Kajian Eksperimental Unjuk Kerja dan Temperatur Pada Sepeda Motor Honda Supra X 100 cc dengan Bahan Bakar Premium dan LPG

PROPOSAL TUGAS AKHIRDiajukan Untuk Memenuhi Salah Satu SyaratMemperoleh Gelar Sarjana TeknikpadaBidang Studi Konversi EnergiProgram Studi S-1 Jurusan Teknik MesinFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember

Oleh :ZULKARNAIN NASRULLAHNRP. 2108 100 174

Disetujui oleh Tim Pembahas Proposal Tugas Akhir :

Dr. Ir. Atok Setiawan, M.Eng, Sc

Prof. Dr.Ir.H.D. Sungkono Kawano, M.Eng,Sc.

Dr. Bambang Sudarmanta, ST, MT

Hendro Nurhadi, Dipl-.Ing., Ph.D

SURABAYAMEI, 2013

Kajian Eksperimental Unjuk Kerja dan Temperatur Pada Sepeda Motor Honda Supra X 100 cc dengan Bahan Bakar Premium dan LPG

Nama Mahasiswa: Zulkarnain NasrullahNRP: 2108100174Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Atok Setiyawan, M.Eng.Sc

ABSTRAK

Bahan bakar gas merupakan alternatif yang direncanakan pemerintah untuk menggantikan bahan bakar minyak. Bahan bakar gas memiliki berbagai keuntungan diantaranya angka polutan rendah, konsumsi bahan bakar lebih rendah, pembakaran lebih bersih serta harganya yang relatif murah. Namun, temperatur hasil pembakaran gas lebih tinggi dari BBM, hal ini yang dikhawatirkan akan menyebabkan engine cepat over heat, performance menurun dan mengurangi life time engine karena material yang tidak didesain beroperasi di temperatur yang cukup tinggi.Oleh sebab itu penelitian ini dilakukan dengan tujuan mendapatkan referensi redesain atau modifikasi engine untuk bahan bakar gas. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen pada sepeda motor Supra x 100 cc. Penelitian ini dimulai dengan menyiapkan aparatus pengujian serta melakukan kalibrasi sepeda motor. Menentukan titik-titik pengukuran di tempat yang diduga memiliki temperatur ekstrim. Melakukan pengujian dyno untuk mendapatkan unjuk kerja dan temperatur engine. Pengujian dilakukan bergantian menggunakan BBM dan LPG. Pengujian ini dilakukan di Laboraturium Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar.Hasil yang diharapkan dari penelitian ini adalah grafik perbandingan unjuk kerja engine dan temperatur dibanding RPM, antara lain torsi vs rpm, daya vs rpm, sfc vs rpm, bmep vs rpm, temperatur vs rpm dan efisiensi volumetrik vs rpm.

Kata kunci: Temperatur engine gas, Modifikasi engine, Redesain engine, Performance Engine LPG, Bahan Bakar Gas

Daftar IsiHalaman Sampul .......................................................................................................................iLembar Pengesahan.................................................................................................................iiABSTRAKiiiDaftar TabelvDaftar GambarvNomenclatureviBABI PENDAHULUAN11.1 Latar Belakang11.2 Permasalahan21.3 Batasan Masalah21.4 Tujuan Penelitian31.5 Manfaat Penelitian3BABIITINJAUAN PUSTAKA4II.1. Gasoline4II.2. Liquefied Petroleum Gas (LPG)5II.2.1. Propana5II.2.2. Butana6II.3. S.I.E. 4 Langkah7II.3 Properti Unjuk Kerja Engine9II.4. Spesifikasi LPG Indonesia10II.5. Penelitian Terdahulu11BABIII METODE PENELITIAN15III.1 Hipotesa S.I.E yang Dikonversi ke LPG15III.2 Metode Penelitian15III.2.1 Bahan Uji.15III.2.2 Variable Penelitian15III.2.3 Pengujian Unjuk Kerja dan temperatur engine.16III.3 Diagram Alir Penelitian23III.3.1Diagram Alir Engine Desain dan Model24III.3.2 Diagram alir Kalibrasi25III.3.3 Diagram Alir Instrumentasi Desain26III.3.4 Diagram Alir Tes Dynamometer dan Model27III.4. Desain Eksperimen28DAFTAR PUSTAKA31

Daftar TabelTabel 2.1 Properties Bahan Bakar7Tabel 2.2 Keputusan Direktur Jendral Minyak dan Gas Bumi10Tabel 2.3 Pengukuran temperatur pada Berbagai Kondisi Kecepatan12

Daftar GambarGambar 2.7. Model Eksperimen11Gambar 2.8. Titik titik penempatan termocouple12Gambar 2.11. Perbandingan temperatur LPG dan temperatur gasoline14Gambar 2.12 (a) Perbandingan Daya, (b) Perbandingan Torsi, (c) Perbandingan konsumsi bahan bakar14Gambar 3.1(a) skema alat pengujian menggunakan premium16Gambar 3.1(b) skema alat pengujian menggunakan LPG17Gambar 3.2 engine supra x 100 cc18Gambar 3.3 Chacis Dynamometer18Gambar 3.4 gelas ukur19Gambar 3.5(a) themocouple di oli22Gambar 3.5 (b) thermocouple exhaust22Gambar 3.5 (c) thermocouple di engine20Gambar 3.5 (b) Display couple 22Gambar 3.6 Multi Point Pyrometer21Gambar 3.7 Timbangan digital21Gambar 3.8 Kipas Angin21Gambar 3.9 konverter kit22Gambar 3.10 Diagram alir penelitian23Gambar 3.11 Diagram Engine Desain dan Model24Gambar 3.12 Diagram Alir Kalibrasi25Gambar 3.13 Diagram Alir Instrumentasi Desain26Gambar 3.14 Diagram Alir Tes Dynamometer dan Model27

