bahan
Bakar Spesifik (SFC).
1. Motor Bensin 4 Langkah
Secara garis besar prinsip kerja motor bensin 4 langkah adalah sebagai
berikut: Campuran bahan bakar dan udara yang dihasilkan oleh karburator
dihisap masuk ke dalam silinder, kemudian dimampatkan dan dibakar. Karena
panas yang timbul, gas tersebut mengembang dan karena ruangan tersebut
terbatas, maka tekanan di dalam silinder tersebut meningkat yang pada
akhirnya mendorong piston ke bawah sehingga menghasilkan usaha. Oleh
batang piston diteruskan ke poros engkol dan poros engkol akan berputar.
Secara lebih terperinci, siklus kerja dari motor bensin 4 langkah dapat
dijelaskan seperti berikut :
a. Langkah Hisap
Langkah hisap dimulai pada saat piston bergerak dari Titik Mati Atas
(TMA) menuju Titik Mati Bawah (TMB). Pada saat ini terjadi penurunan
32
tekanan di dalam silinder. Apabila katup hisap membuka, maka
memungkinkan mengalirnya campuran bahan bakar dan udara karena
terjadinya perbedaan tekanan udara di dalam silinder dan di luar silinder.
Langkah hisap berlangsung sampai piston mencapai Titik Mati Bawah
(TMB) yang bersamaan dengan itu katup hisap mulai menutup. Dengan
menutupnya katup hisap maka campuran bahan bakar dan udara tertahan
di dalam silinder. Setelah itu dilanjutkan dengan proses selanjutnya yaitu
langkah kompresi.
Gambar 1. Langkah Hisap
b. Langkah Kompresi
Setelah katup hisap menutup, campuran bahan bakar dan udara tidak
dapat keluar lagi dari dalam silinder. Selanjutnya piston bergerak dari
Titik Mati Bawah (TMB) menuju Titik Mati Atas (TMA). Bergeraknya
Busi
Katup Katup
Piston
Poros
33
piston tersebut menyebabkan terjadinya penyempitan ruang silinder.
Dengan menyempitnya ruang silinder tersebut, campuran bakar dan udara
menjadi tertekan. Campuran bahan bakar dan udara yang dimampatkan
tersebut mengakibatkan tekanan di dalam silinder menjadi naik. Pada
saat ini motor sudah berputar 3600
sehingga piston sudah kembali pada
posisi semula. Karena tekanan silinder yang cukup tinggi, maka kerapatan
harus diutamakan, karena bila terjadi kebocoran maka tenaga yang
dihasilkan akan turun.
Gambar 2. Langkah Kompresi
c. Langkah Usaha
Sebelum langkah kompresi selesai, beberapa derajat sebelum piston
mencapai TMA busi memercikkan bunga api untuk membakar campuran
bahan bakar dan udara yang telah dikompresikan. Penyalaan bunga api
Busi
Katup Katup
Piston
Poros
34
beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA bertujuan agar dapat
menghasilkan tenaga yang optimal. Dengan kata lain efisiensi dari
pembakaran dapat maksimal. Dengan terbakarnya campuran bahan bakar
dan udara tersebut maka tekanan di dalam ruang silinder akan naik.
Tekanan ini kemudian mendorong piston bergerak ke bawah sehingga
terjadi langkah usaha.
Gambar 3. Langkah Ekspansi / Usaha
d. Langkah Buang
Setelah piston mencapai TMB, langkah usaha selesai kemudian langkah
buang dimulai. Langkah buang dimulai pada saat piston bergerak dari
TMB menuju TMA. Bergeraknya piston tersebut akan mendorong sisa
gas pembakaran keluar dari dalam silinder. Langkah buang berakhir
setelah piston mencapai TMA, pada saat ini poros engkol sudah berputar
Busi
Katup Katup
Piston
Poros
35
7200. Dengan demikian satu rangkaian siklus motor 4 langkah telah
selesai. Proses tersebut berlangsung secara terus menerus selama motor
tersebut masih dihidupkan.
Gambar 4. Langkah Buang
2. Sistem Pengapian
Sistem penyalaan adalah salah satu sistem yang ada dalam motor bakar
yang menjamin motor dapat bekerja (Wardan Suyanto, 1989 : 266). Sistem
pengapian berfungsi untuk membangkitkan bunga api yang dapat membakar
campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder. Sistem pengapian yang
dibutuhkan motor bensin adalah sistem yang menghasilkan loncatan bunga api
yang besar sehingga tekanan pembakaran yang dihasilkan akan lebih besar.
Sistem pengapian baterai pada motor bensin ada beberapa macam diantaranya
sistem pengapian konvensional dan sistem pengapian transistor.
Busi
Katup Katup
Piston
Poros
36
Busi
Baterai
K.S
ekun
der
K. P
rimer
Kunci kontak
Secara umum sistem pengapian konvensional dapat dituliskan sebagai berikut: Pada saat kunci kontak on,
arus listrik akan mengalir dari baterai ke kumparan primer, ke platina dan masa. Pada saat ini platina dalam keadaan
tertutup, akibatnya arus akan mengalir melalui kumparan primer, maka pada inti besi terjadi kemagnetan. Apabila
platina dibuka, arus yang mengalir pada kumparan primer akan terputus dan kemagnetan pada inti besi akan
menghilang.
Hilangnya kemagnetan pada inti besi menyebabkan kumparan sekunder muncul tegangan induksi. Tegangan
sekunder inilah yang akan digunakan untuk membakar campuran bahan bakar dan udara yang dikompresikan dalam
ruang silinder.
Gambar 5. Sistem Pengapian Konvensional
Komponen sistem pengapian baterai adalah sebagai berikut:
a. Baterai
Berfungsi untuk menyuplai arus tegangan rendah koil pengapian
(ignition coil), umumnya 12 volt.
b. Koil Pengapian (Ignition Coil)
Berfungsi untuk mengubah arus listrik tegangan rendah baterai
menjadi tegangan tinggi untuk menghasilkan loncatan bunga api yang kuat
pada elektrode busi.
37
Koil pengapian terdiri dari 2 buah lilitan yaitu lilitan primer dan
lilitan sekunder. Kumparan primer mempunyai diameter kawat 0,5 – 1,0
mm. Diameter kawat kumparan sekunder yaitu 0,05 – 0,1 mm.
Untuk mencegah terjadinya hubungan singkat, antar kumparan
terdapat sekat yang mempunyai tahanan tinggi.
c. Distributor
Komponen distributor yaitu :
1) Nok (cam)
Berfungsi untuk membuka dan menutup kontak platina pada
sudut poros engkol yang tepat untuk masing-masing silinder.
2) Platina (breaker point)
Berfungsi untuk memutus dan menghubungkan arus listrik
yang mengalir melalui kumparan primer pada koil pengapian untuk
menghasilkan tegangan tinggi pada kumparan sekunder dengan cara
induksi magnet listrik.
3) Kondensor (capacitor)
Berfungsi untuk menyerap bunga api yang terjadi antara
kontak platina pada saat mulai membuka agar kontak tidak cepat
terbakar dan mempercepat pemutusan arus primer.
4) Centrifugal Governor Advancer
Berfungsi untuk mengubah saat pengapian sesuai dengan
putaran mesin.
5) Vacuum Advancer
38
Berfungsi untuk mengubah saat pengapian sesuai dengan
beban mesin.
6) Rotor
Berfungsi untuk membagikan arus listrik tegangan tinggi yang
dihasilkan oleh koil pengapian ke masing-masing busi.
7) Tutup distributor
Berfungsi untuk membagikan arus listrik tegangan tinggi dari
rotor ke kabel tegangan tinggi untuk masing-masing busi.
d. Kabel tegangan tinggi (high tension cord)
Berfungsi untuk mengalirkan tegangan tinggi dari koil pengapian
ke busi.
e. Busi
Berfungsi untuk mengeluarkan arus listrik tegangan tinggi menjadi
loncatan bunga api pada elektrodenya.
