pengaruh jumlah sudu turbo cyclone dalam …lib.unnes.ac.id/30981/1/5202413025.pdf · d. rahasia...

i

PENGARUH JUMLAH SUDU TURBO CYCLONE DALAM INTAKE MANIFOLD TERHADAP UNJUK KERJA DAN EMISI GAS BUANG MESIN BENSIN 4

LANGKAH 1 SILINDER 110 CC

SKRIPSI

Skripsi ini ditulis sebagai salah satu syarat Untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Otomotif

oleh

Pujianto Aristiawan 5202413025

PENDIDIKAN TEKNIK OTOMOTIF

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2017

v

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

Motto:

A. Jangan menunggu hingga hari esok, karena akan menjadi misteri.

B. Sambut masa depan cemerlang dengan berilmu.

C. Ilmu akan meningkatkan derajat kita menuju jenjang yang lebih tinggi.

D. Rahasia terbesar mencapai puncak kesuksesan adalah tidak ada rahasia besar,

siapapun anda akan menjadi sukses jika anda berusaha dengan sungguh-

sungguh.

E. Sesungguhnya dibalik setiap kesulitan tersimpan banyak kemudahan.

Persembahan:

A. Ibu Kunayah dan Bapak Shohani. Yang selalu memberikan motivasi,

semangat, dan do’a.

B. Handi Sutanto, dan Wiwin Naharoh. My brother and sister who always give

me lead.

C. Nunik Hindriyani Amd.Keb,. The best friend who always accompany in the

preparation skripsi.

D. Keluarga dan kerabat yang senantiasa memberikan arahan dan masukan.

E. Teman-teman Jurusan Teknik Mesin Fakutas Teknik Universitas Negeri

Semarang angkatan 2013.

F. Keluarga besar Universitas Negeri Semarang.

vi

ABSTRAK

Aristiawan, Pujianto. 2017. Pengaruh Jumlah Sudu turbo Cyclone dalam intake

Manifold Terhadap Unjuk Kerja dan emisi Gas Buang Mesin Bensin 4 Langkah 1

Silinder 110 CC. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri

Semarang. Dr. M. Burhan Rubai Wijaya, M.Pd. Samsudin Anis, S.T., M.T.,

P.hD.

Kata Kunci: turbo cyclone, intake manifold, unjuk kerja mesin, emisi gas buang.

Tujuan penelitian ini untuk mengetahui jumlah sudu turbo cyclone yang tepat

terhadap unjuk kerja mesin dan emisi gas buang bensin 4 langkah 1 silinder Yamaha

Jupiter Z 110 CC, agar dapat meningkatkan unjuk kerja mesin berupa torsi dan daya,

serta meminimalkan kadar emisi gas buang berupa CO (Carbon Monoksida), dan HC

(Hidro Carbon).

Metode penelitian yang digunakan adalah eksperimental, dengan melakukan 3

(tiga) kali pengujian turbo cyclone 4 sudu, 5 sudu, dan 6 sudu yang ditempatkan pada

sisi inlet/masuk. Dengan kemiringan sudu turbo cyclone 45o, diameter 22 mm, lebar

10 mm, dan model sudu tanpa lubang. Pada putaran mesin 2000 rpm sampai 8000

rpm dengan rentang 500 rpm, selanjutnya dilakukan analisis dan pembahasan.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa turbo cyclone 5 sudu dapat

meningkatkan unjuk kerja mesin dan meminimalkan emisi gas buang, diikuti turbo cyclone 6 sudu, dan diikuti turbo cyclone 4 sudu. Turbo cyclone 5 sudu dapat

meningkatkan unjuk kerja mesin berupa torsi sebesar 38,53 % pada putaran mesin

8000 rpm, dan daya sebesar 39,32 % pada putaran mesin 8000 rpm. Meskipun

demikian, torsi terbesar didapat oleh turbo cyclone 6 sudu pada putaran mesin 3500

rpm sebesar 9,45 N.m, dan daya terbesar didapat oleh turbo cyclone 5 sudu pada

putaran mesin 6500 rpm sebesar 6,00 HP. Selain itu, Turbo cyclone 5 sudu dapat

menurunkan kadar emisi gas buang berupa CO (Carbon Monoksida) sebesar 78,92 %

pada putaran mesin 2000 rpm, dan HC (Hidro Carbon) sebesar 94,64 % pada putaran

mesin 8000 rpm. Meskipun demikian, kadar CO (Carbon Monoksida) terrendah pada

turbo cyclone 5 sudu sebesar 0,166 % vol pada putaran mesin 7500 rpm, dan kadar

HC (Hidro Carbon) terrendah didapat pada putaran mesin 7500 rpm sebesar 7 ppm

vol.