Nomenclature

T : Temperatur (oC)P : Daya (Kilo Watt)SFC : Konsumsi bahan bakar spesifik (mg/J)T : Torsi (N.m)MEP : Tekanan efektif rata-rata (Kilo Pa)f : laju aliran massa bahan bakar (g/s)a: laju aliran massa udara (g/s)Vd:Volume ruang bakar (m3)A/F : rasio udara bahan bakar (g/s)/(g/s)v: Efisiensi volumetrika: massa jenis udara (g/m3)N : Kecepatan (RPS)Fd: Gya drag angin (N)Cd: koofisien dragV : Kecepatan kendaraan (m/s)F Roll : Gaya tahanan rolling (N)M : massa bebanagravity : percepatan gravitasy (m/s2)Fhill : Gaya tanjakan (N)

TUGAS AKHIR

-v-

BAB I PENDAHULUAN1.1 Latar BelakangIndonesia merupakan negara yang memiliki populasi kendaraan bermotor sangat besar. Sampai akhir tahun 2012 lalu tercatat oleh Badan Pusat Statistik bahwa jumlah kendaraan bermotor yang beroperasi di Indonrsia adalah 93.948.927 dengan tingkat pertambahan 11% pertahun. Alat transportasi favorit sebagian besar masyarakat adalah sepeda motor, dari jumlah keseluruhan kendaraan bermotor yang beroperasi 83% nya adalah kendaraan roda dua. Sebab sepeda motor sangat praktis dan efisien, mememiliki sifat mobile, lincah sehingga jarang terjebak kemacetan dan dimensinya kecil tidak membutuhkan space yang sangat lebar dibanding dengan kendaraan roda empat. Dari segi biaya operasional, sepeda motor dianggap lebih hemat dibandingkan dengan angkutan umum ataupun mobil.Akhir-akhir ini terdengar pemerintah akan menetapkan kebijakan untuk mengurangi jumlah anggaran subsidi bahan bakar, sehingga sudah pasti harga bahan bakar akan naik.Mahalnya harga bahan bakar itulah yang menjadikan kekhawatiran pada masyarakat.Sehingga dicarilah energi alternatif yang memungkinkan untuk menggantikan posisi bensin sebagai bahan bakar utama saat ini.Sebagian masyarakat berinisiatif untuk berjaga-jaga adanya kenaikan harga bahan bakar dengan menggunakan LPG sebagai bahan bakar alternatif pengganti bensin. Dipilih LPG sebagai bahan alternatif pengganti bahan bakar sebab:1. LPG mudah didapatkan karena banyak dijual di pasaran.2. Harganya terjangkau karena merupakan bahan bakar rumah tangga yang disubsidi pemerintah.3. Tingkat keamanan relatif aman karena jika terjadi kebocoran diruang terbuka, LPG akan segera membumbung ke atas.4. Mudah diaplikasikan pada sepeda motor, tidak membutuhkan banyak modifikasi pada engine.5.Ramah lingkungan, Gas buang hasil pembakaran tidak banyak mengandung polutan berbahaya. [Philip Price et al : 2004][1].6. Biaya untuk memodifikasi murah karena alat pengkonversinya mudah dibuat dengan sedikit modifikasi pada karburator bensin.Hasil konversi LPG yang dilakukan pada umumnya masih memiliki beberapa kelemahan. Terutama pada temperatur engine yang lebih tinggi dibanding dengan pembakaran menggunakan bensin [Lopez R R:2007][2], hal trsebut yang dikhawatirkan akan menyebabkan engine over heat serta mengurangi life time engine karena material yang digunakan tidak diDesainuntuk temperatur tinggi. Performance yang menurun ditandai dengan penurunan torsi dan daya engine [Bui Van Ga:2009][3]. Telah banyak pula penelitian pada Spark Ignition Engine (S.I.E) yang telah melaporkan, tinjauan dari segi emisi gas buang yang dihasilkan LPG secara signifikan terbukti lebih rendah daripada bensin [1]. European Test Cycle mengadakan sebuah pengujian pada suhu kamar (25oC) terhadap emisi gas buang sebuah S.I.E. yang beroperasi dengan bahan bakar LPG dan didapatkan hasil emisi hidrokarbon (HC) berkurang sebesar 40%, karbon monoksida (CO) berkurang 60% dan emisi karbon dioksida (CO2) tereduksi secara signifikan. LPG memiliki kandungan unsur karbon lebih kecil dibandingkan bensin, LPG hampir tidak memproduksi particulate matter (PM) dan juga hanya menghasilkan sejumlah kecil emisi NOx. Menyikapi hal tersebut, penulis bermaksud mengajukan proposal penelitian berjudul Kajian Eksperimental Unjuk Kerja dan Temperatur Pada Sepeda Motor Honda Supra X 100 cc dengan Bahan Bakar Premium dan LPG sebagai penelitian untuk menyelesaikan studi strata satu (S1) di Jurusan Teknik Mesin FTI - ITS. Penelitian ini akan menjadi salah satu batu loncatan dalam pengembangan S.I.E. khusus sepeda motor berbahan bakar LPG.1.2 PermasalahanTerjadinya kenaikan temperatur S.I.E yang menggunakan bahan bakar LPG cukup signifikan berakibat dapat memperpendek engine component lifetime, dibandingkan dengan menggunakan bahan bakar premium.Metode yang digunakan untuk menganalisa hal ini adalah metode eksperimen yang membandingkan antara S.I.E yang berbahan bakar LPG dan premium, diantaranya daya [P], torsi [T], spesifik fuel consumsion [SFC], temperatur [T(oC)], efisiensi volumetric [v].1.3 Batasan MasalahBatasan masalah yang digunakan dalam pelaksanaan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:1. Sepeda Motor yang digunakan adalah Honda Supra x 100 cc.2. Data diambil saat engine dalam kondisi steady state.3. Bahan bakar dan udara dicampur secara premixed (karburator).4. Temperatur ruangan 27oC dan tekanan ruangan dianggap sebesar 1 atmosfer.5. Sistem pendinginan menggunakan kipas angin.6. Pembakaran dianggap stoikiometri (AFR BBM = 14,7:1 dan AFR LPG = 15,5:1).7. Sistem pembebanan full load.8. Kondisi pengambilan data dilakukan pada waktu berbeda menggunakan 1 engine.9. Jenis LPG adalah tabung 3 kg tekanan 4 bar.10. Pengambilan data dilakukan di laboraturium Teknik Pembakaran Dan Bahan Bakar.1.4 Tujuan PenelitianTujuan dilakukannya penelitian ini adalah : Mengetahui temperatur pada S.I.E menggunakan bahan bakar LPG Unjuk kerja sepeda motor supra x 100 cc yang menggunakan bahan bakar LPG dan premium. Memunculkan referensi sebagai bahan inovasi reDesain/modifikasi S.I.E yang menggunakan bahan bakar LPG.1.5 Manfaat PenelitianManfaat yang dapat dipetik dari adanya penelitian ini adalah :1. Hasil penelitian ini sebagai validasi dari studi numerik yang juga dilakukan.2. sebagai referensi modifikasi reDesain engine khusus untuk bahan bakar LPG.3. Memperkaya khasanah keilmuan teknik mesin terutama dibidang internal combustion engineyang masih kurang diminati.4. Kontribusi tidak langsung terhadap pengembangan teknologi otomotif Indonesia.