Teori terjadinya tegangan tinggi pada Ignition Coil
a. Induksi diri (self induction effect)
Pada saat medan magnet terjadi akibat arus mengalir pada kumparan
akibatnya EMF (electro motive force) dibangkitkan dan menghasilkan
garis gaya magnet dengan arah yang berlawanan dengan pembentukan
garis gaya magnet dalam kumparan. Oleh karena itu arus tidak akan
mengalir seketika pada saat dialirkan ke kumparan tetapi membutuhkan
waktu untuk menaikkan arus tersebut.
waktu
aru
s
39
Gambar 6. Terjadinya induksi diri (self induction)
Bila arus mengalir dalam sebuah kumparan dan kemudian arus
diputuskan secara tiba-tiba maka EMF akan dibangkitkan dalam
kumparan dengan arah dimana arus cenderung mengalir (arah yang
merintangi hilangnya garis gaya magnet). Dengan cara ini bila arus yang
mengalir ke kumparan, atau bila arus diputuskan maka kumparan
membangkitkan EMF yang bekerja melawan perubahan garis gaya magnet
pada kumparan.
b. Induksi bersama (mutual induction effect)
Apabila dua kumparan disusun dalam satu garis dan besarnya arus
yang mengalir pada kumparan primer diubah, maka EMF akan bangkit
pada kumparan sekunder dengan arah melawan perubahan garis gaya
magnet pada kumparan primer.
Pada gambar 7 bila arus tetap mengalir pada kumparan primer maka
tidak akan terjadi perubahan garis gaya magnet, dengan demikian tidak
ada EMF yang bangkit pada kumparan sekunder.
K.
K. primer
40
Gambar 7. Induksi bersama (Mutual induction)
Pada saat titik kontak diputuskan, aliran arus pada kumparan primer
juga diputuskan, garis gaya magnet yang telah terbentuk sampai saat itu
tiba-tiba menghilang, sehingga pada kumparan sekunder terjadi EMF
dengan arah melawan kehilangan fluksi magnet.
Sebaliknya apabila titik kontak dihubungkan kembali, maka pada
kumparan sekunder akan dibangkitkan EMF dengan arah yang berlawanan
dengan pembentukan garis gaya magnet pada kumparan primer (ini
berlawanan dengan yang terjadi bila arus diputuskan).
Ignition coil membangkitkan aliran yang bertegangan tinggi secara
induksi bersama yang terjadi pada saat arus primer yang tiba-tiba
diputuskan dengan terbukanya breaker point (kontak platina).
Besarnya EMF dipengaruhi oleh :
1) Banyaknya garis gaya magnet
Semakin banyak garis gaya magnet yang terbentuk dalam kumparan
semakin besar tegangan yang diinduksi.
2) Banyaknya gulungan kumparan
Semakin banyak lilitan kumparan semakin tinggi tegangan yang
diinduksikan.
3) Kecepatan perubahan garis gaya magnet
41
Semakin cepat perubahan banyaknya garis gaya magnet yang dibentuk
pada kumparan semakin tinggi tegangan yang terinduksi.
Tegangan tinggi yang dihasilkan kumparan sekunder koil
dikeluarkan diantara elektrode busi. Kemampuan dalam menghasilkan
bunga api tergantung beberapa faktor, yaitu:
1. Bentuk elektrode dan kemampuan discharge
2. Celah busi dan tegangan yang dibutuhkan
3. Tekanan kompresi dan tegangan yang dibutuhkan
4. Suhu elektrode dan tegangan yang dibutuhkan
3. Booster Pengapian (Ignition Booster)
Booster berfungsi untuk menyempurnakan proses pembakaran dalam
mesin dengan cara memperbesar tegangan pengapian, tanpa mengganti koil
dan kabel busi. Booster ini dapat digunakan pada kendaraan dengan sistem
pengapian CDI maupun platina (http: www.ototrend.com).
Dalam perkembangannya booster pengapian ini disempurnakan lagi
menjadi suatu rangkaian komponen. Di dalam booster terdapat rangkaian
elektronik berupa amplifier tegangan dan penyearah yang berfungsi untuk
memaksimalkan energi pembakaran (http : www.bataviaonline.tripod.com).
42
Gambar 8. Pemasangan Booster
Menurut situs http : www.autofieldguide.com penggunaan booster
pengapian bermanfaat untuk meningkatkan efisiensi pembakaran, daya output,
dan hemat bahan bakar seperti yang dilakukan oleh peneliti Ulf Arens.
Dinyatakan juga bahwa sistem pengapian high-performance berpengaruh pada
tenaga (power) dan emisi gas buang. Booster pengapian dapat meningkatkan
torsi sebesar 2,8 % dan daya sebesar 3,2 %.
Gambar 9. Grafik hasil penelitian booster pengapian
Amplifier tegangan berfungsi untuk memperbesar tegangan output
koil, sehingga voltase yang mencapai busi dapat ditingkatkan dan
menghasilkan percikan api lebih kuat dan stabil. Amplifier ini juga
meminimalkan efek penurunan tegangan yang sering terjadi pada rpm tinggi.
43
Penyearah berfungsi sebagai penangkal arus balik (back motion
electron force) yang dapat melemahkan tegangan pengapian dan dapat
menjadi penyebab meningkatnya suhu koil.
Booster pengapian “POWER” didalamnya terdapat sebuah rangkaian
penyearah yaitu dioda. Dioda ini berfungsi sebagai penyearah sesuai dengan
karakteristiknya. Karakteristik dioda mempunyai sifat hanya dapat
mengalirkan elektron atau arus pada satu arah.
Gambar 10. Skema Booster pengapian POWER
Dioda ada beberapa macam sesuai dengan pemakaian bahan dasarnya
(bahan semi konduktor) maka dapat dibagi menjadi dua macam yaitu silikon
dan germanium.
Sesuai dengan sifat yang dimiliki maka dioda dapat digunakan untuk
penyearah arus listrik (rectification current).
input output
Booster POWER
44
Gambar 11. Rangkaian dioda dengan sumber DC
Pada rangkaian tersebut menjelaskan bahwa arus akan mengalir
melalui rangkaian dioda dan lampu akan menyala karena tegangan baterai
dipergunakan pada arah ke depan (forward bias). Tetapi bila polaritas baterai
dibalik maka tidak terjadi pengaliran arus pada rangkaian dan lampu akan
mati karena tegangan baterai dipergunakan pada arah yang berlawanan.
Bila sumber berupa tenaga arus bolak-balik (AC) seperti pada gambar
12 maka arus keluaran berupa setengah gelombang (half wave rectification).
Gambar 12. Rangkain dioda dengan sumber AC dan grafik output.
Output koil yang berupa arus bolak-balik (AC) akan menghambat
terbentuknya tegangan induksi karena terjadinya arus balik (back
electromotive force). Arus balik tersebut akan menghambat arus primer pada
primer koil. Arus primer yang terhambat akan menyebabkan menurunnya
tegangan pengapian. Dengan tegangan pengapian yang kuat dan stabil maka
akan menyebabkan tekanan pembakaran yang besar.
Apabila tekanan kompresi meningkat maka discharge akan menjadi
semakin sulit dan tegangan yang dibutuhkan semakin besar. Apalagi pada saat
kendaraan berjalan lambat dengan kecepatan rendah dan beban berat serta
Sumber arus listrik
45
throttle valve terbuka penuh. Tegangan yang dibutuhkan juga akan naik bila
suhu campuran udara-bahan bakar turun.
Gambar 13. Tekanan kompresi dan tegangan yang dibutuhkan
Dengan tekanan pembakaran yang kuat maka gaya hasil pembakaran
semakin besar yang akan meningkatkan daya mesin dan pembakaran akan
berlangsung sempurna.
Dengan terjadinya pembakaran yang berlangsung sempurna dapat
menekan kadar emisi gas buang dan menghemat konsumsi bahan bakar.