Kendaran yang mengalami penurunan performa mesin dan emisi gas buang

dapat menggunakan turbo cyclone 5 sudu dengan kemiringan 45o tanpa lubang,

pemilihan model turbo cyclone sesuai dengan kebutuhan, dan konsep penelitian ini

dapat diaplikasikan pada kendaraan injeksi berupa motor dan mobil.

vii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis persembahkan kepada ALLAH S.W.T, yang telah

menganugerahkan rahmat dan hidayah-NYA. Shalawat dan salam semoga tercurah

kepada Nabi Muhammad S.A.W, keluarga, sahabat, serta para pengikutnya sampai

akhir zaman.

Ucapan terimakasih yang tiada terhingga sampai kapan pun untuk kedua

orang tua keluargaku tercinta Ayahanda Shohani dan Ibunda Kunayah yang telah

yang telah mendoakan saya. Sehingga proposal skripsi dengan judul “Pengaruh

Jumlah Sudu Turbo Cyclone dalam Intake Manifold terhadap Unjuk Kerja dan Emisi

Gas Buang Mesin Bensin 4 Langkah 1 Silinder 110 CC” ini dibuat sebagai salah satu

persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan

Teknik Otomotif. Dalam kesepatan ini penulis menyampaikan ucapan terimakasih

pada semua pihak yang telah mampu bekerjasama dan memberikan bantuannya, baik

moral, material dan fasilitas terhadap penulis, diantaranya:

A. Prof. Dr. Faturochman, M.Hum. Rektor Universitas Negeri Semarang.

B. Dr. Nur Qudus, M.T. Dekan Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.

C. Rusiyanto, S.Pd., M.T. Ketua Jurusan Teknik Mesin, Universitas negeri

Semarang.

D. Dr. Dwi Widjanarko, S.Pd., S.T., M.T. Ketua Program Studi Pendidikan

Teknik Otomotif S1, Fakultas Teknik, Universitas negeri Semarang.

E. Dr. Eng. Karnowo S.T., M.Eng. Selaku dosen wali yang telah memberikan

motivasi dan semangat sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

ix

DAFTAR ISI Halaman

HALAMAN JUDUL ............................................................................................. i

PERSETUJUAN PEMBIMBING ........................................................................ ii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iii

HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................ iv

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ....................................................................... v

ABSTRAK .......................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR ....................................................................................... vii

DAFTAR ISI ....................................................................................................... ix

DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN ......................................................... xiv

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xv

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xvi

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xvii

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1

A. Latar Belakang Masalah ................................................................................. 1

B. Identifikasi Masalah ....................................................................................... 4

C. Pembatasan Masalah ...................................................................................... 5

D. Rumusan Masalah .......................................................................................... 6

E. Tujuan Penelitian ........................................................................................... 6

F. Manfaat Penelitian ......................................................................................... 6

BAB II KAJIAN PUSTAKA ............................................................................. 7

A. Kajian Teori ................................................................................................... 7

1. Motor Bakar ................................................................................................... 7

x

2. Efisiensi Teoritis Motor Bakar ....................................................................... 8

3. Sistem Bahan Bakar ..................................................................................... 10

a. Karburator .................................................................................................... 10

b. Intake Manifold (Saluran Hisap) .................................................................. 13

c. Turbo Cyclone .............................................................................................. 14

1) Konsep Penempatan Turbo Cyclone ............................................................ 16

2) Sudut Sudu Turbo Cyclone .......................................................................... 18

d. Tipe – Tipe Aliran ........................................................................................ 18

1) Aliran Laminer ............................................................................................. 19

2) Aliran Turbulen ............................................................................................ 19

4. Parameter Kerja Mesin ................................................................................. 20

a. Torsi ............................................................................................................. 20

b. Daya ............................................................................................................. 21

5. Pencemaran Udara (Emisi Gas Buang) ........................................................ 22

a. CO ( Carbon Monoksida) ............................................................................. 25

b. HC ( Hidro Carbon) ..................................................................................... 25