BAB IITINJAUAN PUSTAKAII.1. GasolineGasoline adalah salah satu bahan bakar cair yang terdiri dari berbagai senyawa senyawa kimia yang didapatkan dari proses distilasi minyak bumi ditambah sejumlah aditif untuk memperbaiki kualitasnya. Biasanya semua material liquid yang mendidih sampai temperatur sekitar 150oC, dengan kandungan unsur atom C 6-8 secara umum dikategorikan sebagai gasoline sehingga gasoline yang kita temui sekarang memiliki komposisi yang bervariasi [D. Sungkono Kawano : 2011][5]. Hal itu semua sangat tergantung pada kualitas minyak bumi asal dan proses penyulingan yang dilakukan.

Gambar 2.1. Struktur ikatan C dan H pada gasoline (C8H18)(http://en.wikipedia.org/wiki/gasoline)

Pada pembakaran ideal gasoline (iso-oktana) akan dihasilkan output berupa karbon dioksida (CO2) dan air (H2O). Reaksi pembakarannya adalah sebagai berikut,2 C8H18 + 25 O2 16 CO2 + 18 H2OPembakaran non-ideal gasoline selain menghasilkan CO2 dan H2O, juga menghasilkan polutan berbahaya semacam karbon monoksida (CO) dan nitrogen oksida (NOx). Reaksi pembakarannya adalah sebagai berikut,C8H18 + (11.5+x)O2 + N2 6CO2 + 2CO + 2NOx + 9H2O + heatGasoline mengandung memiliki kandungan energi per volume sebesar 35 MJ/l. Berdasarkan data US EPA (Environmental Protection Agency), Dari 160 liter minyak bumi (crude oil) didapatkan sekitar 74 liter gasoline (sekitar 46 % volume total) dan hasil tersebut bervariasi tergantung dari kualitas minyak bumi dan grade dari gasoline yang diinginkan.Gasoline yang dikeluarkan oleh Pertamina diberi nama Premium dan memiliki harga RON minimum 88. Penampilan visualnya jernih dan terang serta berwarna kemerahan karena adanya tambahan zat pewarna sebesar 0,13 gr/100 l. Berat jenisnya pada suhu 15oC berada pada rentang 715 780 Kg/m3 serta memiliki tekanan uap maksimum sebesar 62 KPa. Kandungan sulfur dan timbal maksimum masing masing sebesar 0,05 % dan 0,013 gr/l [MSDS Premium Pertamina : 2007][6].

II.2. Liquefied Petroleum Gas (LPG)

Gambar 2.2 Elpiji Pertamina 3 kg(http://www.erepublik.com)LPG (Di Indonesia dikenal dengan merek dagang elpiji) adalah gas hasil produksi dari kilang BBM dan kilang gas yang mana komponen utamanya adalah gas propana (C3H8) dan butana (C4H10) sebesar kurang lebih 97% [6], sisanya adalah gas etana (C2H4) dan gas pentana (C5H12). Berdasarkan data website resmi Pertamina, perbandingan komposisi propana dan butana pada elpiji adalah 50 : 50[6]. Salah satu sifat fisik elpiji adalah tidak memiliki warna dan aroma yang khas sehingga tidak mudah terdeteksi oleh manusia.Oleh karena itu, sebagai tindakan preventif, biasanya ditambahkan zat merkaptan yang memiliki bau yang khas sehingga kebocoran gas mudah diketahui.II.2.1. Propana

Gambar 2.3. Struktur ikatan C dan H pada propana (C3H6)(http://en.wikipedia.org/wiki/propane)