Beberapa manfaat penggunaan booster, antara lain:
∼ Meningkatkan daya mesin
∼ Meningkatkan akselerasi
∼ Menyempurnakan pembakaran
∼ Mengurangi pemebentukan karbon pada ruang bakar
∼ Menghemat bahan bakar
4. Proses Pembakaran
46
Proses pembakaran didalam silinder merupakan reaksi kimia antara
unsur yang terkandung dalam bahan bakar (HC) dengan udara yang diikuti
dengan timbulnya panas. Panas pembakaran inilah yang dilepas selama proses
menghasilkan tenaga.
Pada saat terjadi proses pembakaran, campuran bahan bakar dan udara
tidak langsung terbakar karena terjadi reaksi antara bahan bakar dan udara.
Pada saat gas dikompresikan, tekanan dan suhu akan naik, sehingga akan
terjadi reaksi kimia dimana molekul-molekul hidrokarbon terurai dan
bergabung dengan oksigen.
Ada dua kemungkinan yang dapat terjadi dalam pembakaran gas
motor bensin, yaitu:
a. Pembakaran Sempurna
Pembakaran sempurna merupakan pembakaran dimana bahan
bakar dapat terbakar secara keseluruhan atau tuntas pada saat yang
dikehendaki. Mekanisme pembakaran normal dalam motor bensin dimulai
pada saat terjadinya loncatan bunga api pada busi. Selanjutnya api
membakar gas yang ada di sekelilingnya, dan terus menjalar ke seluruh
bagian sampai semua partikel gas terbakar habis. Dalam pembakaran
normal pembagian nyala pada waktu pengapian terjadi merata di seluruh
bagian.
Pada keadaan yang sebenarnya mekanisme pembakaran di dalam
motor bensin bersifat kompleks karena berlangsungnya melalui beberapa
Tekanan pembakaran
maksimum Tekanan
Tekanan akhir
47
fase seperti yang digambarkan pada diagram/kurva proses pembakaran
berikut.
Gambar 14. Kurva Pembakaran Normal
Pada saat busi memercikkan bunga api titik A sampai titik B
terjadi keterlambatan pembakaran bahan bakar dan udara. Sampai pada
titik B pembakaran dimulai dan penyebaran apinya dilanjutkan keseluruh
bagian ruang bakar. Bila proses pembakaran ini berlangsung normal, maka
kecepatan rambat apinya agak konstan dan merata ke seluruh ruang
silinder.
Saat setelah bahan bakar mulai terbakar titik B, maka tekanan di
dalam silinder akan naik dengan drastis. Hal ini disebabkan karena
sempitnya ruang bakar akibat dari langkah kompresi dan panas
pembakaran ini akan mengakibatkan naiknya tekanan di dalam silinder.
48
Tekanan pembakaran ini akan mencapai titik tertinggi pada
beberapa saat setelah piston melewati TMA. Hal ini mempunyai maksud
agar tenaga yang dihasilkan benar-benar maksimum, karena tekanan
pembakaran akan digunakan untuk mendorong piston. Daerah tekanan
maksimum ini harus dipertahankan, untuk itu waktu penyalaan (saat busi
memercikkan api) harus dimajukan, tepatnya pada saat motor berjalan
cepat walaupun tekanan tertinggi dicapai pada titik C, tetapi proses
pembakaran tetap berlangsung sampai pada titik D.
Pada kenyataannya pembakaran sempurna tidak pernah terjadi di
dalam silinder, oleh sebab itu gas buang yang keluar dari ruang bakar
mengandung gas-gas sisa pembakaran yang merupakan gas berbahaya.
b. Pembakaran tidak sempurna
Pembakaran tidak sempurna merupakan proses pembakaran
dimana sebagian bahan bakar tidak ikut terbakar, atau tidak terbakar
bersama pada saat yang dikehendaki. Pembakaran tidak sempurna
dibedakan menjadi dua, yaitu knocking dan pre-ignition.
Pada peristiwa pembakaran normal api menyebar ke seluruh
bagian ruang bakar dengan kecepatan konstan dan busi berfungsi sebagai
pusat penyebaran. Gas baru yang belum terbakar terdesak oleh gas yang
telah terbakar, sehingga tekanan dan suhunya naik sampai mencapai
keadaan sampai hampir terbakar. Jika pada saat ini gas tadi terbakar
dengan sendirinya maka akan timbul ledakan (detonasi) yang
menghasilkan gelombang kejutan berupa suara ketukan (knocking noise).
49
Fluktuasi tekanan yang besar dan cepat terjadi pada saat akhir pembakaran
sehingga akan menyebabkan tenaga mesin menurun.
Sedangkan pre-ignition terjadi saat busi belum memercikkan api.
Bahan bakar terbakar dengan sendirinya sebagai akibat dari kenaikan
tekanan dan suhu yang tinggi sebelum busi menyala. Tekanan dan suhu
membakar gas bakar tanpa adanya api dari busi.
Gambar 15. Kurva Pembakaran Tidak Sempurna
5. Daya
Daya motor adalah besarnya kerja motor selama waktu tertentu.
Campuran bahan bakar dan udara yang terbakar dalam ruang bakar akan
menghasilkan gas pembakaran yang bersuhu dan bertekanan tinggi. Gas ini
akan mendorong piston ke bawah dan menghasilkan daya yang disalurkan ke
poros engkol melalui batang piston.
Tenaga gerak yang dihasilkan mesin berasal dari energi panas hasil
reaksi kimia campuran bahan bakar dan udara. Energi panas yang dihasilkan
50
pada langkah ekspansi tidak semuanya diubah menjadi tenaga gerak. Untuk
motor bensin, energi yang digunakan secara efektif besarnya sekitar 25 %.
Gambar 16. Skema urutan daya putar yang dihasilkan mesin
Sebagian dari daya indikator dibutuhkan untuk mengatasi gesekan
mekanis, misalnya gesekan antara piston dengan silinder. Disamping itu daya
indikator harus menggerakkan beberapa komponen seperti pompa air
pendingin, pompa bahan baker, dan lain-lain.
Secara teoritis daya efektif (Ne) mesin dirumuskan :
100.75.60.
..... 24
1
a
zPensDNe
π= x 0,735 .................................... (1)
Pembakaran campuran bahan bakar dan udara
Gas bersuhu
Gaya bertekanan
Gerak lurus
Mekanik
Daya
51
Keterangan:
Ne = daya efektif (kW)
D = diameter silinder (cm)
s = langkah piston (cm)
n = putaran mesin (rpm)
Pe = tekanan efektif rata-rata (kg/cm2)
z = jumlah silinder
a = faktor putaran (4T = 2, 2T = 1)
1 dk = 0,735 kW
Daya pada sebuah motor dapat dipengaruhi oleh ukuran diameter
silinder, langkah torak, perbandingan kompresi, dan rendemen/efisiensi.
a. Volume Silinder (Displacement)
Diameter silinder dan langkah piston merupakan dua faktor penting
dalam mentukan kemampuan motor. Karena banyaknya bahan bakar yang
dibakar tergantung dari volume silinder, dimana volume silinder
dipengaruhi diameter silinder dan langkah piston. Langkah piston dihitung
dari jarak titik mati atas (TMA) dengan titik mati bawah (TMB). Sehingga
semakin besar diameter silinder dan langkah piston berarti semakin banyak
pula bahan bakar yang dapat dibakar sehingga tenaga yang dihasilkan akan
semakin besar.
52
Gambar 17. Diameter dan Langkah Piston
b. Perbandingan Kompresi (Compression ratio)
Perbandingan kompresi diukur dengan banyaknya campuran bahan
bakar dan udara yang dapat masuk ke dalam silinder selama langkah hisap
(volume silinder), yang dimampatkan pada saat langkah kompresi. Volume
sisa pada bagian atas silinder bila torak sudah mencapai titik mati atas
(volume ruang bakar). Perbandingan kompresi adalah perbandingan antara
volume silinder ditambah dengan volume ruang bakar dan dibagi dengan
volume ruang bakar.