B. Kajian Penelitian yang Relevan ................................................................... 26

C. Kerangka Pikir Penelitian ............................................................................ 29

D. Hipotesis ....................................................................................................... 30

BAB III Metode Penelitian .............................................................................. 31

A. Bahan Penelitian........................................................................................... 31

B. Alat dan Skema Peralatan Penelitian ........................................................... 31

1. Chasis dynamometer .................................................................................... 32

xi

2. Emission gas analyzer .................................................................................. 32

3. Blower .......................................................................................................... 33

4. Tachometer ................................................................................................... 34

5. Toolset .......................................................................................................... 36

C. Prosedur Penelitian....................................................................................... 37

1. Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian........................................................... 37

a. Desain Penelitian .......................................................................................... 38

b. Variabel Penelitian ....................................................................................... 38

1) Variabel Bebas ............................................................................................. 38

2) Variabel Terikat ........................................................................................... 38

3) Variabel Kontrol........................................................................................... 38

2. Proses Penelitian .......................................................................................... 39

a. Waktu dan Tempat Penelitian ...................................................................... 39

b. Persiapan Penelitian ..................................................................................... 39

1) Pembuatan Alat Turbo Cyclone ................................................................... 39

2) Persiapan Pengujian Unjuk Kerja Mesin ..................................................... 40

3) Persiapan Pengujian Emisi Gas Buang ........................................................ 41

c. Pengujian atau Pelaksanaan ......................................................................... 41

1) Pengujian Unjuk Kerja Mesin ...................................................................... 42

2) Pengujian Emisi Gas Buang ......................................................................... 42

d. Akhir Pengujian ........................................................................................... 43

1) Akhir Pengujian Menggunakan Dynamometer ............................................ 43

2) Akhir Pengujian Menggunakan Emission Gas Analyzer ............................. 44

xii

3. Data Penelitian ............................................................................................. 44

4. Analisis Data ................................................................................................ 48

BAB IV HASIL PENELITIAN ....................................................................... 50

A. Hasil Penelitian ............................................................................................ 50

1. Hasil Penelitian Unjuk Kerja Mesin ............................................................ 50

a. Torsi ............................................................................................................. 53

b. Daya ............................................................................................................. 54

2. Hasil Penelitian Emisi Gas Buang ............................................................... 56

a. CO (Carbon Monoksida) .............................................................................. 58

b. HC (Hidro Carbon) ...................................................................................... 60

B. Pembahasan .................................................................................................. 61

1. Unjuk Kerja Mesin ....................................................................................... 61

a. Torsi ............................................................................................................. 61

1) Analisis Torsi ............................................................................................... 62

2) Pembahasan Torsi ........................................................................................ 70

b. Daya ............................................................................................................. 73

1) Analisis Daya ............................................................................................... 73

2) Pembahasan Daya ........................................................................................ 81

2. Emisi Gas Buang .......................................................................................... 84

a. Kadar CO (Carbon Monoksida) ................................................................... 84

1) Analisis Kadar CO ....................................................................................... 84

2) Pembahasan Kadar CO ................................................................................ 93

b. Kadar HC (Hidro Carbon) ............................................................................ 95

xiii

1) Analisis Kadar HC ....................................................................................... 96

2) Pembahasan Kadar HC .............................................................................. 104

C. Keterbatasan Penelitian .............................................................................. 107

BAB V PENUTUP .......................................................................................... 109

A. Simpulan .................................................................................................... 109

B. Saran Pemanfaatan Hasil Penelitian........................................................... 110

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 111

LAMPIRAN-LAMPIRAN ............................................................................... 114

xiv

DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN

Simbol Arti

π Perbandingan keliling lingkaran dengan diameter (Phi)

oC Satuan skala suhu (celcius)

Singkatan Arti

CO Carbon monoksida (senyawa kimia hasil pembakaran tidak sempurna)

HC Hidrocarbon (senyawa kimia hasil pembakaran tidak sempurna)

HP Horse power (satuan pengukuran daya)

Nm Newton meter (satuan pengukuran torsi)

RPM Revolution per minute (unit frekuensi kecepatan putaran)

TMA Titik mati atas

TMB Titik mati bawah

xv

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1 Perbandingan Udara dan Bahan Bakar ........................................ 23