Propana adalah salah satu jenis parafin dengan rumus molekular C3H8 yang dalam suhu ruangan dan tekanan atmosfer berbentuk gas. Propana memiliki sifat yang mudah terbakar, tidak berwarna dan mudah menjadi cair dengan sedikit penambahan tekanan. Propana menghasilkan pembakaran yang lebih bersih dibandingkan gasoline walaupun tidak sebersih pembakaran gas alam dan menghasilkan visible flame ketika dibakar. Densitas energi dari propana adalah sekitar 46,44 MJ/kg.Reaksi pembakaran ideal gas propana :C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O + heatKetika oksigen yang tersedia tidak mencukupi kebutuhan pembakaran ideal maka terjadi pembakaran tidak sempurna. Di dalam pembakaran tidak sempurna selain terbentuk karbon dioksida dan air juga terbentuk karbon monoksida dan karbon. Berikut reaksi yang terjadi :2 C3H8 + 7 O2 2 CO2 + 2 CO + 2 C + 8 H2O + heatII.2.2. Butana

Gambar 2.4. Struktur ikatan C dan H pada butana (C4H10)(http://en.wikipedia.org/wiki/butane)

Butana juga merupakan salah satu jenis parafin dengan rumus molekular C4H10. Butana hampir memiliki properti yang sama dengan propana yaitu sangat mudah terbakar, tidak berwarna dan mudah menjadi cair dengan sedikit penambahan tekanan. Butana biasanya digunakan sebagai bahan bakar pemantik rokok dan sebagai propelan pada aerosol spray seperti parfum.Reaksi pembakaran ideal gas butana :2 C4H10 + 13 O2 8 CO2 + 10 H2O + heatSama seperti propana.Ketika oksigen yang tersedia tidak mencukupi kebutuhan pembakaran ideal maka terjadi pembakaran tidak sempurna.Di dalam pembakaran tidak sempurna selain terbentuk karbon dioksida dan air juga terbentuk karbon monoksida dan karbon. Berikut reaksi yang terjadi :C4H10 + 4 O2 CO2 + CO + 2 C + 5 H2O + heatBerikut adalah beberapa properties bahan bakar propana, butana dan premium Tabel 2.1 Properties Bahan BakarProperties (1 atm)UnitPropanaButanaGasolineLPG*

Molecular Weightgr/mol44,09658,12311051,11

(density)kg/m32,4232,77302,56

SG (at 21oC)-1,55**2,076**0.7391,8

Flash pointoC-104-60-45-60

Autoignition temperatureoC540288232288

Explosive limits%2.379.51.88.41.4-7.61,8-9,5

Entalpi pembakaran, HckJ/mol-2202-2877,5-5460-2539,8

*)estimasi dari propana + butana perbandingan 50:50**) referensi udara(wikipedia.org & encyclopedia.airliquide.com)II.3. S.I.E. 4 Langkah

Gambar 2.5. Engine 4 langkahSpark Ignition Engine 4 langkah adalah salah satu jenis motor pembakaran dalam dimana proses pembakaran campuran bahan bakar udara disulut oleh percikan api yang berasal dari busi dan satu siklus pembakaran diselesaikan dalam 4 langkah piston (2 kali putaran crankshaft). 4 langkah yang terjadi tersebut adalah langkah hisap (intake), kompresi (compression), daya (power) dan langkah buang (exhaust).Referensi awal siklus adalah titik mati atas (TMA), yaitu jarak terjauh yang dapat dicapai oleh piston relatif terhadap sumbu putar crankshaft.Satu siklus adalah jarak yang ditempuh oleh torak dari TMA menuju titik mati bawah (TMB) atau sebaliknya.Berikut adalah penjelasan fenomena yang terjadi per langkah pada S.I.E. 4 langkah :

Gambar 2.6. Mekanisme pembakaran campuran udara bahan bakar pada S.I.E. 4 langkah(http://media.web.britannica.com/eb-media/72/93572-034-26C16785.jpg)1. Langkah hisap : Torak bergerak meninggalkan TMA menuju TMB sehingga menimbulkan kevakuman di dalam ruang bakar. Katup intake membuka. Tekanan di intakemanifold lebih besar daripada di ruang bakar sehingga campuran udara bahan bakar terhisap masuk ke ruang bakar. Saat mencapai TMB, katup intake menutup. Volume udara bahan bakar yang terhisap ke dalam ruang bakar relatif terhadap volume ruang bakar itu sendiri disebut efisiensi volumetrik suatu engine. Semakin tinggi nilai efisiensi volumetrisnya maka putaran yang dapat dicapai engineakan lebih tinggi dan menghasilkan daya yang lebih besar.2. Langkah kompresi : Torak bergerak meninggalkan TMB menuju TMA menekan campuran udara bahan bakar sehingga terjadi kenaikan tekanan dan temperatur. Katup intakedan exhaust dalam keadaan tertutup. Campuran udara bahan bakar dikompresi hingga menyisakan ruang clearance saja. Sesaat sebelum mencapai TMA busi memercikkan bunga api sehingga memicu reaksi pembakaran kedua campuran. 3. Langkah daya : Reaksi pembakaran yang terjadi menyebabkan kenaikan temperatur sesaat hingga 2000oC diikuti dengan tekanan yang massif sementara kedua katup (intake dan exhaust) dalam keadaan tertutup. Akibatnya, torak terdorong kembali menuju TMB. Jadi, tenaga diekstrak dari campuran udara bahan bakar pada langkah ini. Kemudian temperatur dan tekanan turun seiring dengan langkah daya ini.4. Langkap buang : Pada akhir langkah kerja katup exhaust membuka dan katup intake tetap menutup. Piston bergerak dari TMB menuju ke TMA sambil menyapu gas gas produk pembakaran keluar silinder menuju knalpot.[7]II.3 Properti Unjuk Kerja Engine1. Dayaengine P didapatkan dari persamaan berikut :

dimana P dalam satuan watt, N putaran poros crank dalam satuan RPS (Revolution per Second) dan T adalah torsi yang dihasilkan engine dalam satuan (N.m). harga T dapat diukur dengan sebuah alat bernama dynamometer.2. Jikalau torsi adalah besaran yang berguna untuk mengetahui kemampuan engine dalam melakukan kerja dan torsi tergantung pada ukuran engine. Besaran lain yang penting diperhitungkan adalah mean effective pressure (MEP). MEP dirumuskan sebagai berikut,