Vrb
VrbVskompresianperbanding
+= .................................... (2)
keterangan:
Vs = volume silinder (cm3)
Vrb = volume ruang bakar (cm3)
Jika perbandingan kompresi diperbesar maka tekanan pembakaran
akan bertambah besar akan tetapi tidak boleh melewati batasan tertentu
karena akan menyebabkan terjadinya knocking/detonasi yang akan
menyebabkan turunnya daya mesin. Pada umumnya perbandingan
kompresi untuk motor bensin yaitu 8 – 11.
c. Efisiensi Volumetric dan Efisiensi Pengisian
53
Berdasarkan teori besarnya tenaga hasil pembakaran dipengaruhi
jumlah campuran udara dan bahan bakar yang masuk ke dalam silinder
selama langkah hisap. Pada kenyataannya jumlah campuran yang dihisap
oleh motor berbeda dan dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:
tekanan, suhu, gas-gas sisa, dan waktu kerja katup-katup. Hal ini yang
menyebabkan perencanaan kemampuan pemasukan yang sesungguhnya
(actual intake performance), efisiensi volumetric, dan efisiensi pengisian
digunakan sebagai ukuran rata-rata.
Bila suhu absolut dan tekanan masing-masing adalah T dan P dan
keadaan standar T0 = 150
dan P0 = 760 mmHg, efisiensi volumetric dan
efisiensi pengisiannya yaitu :
Tdan P pada lumelangkah vo dalam .
TPdan padabensin dan .
Tdan P padabensin dan camp.udara vol. .
campberat
udaracampberat
langkahvolumevolefisiensi
=
=
00
0 0
T P padalangkah vol.camp.dalamberat
Tdan P padabensin dan .
Tdan P kediubah TPdan pada dihisap yang camp. vol.pengisian
dan
udaraberatcamp
langkahvolumeefisiensi
=
=
Hasil perhitungan efisiensi volumetric tidak akan diperoleh tanpa
terlebih dahulu mengetahui tekanan dan suhu dari keadaan pemasukan,
tetapi pada efisiensi pengisian volume absolut campuran udara dan bensin
dapat diselesaikan sebab kondisi standarnya telah diketahui.
54
Harga efisiensi pengisian berbanding langsung denagn output mesin
sehingga akan lebih baik jika dibuat sebesar mungkin. Harga efisiensi
mencapai 100% tidak memungkinkan karena adanya tahanan sistem hisap
dan efek-efek gas buang, umumnya berkisar antara 65% - 85%. Efisiensi
pengisian dapat dimaksimalkan dengan menggunakan super charger.
d. Efisiensi thermis
Merupakan perbandingan antara panas yang berguna dengan panas
masuk. Misalnya panas yang dihasilkan dari pembakaran campuran bahan
bakar yang dimasukkan kedalam silinder adalah Q1 dan panas yang hilang
(panas keluar) pada dinding silinder serta bagian-bagian lainnya adalah Q2.
Efisiensi thermis = Q1-Q2 / Q1 ............................................. (3)
Gambar 18. Diagram kesetimbangan panas motor
e. Efisiensi Mekanis
55
Sebagian gaya indikator tiap langkah kerja digunakan uintuk proses
motor tersebut. Pemakaian tenaga lain untuk melawan tahanan gesek dari
bantalan, piston, dan komponen mesin yang lain. Semua tenaga yang hilang
akibat gaya-gaya diatas disebut kerugian gesek (Nf) dimana:
Ne = Ni - Nf ......................................................... (4)
Kerugian gesek sulit untuk diukur secara tepat, pendekatan yang
umum dilakukan pada mesin putaran tinggi adalah dengan menggunakan
dynamometer. Kecepatan mesin, setting throttle, temperatur pelumas, dan
tekanan atmosfir dijaga dalam kondisi yang stabil selama pengujian.
Kesalahan umum yang terjadi dalam metode ini adalah gaya tekanan gas
pada piston dan ring piston selama pengujian lebih rendah dari kondisi
mesin di lapangan.
Perbandingan tenaga pengereman yang dihasilkan mesin dan daya
indikator disebut efisiensi mekanik (ηm).
Ni
Nfm −== 1
Ni
Ne η
Tenaga untuk siklus kerja mesin termasuk dalam kerugian gesek,
efisiensi mekanik tergantung pada desain posisi throttle sesuai putaran
mesin. Pada mesin modern efisiensi dapat mencapai 90% dan pada putaran
tinggi turun menjadi 75%.
Kerja efektif mesin yang terukur mempunyai nilai lebih kecil dari
pembakaran yang sesungguhnya (kerja indikator), karena adanya kerugian
yang ditimbulkan karena gesekan, pendinginan, dan gas buang. Dalam
56
pengukuran prestasi mesin menggunakan metode yang berbeda-beda
tergantung dari berbagai standar dan kondisi pengujian yang dilakukan.
Gambar 19 menunjukkan peralatan yang digunakan untuk
mengukur nilai yang berhubungan dengan keluaran motor pembakaran
(hydraulic engine test bed).
Prinsip kerjanya adalah dengan memanfaatkan pompa hidrolik jenis
roda gigi (hydraulic gear pump) untuk menangkap daya mesin yang diuji.
Gambar 19. Hydraulic engine test bed
Keterangan :
1. Motor bensin
2. Poros propeller
3. Pompa roda gigi
4. Saluran masuk fluida
5. Saluran keluar fluida
6. Reservoir fluida
7. Vacuum gauge
8. Pressure gauge
9. Tabung pemecah buih
10. Tabung pengukur debit fluida
11. Kran pengatur beban
10
8
4
3
11
1
2
7
5
6
9
57
Karena konstruksi poros mesin yang diuji dengan poros pompa
berada pada satu garis lurus (satu poros) maka besarnya putaran mesin sana
dengan putaran pompa sehingga daya yang dihasilkan oleh pompa
merupakan daya yang diuji.
Hasil pengujian prestasi akan ditunjukkan dengan perubahan yang
terjadi pada panel-panel. Besarnya daya yang dihasilkan mesin dapat
dihitung dari besarnya debit fluida yang keluar dari pompa (Q) dalam
m3/detik dikalikan dengan range tekanan fluida masuk dan tekanan fluida
keluar (∆P) dalam kg/m2 yang dihasilkan oleh mesin dengan rumus:
P = Q x ∆P ............................................................. (5)
dimana :
P = daya output mesin
Q = debit fluida
∆P = tekanan fluida masuk + tekanan fluida keluar pompa
Dari hasil perhitungan maka akan diperoleh nilai daya P
(kgm/detik), kemudian satuan daya tersebut dirubah dalam kiloWatt.
6. Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc)
Besarnya daya dan torsi suatu motor merupakan hasil dari pembakaran
campuran bahan bakar dan udara dalam ruang silinder. Banyaknya bahan
bakar yang diubah menjadi daya ditunjukkan dalam satuan kilogram. Maka
berarti banyaknya bahan bakar yang dikonsumsi oleh motor dibandingkan
58
daya yang dihasilkan dalam tiap satuan waktu akan diperoleh besaran yang
disebut konsumsi bahan bakar spesifik /spesific fuel consumption (sfc).
Ptsfc
.
relatifVbb.rapat = .......................................... (6)
keterangan :
sfc = spesific fuel consumption (kg/kW-h)
Vbb = volume bahan bakar yang dikonsumsi (cc)
Rapat relatif = rapat relatif bahan bakar (kg/dm3)
t = waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan bahan bakar (detik)
P = daya output (kW)
Tingkat pemakaian bahan bakar dalam suatu motor ditentukan dengan
banyaknya bahan bakar yang diberikan dan daya yang dihasilkan saat itu,
sehingga akan berbeda dengan pemakaian pada saat motor berjalan. Tidak
selamanya mesin dengan volume silinder yang besar akan berarti konsumsi
bahan bakarnya boros / tinggi.
Kerangka Berpikir
Upaya untuk menaikkan kemampuan mesin dapat dilakukan dengan
berbagai cara agar diperoleh tenaga yang maksimal disamping penggunaan bahan
bakar yang lebih ekonomis. Salah satunya pada komponen sistem pengapian
karena salah satu syarat motor bensin hidup adalah adanya pembakaran.
Perbaikan pada sistem pengapian akan memperbaiki kinerja sistem pengapian.