3.1 Lembar Hasil Pengujian Performa Mesin .................................... 45

3.2 Lembar Hasil Pengujian Emisi Gas Buang .................................. 46

4.1 Data Hasil Pengujiaan Performa Mesin ......................................... 51

4.2 Unjuk Kerja Mesin Berupa Torsi ................................................... 53

4.3 Unjuk Kerja Mesin Berupa Daya ................................................... 55

4.4 Hasil Pengujian Emisi Gas Buang ................................................. 56

4.5 Emisi Gas Buang Berupa Gas CO ( Carbon Monoksida) .............. 59

4.6 Emisi Gas Buang Berupa Gas HC (Hidro Carbon) ........................ 60

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Efisiensi Teoritis Secara Siklus .................................................. 9

2.2 Karburator Yamaha Jupiter Z..................................................... 11

2.3 Saluran yang Aktif dalam Sistem Kerja Karburator ................... 12

2.4 Turbo Cyclone 45o, 4 Sudu ......................................................... 15

2.5 Turbo Cyclone 45o, 5 Sudu ......................................................... 15

2.6 Turbo Cyclone 45o, 6 Sudu ........................................................ 16

2.7 Penempatan Turbo Cyclone pada Mesin .................................... 17

2.8 Laju Aliran Laminer ................................................................... 19

2.9 Laju Aliran Turbulen ................................................................. 20

2.10 Konsentrasi Emisi Kendaraan Bermotor .................................... 24

3.1 Chasis Dynamometer Sportdyno V3.3 ....................................... 32

3.2 Emission Gas Analyzer Stargas 898 ........................................... 33

3.3 Kipas Portabel Ventilator ........................................................... 34

3.4 Tachometer Smart Power SP-1 .................................................. 35

3.5 I-MAX Intelligent Digital Tachometer ...................................... 36

3.6 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian......................................... 37

4.1 Grafik Hasil Pengujian Unjuk Kerja Mesin Berupa Torsi .......... 54

4.2 Grafik Hasil Pengujian Unjuk Kerja Mesin Berupa Daya .......... 55

4.3 Grafik Hasil Pengujian Emisi Gas Buang Berupa CO ................ 59

4.4 Grafik Hasil Pengujian Emisi Gas Buang Berupa HC ................ 61

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

1 Surat Usul Topik Skripsi .................................................................... 114

2 Surat Usulan Pembimbing.................................................................. 115

3 Surat Keputusan Penetapan Dosen Pembimbing Skripsi ................... 116

4 Surat Persetujuan Seminar Proposal .................................................. 117

5 Surat Tugas Penguji Seminar Proposal Skripsi .................................. 118

6 Undangan Seminar Proposal Skripsi .................................................. 119

7 Berita Acara Seminar Proposal Skripsi .............................................. 120

8 Surat Ijin Penelitian Unjuk Kerja Mesin ............................................ 121

9 Surat Ijin Penelitian Emisi Gas Buang ............................................... 122

10 Pembuatan Turbo Cyclone ................................................................. 123

11 Pengujian Unjuk Kerja Mesin ............................................................ 124

12 Pengujian Emisi Gas Buang ............................................................... 125

13 Data Unjuk Kerja Mesin Standart pada Pengujian Pertama .............. 126

14 Data Unjuk Kerja Mesin Standart pada Pengujian Kedua ................. 127

15 Data Unjuk Kerja Mesin Standart pada Pengujian Ketiga ................. 128

16 Data Unjuk Kerja Mesin Turbo Cyclone 4 Sudu Pengujian Pertama 129

17 Data Unjuk Kerja Mesin Turbo Cyclone 4 Sudu Pengujian Kedua ... 130

18 Data Unjuk Kerja Mesin Turbo Cyclone 4 Sudu Pengujian Ketiga... 131




xviii




24 Data Emisi Gas Buang Mesin tanpa Turbo Cyclone 2000 Rpm ........ 138













37 Data Emisi Gas Buang Mesin Turbo Cyclone 4 Sudu 2000 Rpm ..... 151







xix

44 Data Emisi Gas Buang Mesin Turbo Cyclone 4 Sudu 5500 Rpm .... 158























xx










1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Kendaraan bermotor merupakan suatu alat transportasi massal yang sangat