MEP juga dapat didefinisikan sebagai fungsi torsi yaitu,

3. Di dalam pengujian engine, konsumsi bahan bakar dinyatakan dalam laju aliran bahan bakar per satuan waktu f. Untuk mengetahui seberapa efisien engine dalam menggunakan bahan bakar untuk menghasilkan kerja maka dirumuskan sebuah parameter yaitu specific fuel consumption (sfc). Sfc dinyatakan oleh persamaan berikut,

4. Rasio udara bahan bakar A/F dapat dicari dengan persamaan berikut,

dimana a adalah laju aliran udara per satuan waktu. Pada S.I.E 4 langkah normal, harga A/F berada pada kisaran 12 hingga 18.5. Efisiensi volumetris vengine dinyatakan dengan persamaan berikut,

II.4. Spesifikasi LPG IndonesiaBahan bakar LPG yang akan digunakan sebagai bahan penelitian berikut ini adalah LPG yang dijual di pasaran yaitu bahan bakar rumah tangga bersubsidi (LPG 3 kg). Menurut keputusan DIRJEN Minyak dan gas bumi indonesia LPG yang dipsarkan di dalam negeri memiliki properties sebagai berikut:Nomor :26515. K/10/DJM.T/ 2009Tanggal : 31 Desember 2009Standart dan Mutu (spesifikasi) Bahan Bakar Gas Jenis CampuranTabel 2.2 Keputusan Direktur Jendral Minyak dan Gas BumiNoKarakteristikSatuanBatasanMetode Uji

MinMaxASTMLain

1Berat jenis relatif pada 60oF-DilaporkanD-1657

2Tekanan uap pada 100oFpsig-145D-1267

3Weathering test pada 36oF% vol95-D-1837-

4Korosi bilah tembaga1jam/100oF-ASTM No.1D-1838-

5Kandungan air-Tdk ada air bebas-Visual

6Total kandungan sulfur Grains/100 cuft-15D-2784

7KomposisiC2C3 dan C4C5 dan hidrokarbon lain yang lebih berat% vol%vol%vol-97,0-0,8-2,0D-2153-

8Etil dan Butil merkaptanMl/1000 AG50---

II.5. Penelitian TerdahuluSebuah eksperimen dilakukan oleh Lopez R. R., Milon J. J., dan Braga S. L. [10] untuk mengetahui perbedaan temperatur yang dihasilkan oleh S.I.E. berbahan bakar gasoline dan LPG. Eksperimen dilakukan pada sebuah mobil Nissan HL-BII-F 4 silinder keluaran tahun 1985 dengan kapasitas ruang bakar 1493 cm3. Sistem pemasukan bahan bakar yang digunakan adalah karburator.Gasoline yang digunakan memiliki angka oktan 84.

Gambar 2.7. Model Eksperimen[Lopez R. R. : 2007][10]

Data acquisition system yang digunakan adalah TEMPSCAN 1100, OMEGA.Termocouple tipe K berdiameter 1 mm digunakan sebagai alat pengukur temperatur.Termocouple tersebut ditempatkan pada beberapa titik yaitu pada exhaust pipe, oil tank, inlet filter, inlet dan outlet water cooler.Sebagai pengukur torsi, RPM dan daya digunakan triaxial accelerometer.

Gambar 2.8. Titik titik penempatan termocouple[Lopez R. R. : 2007][10]Pengujian dilakukan secara dinamis. Dengan kata lain, mobil dijalankan di jalan raya dengan berbagai kondisi (kecepatan) sebagaimana yang dijelaskan pada tabel 2.3. dibawah,Tabel 2.3 Pengukuran temperatur pada Berbagai Kondisi Kecepatan [Lopez R. R. : 2007][10]

GearKecepatan Maks. (Km/h)

130

250

370

4100

5120

Daya dan torsi diukur di dalam tes di dalam pengujian dengan akselerasi kontinyu dan perpindahan gigi dilakukan pada 4800 RPM.Gambar 2.9.menunjukkan variasi temperatur pada pengujian kendaraan yang menggunakan gasoline dengan berbagai kondisi kecepatan. Temperatur exhaust gas meningkat secara proporsional dengan meningkatnya kecepatan. Temperatur lainnya (oli, udara dan in/out water) mendekati harga konstan.

Gambar 2.9. Variasi temperatur pada kendaraan dengan bahan bakar gasoline[Lopez R. R. : 2007][10]Gambar 2.16.menunjukkan variasi temperatur pada pengujian kendaraan yang menggunakan LPG memiliki kecenderungan atau tren sama dengan ketika digunakan gasoline. Perbedaannya adalah harga temperatur yang dihasilkan lebih tinggi daripada gasoline di semua kecepatan dan kenaikannya tampak jelas pada 2 kecepatan terakhir (100 dan 120 Km/h).

Gambar 2.10. Variasi temperatur pada kendaraan dengan bahan bakar LPG [Lopez R. R. : 2007][10]Gambar 2.17.menunjukkan perbandingan perbedaan temperatur antara LPG dan gasoline (TLPG Tgasoline) pada semua titik pengukuran. Delta temperatur exhaust gas naik-turun pada kisaran 41,4oC (26,4 %) dan 94,4oC (51,6 %). Pada oli, delta temperatur bervariasi di rentang 11,1oC hingga 19,3oC.Untuk in/out cooler water, delta temperatur bervariasi di rentang 5,3oC dan 16,9oC.Terakhir, delta temperatur pada inlet air meningkat dari 0,8oC hingga mencapai harga maksimum 2,1oC.Dari sini dapat disimpulkan bahwa secara umum LPG memiliki potensi kenaikan temperatur yang lebih besar daripada gasoline dan berpotensi mengakibatkan kerusakan pada engine.