Penggunaan booster diharapkan mampu memperbaiki kinerja sistem
pengapian. Karena booster berfungsi untuk memperkuat dan menstabilkan
59
tegangan pengapian. Booster mencegah melemahnya tegangan pengapian karena
adanya back electro motion pada koil pengapian. Tegangan pengapian yang kuat
akan memperbesar tekanan pembakaran. Tekanan pembakaran yang lebih besar
akan meningkatkan daya mesin dan performa kendaraan dan menyempurnakan
proses pembakaran. Pembakaran yang sempurna dapat menekan kadar emisi gas
buang dan menghemat konsumsi bahan bakar. Maka diperkirakan penggunaan
booster akan menimbulkan perbedaan daya dan konsumsi bahan bakar pada
sistem pengapian standar mesin Toyota seri 5K.
60
BAB III
METODE PENELITIAN
Bahan dan Peralatan
1. Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah satu unit mesin Toyota seri
5K, Hydraulic engine test bed, booster pengapian , dan bahan bakar premium
dari SPBU.
2. Peralatan
Alat penelitian merupakan seperangkat peranti bantu dalam penelitian yaitu:
a. Tachometer, untuk mengukur putaran mesin.
b. Timing light, untuk memeriksa dan meyetel saat pengapian.
c. Dwell tester, untuk mengukur dan menyetel sudut dwell.
d. Gelas burret, untuk mengukur konsumsi bensin.
e. Termometer, untuk mengukur temperatur ruangan dan kerja mesin.
f. Compression tester, untuk mengukur tekanan kompresi.
g. Stopwatch, untuk mengukur waktu.
h. Tool set
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan pada:
Hari : Senin - Sabtu
Tanggal : 24 - 29 januari 2005
Tempat : Laboratorium Uji Performa Teknik Mesin, UNNES
61
Variabel Penelitian
1. Variabel bebas
Dalam penelitian ini yaitu sistem pengapian standar dan sistem pengapian
yang menggunakan booster yang dipakai mesin Toyota seri 5K.
2. Variabel terikat
Dalam penelitian ini yaitu daya dan konsumsi bahan bakar pada mesin
Toyota seri 5K.
3. Variabel kontrol
Variabel kontrol yaitu faktor lain di luar variabel penelitian yang diteliti
tetapi dapat mempengaruhi hasil penelitian. Variabel kontrol dalam penelitian
ini adalah tekanan kompresi (7 – 14 kg/cm2), celah busi (0,7 – 0,9 mm),
celah platina (0,45 mm), waktu pengapian 80 sebelum TMA (dengan melepas
selang vakum advancer), temperatur ruangan, dan temperatur kerja mesin
yang dikondisikan sama pada setiap perlakuan.
Metode Eksperimen
Penelitian ini menggunakan metode deskriptif, yaitu suatu metode dalam
meneliti status kelompok, manusia, suatu objek, suatu set kondisi, suatu sistem
pemikiran, suatu peristiwa ataupun suatu kelas peristiwa pada masa sekarang. Tujuan
penelitian deskriptif ini adalah untuk membuat suatu deskripsi, gambaran atau lukisan
secara sistematis, factual, dan akurat mengenai faktor-faktor serta hubungan–
hubungan antar fenomena yang diselidiki.
62
Pola dan Desain Eksperimen
Setelah mempersiapkan bahan dan peralatan serta alat penelitian dapat
berfungsi dengan baik selanjutnya melakukan langkah uji coba/eksperimen.
Pengambilan data dengan eksperimen dilakukan dengan tiga kali pengulangan pada
tiap variasi putaran sehingga diharapkan diperoleh data yang valid.
Metode Pengumpulan Data
Dalam penelitian ini menggunakan metode eksperimen yaitu membandingkan
daya dan konsumsi bahan bakar antara pengapian standar dengan pengapian
menggunakan booster. Setiap perlakuan dilakukan tiga kali pengambilan data,
sehingga diharapkan data yang didapat benar-benar valid.
Langkah pengambilan data dalam penelitian ini adalah :
1. Menyiapkan peralatan dan mengeset alat yang akan digunakan untuk
pengambilan data.
2. Mengkondisikan mesin dalam kondisi standar yaitu dengan melakukan tune
up yang meliputi pemeriksaan air pendingin, minyak pelumas mesin, celah
katup, dan sistem pengapian.
3. Pemeriksaan mesin setelah distart :
• Setelah mesin distart jalankan mesin kurang lebih 5 menit pada putaran
sedang sampai dicapai suhu kerja mesin.
• Indikasi lain bahwa mesin sudah dalam kondisi kerja adalah dari getaran
dan bunyi yang sudah stabil.
4. Pelaksanaan eksperimen untuk sistem pengapian standar dan pengapian yang
menggunakan booster.
63
• Menghidupkan mesin dengan sudut pembukaan throttle valve 290 (1/3
pembukaan throttle valve)
• Dalam kondisi putaran mesin dengan pembukaan throttle valve 290 kran
pengatur beban pada engine test bed diputar perlahan menutup aliran
fluida pembeban. Kran ditutup terus hingga putaran mesin yang
ditentukan. Mencatat semua kondisi yang terjadi pada engine test bed
antara lain :
- Tekanan fluida masuk
- Tekanan fluida keluar
- Debit fluida
- Waktu yang diperlukan untuk menghabiskan bahan bakar sebesar
20cc.
• Setelah semua tercatat, kran pengatur beban dibuka perlahan dan
pembukaan throttle valve juga dikurangi perlahan.
• Mematikan mesin untuk pendinginan.
• Mengulang semua langkah a-d untuk setiap perlakuan pada putaran yang
ditentukan hingga tiga kali pengulangan agar didapat data yang valid. Data
hasil observasi kemudian dimasukkan ke dalam rumus untuk menghitung
daya dan konsumsi bahan baker spesifik (sfc).
64
Alur Penelitian
Langkah-langkah yang dilaksanakan dalam penelitian ini dapat digambarkan
dalam bagan berikut :
Teknik Analisis Data
Teknik analisis data yang dipakai dalam penelitian ini menggunakan
statistika deskriptif yang dilakukan dengan cara melukiskan dan merangkum
pengamatan dari penelitian yang dilakukan (Suharsimi Arikunto,1996 : 274).
Mesin Toyota Kijang seri 5K
Pengujian dengan
hydraulic engine test bed
Pengujian dengan
hydraulic engine test bed
Daya
Mesin
Konsumsi
Bahan
Bakar
Daya
Mesin
Analisis data
Kesimpulan
Analisis data
Konsumsi
Bahan
Bakar
Pengapian menggunakan booster Pengapian standar
65
Data yang dihasilkan digambarkan secara grafis dalam histrogram atau
poligon frekuensi.
66
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Hasil Penelitian
1. Perbandingan daya antara sistem pengapian standar dengan sistem yang
menggunakan booster pada mesin Toyota seri 5K.
Berikut ini adalah data hasil eksperimen dari perbandingan daya (kW)
antara sistem pengapian standar dengan sistem pengapian yang menggunakan
booster pada mesin Toyota seri 5K.
Tabel 1. Hasil perhitungan daya (kW)
Putaran mesin
(rpm)
Sistem pengapian Prosentase kenaikan
(%) Pengapian
standar dengan booster
2000 22.479 22.623 0.64
2200 25.063 25.352 1.15
2400 27.17 27.723 2.61
2600 26.423 27.595 4.43
2800 22.418 24.940 11.25
3000 21.630 22.156 0.20
3200 20.693 20.958 1.28
3400 18.806 19.141 1.78
3600 17.606 17.765 0.90
3800 14.353 14.904 3.83
Dari data hasil eksperimen dapat diketahui bahwa pada tiap variasi
putaran mesin terdapat perbedaan daya antara sistem pengapian standar
dengan sistem pengapian yang menggunakan booster. Langkah eksperimen
dilakukan dengan menggunakan mesin yang sama, suhu ruangan, suhu mesin,
67
dan waktu untuk masing-masing pengulangan dikontrol agar relatif sama agar
diperoleh data yang valid.
68
2. Perbandingan konsumsi bahan bakar spesifik antara sistem pengapian
standar dengan sistem yang menggunakan booster pada mesin Toyota
seri 5K.
Berikut ini adalah data hasil eksperimen dari perbandingan konsumsi
bahan bakar spesifik (kg/kW-h) antara sistem pengapian standar dengan
sistem pengapian yang menggunakan booster pada mesin Toyota seri 5K.
Tabel 2. Hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kW-h)
Putaran
mesin (rpm)
Sistem pengapian Prosentase
penurunan
(%)
Pengapian
standar dengan booster
2000 0.246 0.222 10.80
2200 0.235 0.219 7.30
2400 0.231 0.221 4.52
2600 0.245 0.227 7.92
2800 0.307 0.259 18.52
3000 0.331 0.317 4.41
3200 0.354 0.340 4.11
3400 0.407 0.392 3.82
3600 0.453 0.443 2.25
3800 0.594 0.559 6.26
Dari data hasil eksperimen dapat diketahui bahwa pada tiap variasi
putaran mesin terdapat perbedaan konsumsi bahan bakar spesifik antara
sistem pengapian standar dengan sistem yang menggunakan booster.
Langkah eksperimen dilakukan dengan menggunakan mesin yang sama,
suhu ruangan, suhu mesin, dan waktu untuk masing-masing pengulangan
dikontrol agar relatif sama agar diperoleh data yang valid.
69
70
Pembahasan
Berdasarkan Tabel 1, 2 dan Gambar 20, 21 merupakan hasil
ujicoba/eksperimen perbedaan daya dan konsumsi bahan bakar spesifik (sfc)
antara sistem pengapian standar dengan pengapian yang menggunakan booster
pada hydraulic engine test bed sehingga dapat diketahui besarnya daya dan sfc
pada tiap variasi putaran mesin mulai dari putaran mesin 2000 – 3800 rpm.
Besarnya nilai daya dan sfc diperoleh dari pengolahan data hasil pengujian
yang telah dibahas sebelumnya. Untuk memperjelas pembahasan dan
mempermudah analisis data perlu adanya pembahasan yang lebih spesifik
mengenai daya dan konsumsi bahan bakar (sfc).
1. Daya Mesin
Berdasarkan Tabel 1 dan Gambar 20 hasil penelitian menunjukkan
perbedaan daya antara sistem pengapian standar dengan sistem pengapian
yang menggunakan booster pada mesin Toyota seri 5K pada tiap variasi
putaran mesin.
Pada sistem pengapian standar daya pada putaran mesin 2000 rpm
yaitu 22,479 kW. Sedangkan pada sistem pengapian yang menggunakan
booster pada putaran mesin 2000 rpm daya yang dihasilkan sebesar 22,623
kW lebih besar 0,144 kW (0,64 %) dari daya sistem pengapian standar. Hal ini
dapat dianalisa meskipun pada saat putaran mesin rendah pemasukan bahan
bakar masih kurang optimal (bahan bakar yang dihisap kurang maksimal) dan
tegangan pengapian yang tinggi namun pada sistem pengapian yang
menggunakan booster karena tegangan pengapiannya lebih tinggi dan stabil
maka bunga api yang terjadi juga lebih besar dan kuat sehingga dapat
71
meningkatkan temperatur dan tekanan pembakaran, gaya dorong hasil
pembakaran juga akan lebih optimal, dan kualitas pembakaran akan semakin
meningkat sehingga daya yang dihasilkan juga lebih tinggi bila dibanding
sistem pengapian standar.
Berdasarkan Tabel 1 dan Gambar 20 pada putaran mesin 2400 rpm,
daya maksimal sistem pengapian standar yang dihasilkan sebesar 27,17 kW.
Sedangkan pada sistem pengapian yang menggunakan booster daya maksimal
pada putaran mesin yang sama sebesar 27,723 kW atau lebih besar 0,706 kW
(2,61 %) dari daya maksimal pengapian standar. Pada kisaran putaran mesin
tersebut dimungkinkan pemasukan bahan bakar paling optimal, efisiensi
volumetrik dan pengisian optimal, dan pengapian juga optimal sehingga daya
yang dihasilkan akan maksimal pula. Akan tetapi dengan menggunakan
booster tegangan pengapian yang dihasilkan akan lebih besar dan bunga api
juga lebih kuat dan stabil. Gaya dorong hasil pembakaran juga meningkat
sehingga pada kisaran putaran mesin tersebut daya yang dihasilkan juga akan
lebih tinggi bila dibandingkan pengapian standar.
Berdasarkan Tabel 1 dan Gambar 20 untuk putaran mesin yang
semakin bertambah terjadi penurunan daya. Hasil penelitian menunjukkan
bahwa daya terkecil terjadi pada putaran mesin tertinggi (3800 rpm). Pada
sistem pengapian standar pada putaran mesin 3800 rpm daya yang dihasilkan
sebesar 14,353 kW. Sedangkan pada pengapian yang menggunakan booster
daya pada putaran yang sama yaitu 14,904 kW atau lebih besar 0,551 kW
(3,83 %) dari pengapian standar. Dapat dianalisa dari Tabel 1 dan Gambar 20
bahwa daya akan cenderung turun pada putaran mesin yang semakin
bertambah meskipun menurut persamaan 1 pada bab II daya akan semakin
72
meningkat dengan semakin bertambahnya putaran mesin. Hal ini karena pada
putaran mesin semakin tinggi kecepatan hisap piston akan meningkat
sehingga waktu pemasukan juga akan semakin singkat maka efisiensi
volumetrik dan pengisiannya juga akan turun. Pembakaran akan maksimal
jika pemasukan campuran bahan bakar dan udara besar, tekanan kompresi
optimal dan pengapian yang optimal. Faktor penurunan tegangan pengapian
juga akan mempengaruhi daya yang dihasilkan. Karakteristik dari pengapian
baterai konvensional yaitu terjadi penurunan tegangan pengapian pada putaran
mesin yang tinggi, dikarenakan pada kecepatan tinggi saat menutupnya kontak
platina semakin singkat sehingga aliran arus primer kurang mencukupi dan
tegangan pengapian akan turun sehingga menyebabkan daya yang dihasilkan
juga akan menurun.
Dengan menggunakan booster tegangan pengapian yang dihasilkan
akan lebih stabil dan kuat, bunga api yang dihasilkan juga semakin kuat.
Salah satu syarat pembakaran campuran bahan bakar-udara adalah bunga api
yang kuat (disebabkan karena udara memiliki tahanan listrik yang naik ketika
udara dikompresikan). Dengan bunga api yang kuat dan stabil akan
meningkatkan temperatur dan tekanan pembakaran serta gaya dorong hasil
pembakaran. Proses pembakaran yang lebih optimal akan menyebabkan daya
mesin yang dihasilkan lebih besar bila dibandingkan dengan pengapian
standar.
Nilai rerata daya mesin yang dihasilkan dari sistem pengapian
menggunakan booster juga lebih besar bila dibandingkan dengan sistem
pengapian standar. Kenaikan daya reratanya yaitu sebesar 2,79 % dari sistem
pengapian standar.
73
2. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)
Dari Tabel 2 dan Gambar 21 hasil penelitian konsumsi bahan bakar
spesifik (sfc) menunjukkan bahwa pada sistem pengapian yang menggunakan
booster lebih hemat dibandingkan dengan sistem pengapian standar pada tiap
variasi putaran mesin.
Menurut Tabel 2 dan Gambar 21 pada sistem pengapian standar sfc
yang dihasilkan sebesar 0,246 kg/kW-h pada putaran mesin 2000 rpm.
Berbeda dengan pengapian yang menggunakan booster. Pada putaran mesin
yang sama sfc yang dihasilkan sebesar 0,222 kg/kW-h atau lebih kecil 0,24
kg/kW-h (10,80%) dari pengapian standar. Hal ini dapat dianalisa bahwa
meskipun pada putaran rendah tegangan pengapian tinggi tetapi dengan
menggunakan booster maka tegangan pengapian akan lebih tinggi dan bunga
api yang dihasilkan juga akan lebih kuat daripada pengapian standar sehingga
proses pembakaran yang terjadi akan lebih sempurna dan menghemat
konsumsi bahan bakar.