Gambar 2.11. Perbandingan temperatur LPG dan temperatur gasoline[Lopez R. R. : 2007][10]Eksperimental bahan bakar LPG dan gasoline yang dilakukan pada sepeda motor honda dream II. Pengujian ini menggunakan kendaraan S.I.E dengan siklus otto[3], tidak digunakan C.I.E sebab bahan bakar gas (LPG) tidak dapat autoignition meskipun tekanan ruang bakar mencapai 24 bar. Pembakaran LPG tidak dapat terjadi tanpa adanya spark ignition (pemantik awal). Pengujian tersebut menghasilkan:Perbandingan performance yang dihasilkan bahan bakar bensin dan LPG ditunjukkan dalam gambar 2.12(a) dan 2.12(b), menunjukkan LPG lebih rendah dibanding bensin.Namun untuk perbandingan konsumsi bahan bakar gambar 2.12(c) LPG lebih irit dibandingkan bensin.

ac

bGambar 2.12 (a) Perbandingan Daya. (b) Perbandingan Torsi. (c) Perbandingan konsumsi bahan bakar[3]

BAB IIIMETODE PENELITIANIII.1 Hipotesa S.I.E yang Dikonversi ke LPGKarakteristik engine berbahan bakar premium yang dikonversikan kebahan bakar LPG mengalami beberapa berubah. Sebab LPG memiliki nilai oktan lebih tinggi dibandingkan bensin. Perubahan fase cair ke gas pada bensin juga berfungsi sebagai penurun temperatur (pendinginan) pada pembakaran, namun LPG masuk ke ruang bakar dalam fase gas yang tidak membutuhkan kalor untuk menguap, Hal itu LPG yang diduga menyebabkan engine menjadi lebih panas dibanding berbahan bakar bensin.III.2 Metode PenelitianMetode yang digunakandalam penelitian ini adalah eksperimen. Sebelumnya melakukan persiapan aparatus pengujian dan melakukan kalibrasi pada sepeda motor. Mengukur unjuk kerja sepeda motor supra x 100cc berbahan bakar LPG dan Premium,agar diketahui torsi, daya, bmep, sfc, efisiensi volumetrik dan temperatur dibeberapa tititkantara lain manifold, liner, exhaust dan oli. Hasil dari pengujian ini digrafikkan berdasarkan fungsi rpm engine.III.2.1 Bahan Uji.Bahan bakar yang digunakan pada penelitian ini adalah Premium Pertamina yang dibandingkan dengan Gas LPG tabung 3 kg Pertamina yang berkomposisi propana 50% dan butana 50%.(sumber:http://www.gasdom.pertamina.com)a. PremiumPremium yang digunakan dalam penelitian ini diperoleh dari SPBU Pertamina.b. Gas LPG Gas LPG yang digunakan dalam penelitian ini adalah LPG 3 kg tabung hijau bersubsidi dari pemerintah.III.2.2 Variabel Penelitiana. Variabel BebasVariabel bebas merupakan variabel yang dipelajari pengaruhnya terhadap variabel terikat (variabel yang diubah-ubah). Dalam penelitian ini adalah bahan bakar LPG dan premium.b. Variabel TerikatVariabel terikat merupakan suatu kondisi/peristiwa yang terjadi akibat pengaruh dari variabel-variable lainnya. Variabel terikat dalam penelitian ini adalah temperatur engine, daya, torsi, konsumsi bahan bakar.c. Variabel KontrolVariabel kontrol merupakan variabel yang dapat berpengaruh pada variabel terikat namun dijaga tetap, sehingga kondisi/peristiwa yang dicapai merupakan hasil variasi dari variabel bebas. Variabel kontrol pada penelitian ini adalah kondisi standar sepeda motor Honda Supra - X antara lain celah katup (in & ex) = 0,05 mm; celah busi = 0,8 mm; diameter silinder = 50 mm; langkah piston = 49,5 mm; volume langkah = 97, 14 CC; pembakaran dijaga stoikiometri dan pengambilan data dilakukan saat putaran engine konstan yaitu pada 4000 rpm, 5000 rpm, 6000 rpm, 7000 rpm dan fully open throttle.III.2.3 Pengujian Unjuk Kerja dan temperatur engine.

7III.2.3.1 Skema Peralatan Pengujian.

6Gambar 3.1(a) skema alat pengujian menggunakan premium

Keterangan:1. Dynamometer.2. Display termocouple.3. Kipas angin4. Kaca perngukur pemakaian bahan bakar5. Suplai premium6. Torsi meter7. 7Tachometer

6Gambar 3.1(b) skema alat pengujian menggunakan LPG

Keterangan:1. Dynamometer.2. Display termocouple.3. Kipas angin4. Timbangan digital5. Suplai LPG6. Torsi meter7. TachometerIII.2.3.2 Spesifikasi Peralatan.Dalam penelitianini, peralatan uji eksperimental yang dipergunakan adalah sebagai berikut:1. Sepeda Motor Supra x 100cc dengan Spesifikasi Engine.