Kemudian pada putaran mesin 2000 rpm sampai dengan 2400 rpm
terjadi penurunan sfc. Berdasarkan Tabel 2 dan Gambar 21 pada sistem
pengapian standar sfc minimum yang dihasilkan sebesar 0,231 kg/kW-h pada
putaran mesin 2400 rpm. Pada sistem pengapian yang menggunakan booster
nilai sfc minimum sebesar 0,219 kg/kW-h pada putaran mesin 2200 rpm atau
lebih kecil 0,16 kg/kW-h atau turun sebesar 7,30% dibandingkan sistem
pengapian standar pada putaran mesin yang sama. Hal ini dapat dianalisa
74
karena pada kisaran putaran mesin 2400 rpm efisiensi volumetrik dan efisiensi
pengisiannya optimal, daya yang dihasilkan juga maksimal dan proses
pembakaran yang berlangsung terjadi sempurna sehingga menyebabkan nilai
sfc yang dihasilkan paling minimum. Namun dengan menggunakan booster
maka sfc yang dihasilkan akan lebih kecil dikarenakan tegangan pengapian
yang dihasilkan lebih besar sehingga bunga api semakin kuat dan stabil yang
mana akan memperbaiki proses pembakaran, pembakaran menjadi lebih
sempurna dan akhirnya dapat menghemat pemakaian bahan bakar.
Berdasarkan persamaan 6 pada bab II tentang sfc maka faktor yang sangat
berpengaruh adalah waktu konsumsi dan daya yang dihasilkan. Maka
berdasarkan konsep tersebut dapat disimpulkan bahwa sfc paling minimum
secara keseluruhan akan tercapai pada daya maksimal karena pada saat
tersebut terjadi pembakaran yang sempurna.
Setelah putaran mesin 2400 rpm mulai terjadi kenaikan sfc. Kenaikan
terjadi sampai pada putaran mesin 3800 rpm. Berdasarkan Tabel 2 dan
Gambar 21 sfc maksimum terjadi pada putaran mesin yang paling tinggi.
Dapat dianalisa bahwa kenaikan sfc dikarenakan secondary system karburator
mulai bekerja pada kisaran putaran mesin menengah (2400 rpm) sehingga
akan meningkatkan konsumsi bahan bakar. Dengan putaran mesin yang
semakin tinggi maka efisiensi volumetrik dan efisiensi pengisiannya juga akan
semakin turun. Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) cenderung meningkat
seiring dengan putaran mesin karena pada saat putaran mesin tinggi
75
diperlukan bahan bakar yang cukup untuk memenuhi kebutuhan mesin. Selain
itu juga terjadi penurunan tegangan pengapian pada putaran mesin yang
semakin bertambah (karakteristik pengapian baterai konvensional) dan bunga
api yang dihasilkan akan melemah sehingga kualitas pembakarannya juga
akan menurun.
Pada pengapian menggunakan booster nilai sfcnya lebih kecil
dibandingkan pengapian standar. Karena pada putaran mesin tinggi meskipun
terjadi penurunan tegangan pengapian namun dengan menggunakan booster,
penurunan tegangan pengapiannya lebih kecil. Tegangan pengapian lebih
tinggi dan bunga api yang dihasilkan lebih kuat dan stabil bila dibanding
pengapian standar yang mana akan menyebabkan terjadinya proses
pembakaran lebih sempurna sehingga konsumsi bahan bakarnya akan lebih
irit/hemat.
Konsumsi bahan bakar (sfc) pada sistem pengapian menggunakan
booster nilai reratanya lebih kecil atau lebih hemat dibandingkan dengan
sistem pengapian standar. Prosentase penghematan reratanya yaitu sebesar
6,99% dari sistem pengapian standar.
76
Keterbatasan Penelitian
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui besarnya daya dan konsumsi
bahan bakar spesifik antara sistem pengapian standar dengan pengapian yang
menggunakan booster pada mesin Toyota seri 5K pada hydraulic engine test bed
di Laboratorium Teknik Mesin UNNES dengan variasi putaran mesin 2000 rpm
sampai dengan 3800 rpm.
Keterbatasan kemampubacaan yang rendah dari insturmen alat ukur yang
dipakai dimungkinkan terjadinya kesalahan pembacaan. Namun data yang
diambil adalah data sebenarnya yang diperoleh selama penelitian sehingga
diharapkan diperoleh data yang valid.
Penyusun merasa diperlukan penelitian lebih lanjut misalnya dengan
variasi putaran mesin yang lebih luas. Penelitian dapat pula dilakukan untuk
mengetahui daya, torsi, konsumsi bahan bakar spesifik, dan emisi gas buang
dengan jenis booster yang lain, waktu pengapian dan bahan bakar yang berbeda.
G R AF IK HU BU N G AN D AY A DEN G AN PU TAR AN M ESIN
27.595
24.940
22.418
26.42327.017
22.479
25.063
14.353
21.630
17.606
20.69318.806
25.352
22.623
27.723
22.15620.958
17.76519.141
14.904
10.000
12.000
14.000
16.000
18.000
20.000
22.000
24.000
26.000
28.000
30.000
1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000
p u tar an m e s in (r p m )
daya (
kW
)
pengapian s tandar
dengan bo o s ter
77
Gambar 20. Grafik hubungan daya dengan putaran mesin
Gambar 21. Grafik hubungan konsumsi bahan bakar
spesifik (sfc) dengan putaran mesin
0 .5 9 4
0 .2 5 9
0 .3 4 0
0 .3 9 2
0 .5 5 9
0 .2 3 10 .2 3 50 .2 4 6 0 .2 4 5
0 .3 0 7
0 .3 3 10 .3 5 4
0 .4 0 7
0 .4 5 3
0 .3 1 7
0 .2 2 70 .2 1 9
0 .2 2 20 .2 2 1
0 .4 4 3
0 .2 0 0
0 .2 5 0
0 .3 0 0
0 .3 5 0
0 .4 0 0
0 .4 5 0
0 .5 0 0
0 .5 5 0
0 .6 0 0
0 .6 5 0
1 8 0 0 2 0 0 0 2 2 0 0 2 4 0 0 2 6 0 0 2 8 0 0 3 0 0 0 3 2 0 0 3 4 0 0 3 6 0 0 3 8 0 0 4 0 0 0
p u ta r a n m e s in (r p m )
sfc
(k
g/k
W-h
)
p e n g a p ia n s ta n d a r
d e n g a n b o o s te r
GRAFIK HUBUNGAN KONSUMSI BAHAN BAKAR SPESIFIK (SFC) DENGAN
PUTARAN MESIN
78
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan data hasil uji coba penelitian studi perbandingan antara sistem
pengapian standar dengan pengapian yang menggunakan booster dengan objek
penelitian mesin Toyota seri 5K dapat disimpulkan bahwa :
1. Adanya perbedaan daya pada mesin Toyota seri 5K antara sistem pengapian
standar dengan pengapian yang menggunakan booster. Daya maksimal yang
dihasilkan pada sistem pengapian yang menggunakan booster sebesar 27.723
kW, naik 2.61 % dari sistem pengapian standar pada putaran mesin 2400 rpm.
Sedangkan prosentase kenaikan rerata daya sebesar 2.79 %.
2. Adanya perbedaan konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) antara sistem
pengapian standar dengan pengapian yang menggunakan booster. Prosentase
penurunan rerata konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) sebesar 6.99%. Pada
sistem pengapian yang menggunakan booster, sfc minimum sebesar 0.219
kg/kWh pada putaran mesin 2200 rpm. Pada pengapian standar sfc minimum
sebesar 0.231 kg/kWh pada putaran mesin 2400 rpm.
B. Saran
Berdasarkan hasil uji coba dan penelitian pada mesin Toyota seri 5K ada
beberapa saran antara lain :
79
1. Penggunaan booster merupakan salah satu jalan alternatif dalam memodifikasi
mesin sebagai upaya untuk meningkatkan performa mesin. Penggunaan
booster baik digunakan untuk berbagai kondisi jalan karena dapat
meningkatkan daya/tenaga mesin dan akan dapat menghemat pemakaian
bahan bakar.
2. Dalam memodifikasi sistem pengapian hendaknya diikuti dengan penggantian
komponen lain dengan kualitas yang lebih baik agar didapatkan hasil yang
lebih maksimal.
80
DAFTAR PUSTAKA
Arends BPM, Berenchot H. 1980. Motor Bensin. Jakarta : Erlangga
Arikunto, Suharsimi. 1992. Prosedur Penelitian Suatu Pendekatan Praktik. Jakarta :
PT. Rineka Cipta
Arismunandar, Wiranto. 1994. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Bandung : ITB
Heisler, Heinz. 1995. Advanced Engine Technology. London : The Bath Press
http : //www.autofieldguide.com/ Februari 2005
http : //www.bataviaonline.tripod.com/ Januari 2005
http : //www.ototrend.com/ Februari 2005
M. Barmawi, dkk. 1992. “Elektronika Terpadu. Rangkaian dan Sistem Digital dan
Analog”. Jakarta : Erlangga
Soenarta, Nakoela. 1995. Motor Serbaguna. Jakarta : Pradnya Paramita
Suyanto, Wardan. 1989. Teori Motor Bensin. Jakarta : P2LPTK
Tantana, Lukas. 1990. Rangkaian Mikroelektronika. Jakarta : Erlangga
81
Lampiran 1
1. Faktor Konversi
Data hasil penelitian tersebut perlu dikonversikan terlebih dahulu untuk
dijadikan sebagai data yang siap diolah. Konversi yang dimaksud adalah
menyamakan satuan ke dalam satuan metrik.
Tabel 3. Faktor Konversi
No Yang diukur
Satuan
awal
Satuan
metrik
Faktor konversi
1 Pin mmHg kg/m2 x 13,59
2 Pout kg/cm2
kg/m2 x 10.000
3 Volume terukur
fluida
dm3 atau L m
3 : 1000
4 Konsumsi bahan
bakar
cc/dt kg/kWh xtxP
xx 360002,074,0
Keterangan :
a. 1,033 kg/cm2 = 760 mmHg, maka 1 mmHg =13,59 kg/m
2 (Heinz H,
1995:289)
b. Massa jenis premium = 0,74 kg/dm3 (Lemb. Publikasi Lemigas vol 33
no. 2 tahun 1999/2000)
c. Volume bahan bakar terukur 20 cc = 0,02 dm3
d. t = waktu konsumsi (detik)
e. P = daya (kW)
82
(75 kg/s = 1 ps = 0,7355 kW )
2. Perhitungan
a. Tekanan masuk fluida (Pin) rata-rata :
Pin(avr) = 59,133
321x
PinPinPin ++
b. Tekanan keluar fluida (Pout) rata-rata :
Pout(avr) = 000.103
321x
PoutPoutPout ++
c. Waktu rata-rata yang dibutuhkan fluida (t) untuk mencapai 22 liter:
tavr = 3
321 ttt ++
d. waktu rata-rata konsumsi bahan bakar pada 20 cc:
tavr(sfc) = 3
321 ttt ++
e. Daya (P) diperoleh dari perkalian antara Debit (Q) dengan ∆P.
P = Q x (∆P)
P = Q x (Pin + Pout)……………………………kgm/dt
f. Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) :
Sfc = txP
xx 360002,074,0…………………………kg/kWh
Keterangan :
0,74 = massa jenis premium (kg/dm3)
0,02 = volume bahan bakar yang diukur (dm3)
3600 = 1 jam = 3600 detik
t = waktu konsumsi untuk 20 cc bensin
83
P = daya yang dihasilkan (kW)
P in (mmHg) P in avr P out (kg/m2) P out avr t ukur debit fl (det) t avr Vfl vbb debit
vbb(cc)
t ukur kons. bb (det)
t avr 2 3 (kg/m2) 1 2 3 (kg/m
2) 1 2 3 (det) (ltr) (m3) (m3/det) 1 2 3
18 17 20 249.150 33.5 35 33 338333.333 2.85 3.80 3.04 3.23 22 0.022 0.007 20 10.50 11.77 9.86 10.710 22.623
20 20 25 294.450 32 33 31 320000.000 2.70 2.75 2.73 2.73 22 0.022 0.008 20 9.60 10.10 9.15 9.617 25.352
30 25 30 385.050 30.5 32 30 308333.333 2.35 2.58 2.28 2.40 22 0.022 0.009 20 8.80 8.94 8.40 8.713 27.723
40 30 45 520.950 27 30 28 283333.333 2.15 2.35 2.16 2.22 22 0.022 0.010 20 8.56 8.62 8.34 8.507 27.595
50 40 50 634.200 23 27 24 246666.667 2.04 2.28 2.10 2.14 22 0.022 0.010 20 8.00 8.57 8.15 8.240 24.940
60 50 65 792.750 22 23 18 210000.000 2.02 2.26 1.88 2.05 22 0.022 0.011 20 7.53 7.90 7.34 7.590 22.156
70 65 70 928.650 21.5 19 17 191666.667 1.99 2.20 1.76 1.98 22 0.022 0.011 20 7.50 7.77 7.19 7.487 20.958
80 75 80 1064.550 18.5 17 15 168333.333 1.84 2.15 1.74 1.91 22 0.022 0.012 20 7.08 7.39 6.84 7.103 19.141
90 90 90 1223.100 16 15 13 146666.667 1.72 1.99 1.68 1.80 22 0.022 0.012 20 6.59 7.07 6.63 6.763 17.765
100 110 100 1404.300 11 10 10 103333.333 1.64 1.30 1.61 1.52 22 0.022 0.015 20 6.54 6.57 6.06 6.390 14.904
P in (mmHg) P in avr P out (kg/m2) P out avr t ukur debit fl (det) t avr Vfl vbb debit
vbb(cc)
t ukur kons. bb (det)
t avr1 2 3 (kg/m2) 1 2 3 (kg/m
2) 1 2 3 (det) (ltr) (m3) (m3/det) 1 2 3
20 20 15 249.150 32 31.5 31 315000.000 3.02 3.05 3.01 3.03 22 0.022 0.007 20 10.17 9.20 9.27 9.547
25 22 20 303.510 31 30 31 306666.667 2.61 2.72 2.60 2.64 22 0.022 0.008 20 9.00 9.00 9.18 9.060
37 30 30 439.410 30 29 30.5 298333.333 2.49 2.28 2.39 2.39 22 0.022 0.009 20 8.54 8.67 8.44 8.550
40 37 50 575.310 27.5 26 27.5 270000.000 2.30 2.08 2.25 2.21 22 0.022 0.010 20 8.30 8.37 8.01 8.227
42 42 58 643.260 22 22 20 213333.333 2.14 1.92 2.12 2.06 22 0.022 0.011 20 7.97 8.10 7.19 7.753
60 50 60 770.100 20 20 19 196666.667 2.02 1.88 2.01 1.97 22 0.022 0.011 20 7.68 7.62 7.01 7.437
85 57 70 960.360 18 17.5 18 178333.333 1.95 1.72 1.94 1.87 22 0.022 0.012 20 7.45 7.51 6.86 7.273
88 70 75 1055.490 15 16 16 156666.667 1.92 1.68 1.83 1.81 22 0.022 0.012 20 7.14 7.13 6.60 6.957
100 85 80 1200.450 14 12 15 136666.667 1.84 1.44 1.79 1.69 22 0.022 0.013 20 6.65 6.89 6.51 6.683
120 100 120 1540.200 8 10 11 96666.667 1.34 1.32 1.77 1.48 22 0.022 0.015 20 6.16 6.24 6.36 6.253
DATA PENGUJIAN MESIN DENGAN PENGAPIAN MENGGUNAKAN BOOSTER
DATA PENGUJIAN MESIN DENGAN PENGAPIAN STANDAR
84
85
top related