Tipe engine: 4 langkah, SOHC, air-cooledDiameter x langkah: 50 x 49,5 mmVolume langkah: 97,1 ccPerbandingan kompresi: 9,0 : 1Daya maksimum: 7,3 PS/8.000 rpmTorsi maksimum: 0,74 kgf.m/6.000 rpmKapasitas minyak pelumas :0,70 liter pada penggantian periodikJenis kopling: Ganda, otomatis sentrifugal, tipe basahGigi transmisi: 4 kecepatan, bertautan tetapAki: 12 V; 3,5 AhBusi: NGK C6HSASistem pengapian: AC-CDI, MagnetoPemasukan Bahan Bakar: Karburator

Gambar 3.2 engine supra x 100 cc

2. Water Brake Dynamometer. Merk: DYNOmite. Ukuran: 7 single rotor absorber. Kebutuhan air: minimum 1 G.P.M. Tekanan air: minimum 8 Psi. dynamic pressure. Kemampuan: pengukuran sampai kira-kira 20 hp. Ketelitian torsi: 0,1 lb.ft Produksi: Land and Sea Inc. PO Box 96. North Salem.

(a) (b)Gambar 3.3 Chassis Dynamometer3. Gelas Ukur.Gelas ukur digunakan untuk mengukur laju aliran bahan bakar secara volumetrik. Jenis: Pyrex. Volume : 50 ml. Ketepatan: 1 ml. Produksi: Iwaki Glass.

Gambar 3.4 gelas ukur4. Stop Watch.Stop watch digunakan untuk mengukur waktu konsumsi bahan bakar yang habis pada gelas ukur. 5. Tachometer.Tachometer digunakan untuk mengukur putaran engine . Jenis: Optical hand tachometer. Model : -CT6. Rpm: 3 9999 Accuracy: 1 digit. Time modes: 0,01 ~ 9999 s. Optical range: 25 ~ 1000 mm. Produksi: Compact Instruments Ltd, 61-65 Lever Street Bolton, Bolton BL3 2AB England.6. Thermocouple.Thermocouple digunakan untuk mengukur temperatur. Type : J Range temperatur : 0oC sampai 760C Toleransi : 2.2 or 0.75 %

(a) Thermocouple JPengukuran temperatur sepeda motor dilakukan pada :a. Temperatur manifold.b. Temperatur gas buang.c. Temperatur engine.d. Temperatur oli.

(b)(c)(d)(e)Gambar 3.5(a) Thermocouple K(b) Letak thermocouple di oli(c) Exhaust(d) +1mm kedalaman liner engine(e) Display

7. Multi Point PyrometerKarena temperatur yang diukur ada 5 titik dan display penunjuk temperatur hanya ada 1 , maka untuk memudahkan pengukuran dan pembacaan nilai digunakan multi point pyrometer buatan Cusson Manchester England.

Gambar 3.6 Multi Point Pyrometer8. Timbangan digital Type: WH-B09 kapasitas : 7 kg ketelitian : 1 gram

Gambar 3.7 Timbangan digital9. Kipas AnginType: Tornado ace-36sDiameter: 60 cm

Gambar 3.8 Kipas Angin

10. Konverter kitKarburator yang dimodifikasi dengan 2 regulator, dapat menurunkan tekanan hingga 1 psig.

Gambar 3.9 konverter kit11. Tachometer digitalTachometer digunakan untuk mengetahui putaran engine

Gambar 3.10 Tachometer digital

III.3 Diagram Alir Penelitian.

Gambar 3.11 Diagram alir penelitian

III.3.4 Diagram Alir Tes Dynamometer dan Model

Gambar 3.12 Diagram Alir Tes Dynamometer dan Model

III.4 Desain EksperimenIII.4.1 Studi literaturSebelum melakukan penelitian dilakukan studi literatur dengan menggali referensi dari berbagai jurnal ilmiah, hand book, tesk book serta melakukan diskusi pada nara sumber yang menguasai bidang yang berkaitan.III.4.2 Mendefinisikan MasalahMengacu referensi yang didapat dari studi literatur, maka ditentukan bagian yang akan diteliti dan permasalahan yang akan dibahas. Dalam penelitian ini akan dibahas seberapa signifikan kenaikan temperatur pada S.I.E.III.4.4 Mengembalikan Kondisi Standart dan Pemasangan Alat UkurSebelum melakukan proses pengambilan data terlebih dahulu melakukan penstandartan alat dan engine yang akan digunakan, diantaranya:1. Pengkalibrasian sepeda motor sesuai spesifikasi awal Celah katup (in dan ex) diset ke 0,05 mm (std 0,06+0,02 mm) Celah busi 0,8 mm (std 0,70-0,90 mm) Putaran stasioner 70oC (std 60-70oC) Compressi rasio 9:1 (standar)2. Pemeriksaan dan penggantian oli pelumas. Pada penelitian ini menggunakan minyak pelumas Enduro 4T SAE 20W-50.3. Melakukan pemeriksaan roda belakang guna memastikan kemampuan traksi antara roda dengan roller differential dynamometer.4. Melakukan penyetelan rantai agar rantai tidak terlalu tegang dan tidak terlalu kendor.5. Pembersihan dan penyetelan karburator, mengganti saringan besin, dan penggantian spark plug/ busi.6. Pengecekan kondisi saluran bahan bakar, saluran udara, tabung gas dan saluran kelistrikan.7. Persiapan alat ukur pengujian yang digunakan seperti Differential dynamometer, stopwatch, thermocouple, display thermocouple.8. Pemasangan thermocouple pada liner, esxhaust, oli dan manifold.III.4.6 Pengujian Unjuk Kerja dan Pengukuran TemperaturPersiapan dalam pengujian unjuk kerja dan pengukuran temperatu adalah1. Cek dan bersihkan roller agar traksi antara roda belakang dan roller dapat terjadidengan baik.2. Letakan sepeda motor diatas dynamometer, pastikan roda belakang berada tepatdiatas roller.3. Kunci roda depan pada pengunci agar sepeda motor tidak bergerak kedepansaat pengujian.4. Pasang sabuk/belt pada sepeda motor untuk memastikan sepeda motor dapatberdiri dengan tegak dan tidak bergerak ke kanan atau ke kiri.5. Hidupkan monitor yang dihubungan dengan dynamometer.6. Pasang kabel tachometer pada kabel busi.Setelah mempersiapkan alat dan bahan penelitian, selanjutnya melakukan pengujian menggunakan bahan bakar Premium dengan langkah-langkah sebagai berikut:1. Hidupkan engine, lakukan pemanasan 5 menit hingga mencapai temperatur kerja engine.2. Hidupkan blower/ fan untuk menjaga temperatur engine.3. Masukkan gigi 1, gigi 2, gigi 3 dan gigi 4. Tahan putaran engine pada fully open trottle.4. Ambil data temperatur, daya, torsi dan konsumsi bahan bakar.5. Naikan pembebanan water break secara bertingkat, dengan penurunan kecepatan 1000 rpm. (data yang diambil 8000 rpm, 7000 rpm, 6000rpm, 5000rpm dan *4000 rpm)*) 4000 rpm dimana torsi dan daya sepeda motor mulai stabil.6. Ganti konverter kit, Lakukan pengujian kedua dengan langkah-langkah yang sama menggunakan bahan bakar LPG.Akhir Pengujian.1. Turunkan putaran engine.2. Matikan engine.3. Lepaskan semua pengikat pada sepeda motor.

III.4.7 AnalisaData hasil pengujian dan pengukuran diolah dan disajikan dalam bentuk grafik dan dianalisa. Grafik hasil pengolahan data diantaranya rpm vs temperatur, rpm vs torsi, rpm vs daya, rpm vs sfc, rpm vs bmep dan rpm vs efisiensi volumetrik.

Table 3.1 Rancangan EksperimenParameter InputParameter OutputHasil

Parameter TetapParameter BerubahPengukuranPerhitunganGrafik

Sepeda motor Honda Supra x 100 cc standar Timing pengapian tetap (standar Gasoline) Fully open trottle Pembebana Dynamometer mulai 8000 rpm, 7000 rpm, 6000 rpm, 5000 rpm, 4000 rpm. Bahan bakar LPG dan Premium Torsi Waktu konsumsi bahan bakar Temperatur liner, manifold, exhaust dan oli RPM water break

BHP BMEP SFC Effisiensi volumetrik

BHP BMEP SFC v temperatur

DAFTAR PUSTAKA1.Philip Price, Shengmin Guo, Martin Hirschmann, Performance of an evaporator for a LPG powered vehicle, Applied Thermal Engineering vol. 24, pp. 1179-1994, 2004.2. Schifter, I., Diaz, L., Lopez-Salinas, E., Rodriguez, R., Avalos, S., Guerrero, V., An evaluation of the LPG vehicles program in the metropolitan aera of Mexico City, Journal of the Air and Waste Management Association, vol. 50, pp. 301-3093. Bui Van Ga, Tran Van Nam, "Combustion of LPG Lean Mixture: A Solution for Polution of Motorcycle in Vietnam4.Rstovski, Z.D., jayaratne, E.R., Morawska, L., Ayoko, G.A., Lim, M., Particle and carbon dioxide emissions from passenger vehicles operating on unleaded petrol and LPG fuel, Science of the Total Environment. 345 (2005) 93-98.5.Kawano, D. S., Motor Bakar Torak (Bensin), ITS Press, Indonesia, 20116.Pertamina, PT., Material Safety Data Sheet Premium (Gasoline 88), Indonesia, 2007.7. Heywood, John B., Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw-Hill Book Company, New York, 1988.8. Miss Eva LIU.,Ms S.Y. YUE.,Mr Joseph LEE, "A Study On LPG As A Fuel For Vehicles" Research and Library Services Division Legislative Council Secretariat. 19979. Stone, R., Introduction to Internal Combustion Engines, Macmillan Press Limited, Basingstoke, Hampshire, 1999.10. Lpez R. R., Miln J. J., Braga, S. L., Experimental Study of The Effect of LPG on Spark Ignition Engine Performance, 5th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, South Africa, 2007.11. Mandloi, R. K., Rehman, A., long Term Continous Use of Auto-LPG Causes Thermal Pitting in Automotive S.I. Engine Parts, International Journal of Engineering Science and Technology vol. 2, 2010.

LampiranA. Data Pengujian LPGTable 4.1 Hasil Uji Dynamometer dan Temperatur engine LPGRPMRPM RollerTorsi (N.m)Sfc(kg/Kwh)Temperatur (C)MEPEv

olimanifoldblok dpnblok blkg

11000385610.170.1647391207710.2521.29

10000358915.190.1255.645.51489715.3122.88

9000347017.220.1258.850.5160105.317.3627.96

8000243018.170.1667.555.3160106.418.3136.86

7000217016.540.1945.443125.781.516.6741.27

6000218716.680.2247.244.8127.38516.8147.78

Gambar 4.1 grafik temperature engine LPG

B. Data Pengujian GasolineTable 4.2 Hasil Uji Dynamometer dan Temperatur engine GasolineRPMRPM RollerTorsi (N.m)Sfc(kg/Kwh)Temperatur (C)MEPEv

olimanifoldblok dpnblok blkg

900044705.973.366.01123.03

8000243011.252.8311.34119.40

7000217011.932.6912.03123.03

6000218714.242.01614.35129.19

5000153615.052.3615.17134.80

4000128013.962.7016.8147.78

3000106610.583.0910.2521.29

200069010.174.4715.3122.88

Gambar 4.2 grafik perbandingan effisiensi volumetric LPG Gasoline

Gambar 4.3 grafik perbandingan MEP LPG Gasoline

Gambar 4.4 grafik perbandingan torsi LPG Gasoline

Gambar 4.5 grafik perbandingan SFC LPG Gasoline

Gambar 4.6 grafik perbandingan Daya LPG Gasoline

-30-