dibutuhkan dalam kehidupan manusia. Peningkatan jumlah kendaraan bermotor yang

cukup tinggi berasal dari daerah perkotaan (Ihwanudin et al., 2015: 113). Dengan

adanya kendaraan bermotor secara langsung akan mempercepat dan membantu

kehidupan manusia. Meskipun demikian, peningkatan jumlah kendaraan bermotor

menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan, diantaranya polusi udara yang dapat

membahayakan kesehatan manusia, dan banyak kendaraan bermotor di Indonesia

yang mengalami penurunan performa karena usia dan pola perawatan kendaraan

tersebut. Negara di dunia menyadari bahwa gas buang kendaraan merupakan polutan

atau sumber pencemaran udara terbesar, sehingga gas buang kendaraan dibuat agar

tidak mencemari udara (Sriyanto, 2008: 757). Perkembangan di bidang otomotif

belakangan ini berlangsung amat pesat, perbaikan demi perbaikan terus dilakukan

sebagai upaya meningkatkan unjuk kerja dan mengoptimalkan emisi gas buang

kendaraan bermotor.

Upaya pemerintah Republik Indonesia dalam mengurangi dan menanggulangi

pencemaran emisi gas buang tertuang dalam Peraturan Menteri Negara Lingkungan

Hidup Republik Indonesia Nomor 05 Tahun 2006 tentang Ambang Batas Emisi Gas

Buang Kendaraan Bermotor Lama. Pemerintah juga turut serta menjaga dan

menanggulangi pencemaran udara kendaraan bermotor, melalui peraturan yang

diterbitkan demi mewujudkan lingkungan yang bersih tanpa pencemaran udara.

2

Proses pembakaran terbagi menjadi dua, yaitu: pembakaran sempurna

(normal), dan pembakaran tidak sempurna (tidak normal). Pembakaran terjadi

sempurna (normal) apabila campuran udara dan bahan bakar terbakar keseluruhan

diruang bakar, kesempurnaan mengakibatkan peningkatan performa mesin dan

meminimalkan emisi gas buang kendaraan. Sedangkan proses pembakaran tidak

sempurna (tidak normal) yang terjadi di ruang bakar terjadi pembakaran caampuran

udara dan bahan bakar yang terbakar sebagian/ tidak terbakar keseluruhan.

Pembakaran yang tidak sempurna akan mengakibatkan pemakaian bahan bakar

menjadi lebih boros (Khoir dan Marsudi, 2014: 80). Hal ini disebabkan bahan bakar

yang masuk ke ruang bakar tidak seluruhnya terbakar, karena selama proses

pencampuran bahan bakar dan udara tidak homogen.

Untuk mendapatkan campuran udara dan bahan bakar yang lebih homogen,

dapat dilakukan dengan membuat aliran pusaran udara dari ujung intake manifold

atau saluran hisap yang berdekatan dengan karburator, sehingga ketika bahan bakar

dan udara yang masuk melewati intake manifold membentuk aliran turbulen dan

terjadi kepadatan. Untuk mendapatkan kepadatan dari campuran dengan membuat

aliran campuran bahan bakar dan udara yang turbulen sebelum masuk ruang bakar

(Surono et al., 2012: 2). Hal ini memungkinkan bahan bakar akan lebih mudah

bersentuhan dengan udara dan menghasilkan campuran yang lebih homogen. Untuk

membuat aliran atau pusaran di dalam intake manifold diperlukan alat tambahan,

salah satunya adalah turbo cyclone.

3

Prinsip kerja turbo cyclone adalah angin yang masuk ke ruang bakar dibuat

berpusar sehingga tertuju pada satu titik dan proses pembakaran menjadi lebih

sempurna (Khoir dan Marsudi, 2014: 80). Alat ini ditempatkan di antara ujung intake

manifold yang berdekatan dengan karburator. Turbo cyclone ini mirip dengan swirl

fan yang sudu-sudunya tidak berputar (fixed fan). Jumlah sudu sangatlah

mempengaruhi hasil dari homogenitas campuran dan pembakaran di ruang bakar,

karena selama proses aliran di intake manifold sampai ke ruang bakar terjadi

perubahan karakteristik aliran atau putaran yang lebih sempurna.

Penambahan turbo cyclone diklaim dapat memberikan dampak positif bagi

kinerja mesin yaitu dapat meningkatkan unjuk kerja dan meminimalkan emisi gas

buang kendaraan. Pemasangan turbo cyclone sangat berpengaruh dalam menaikkan

tekanan pada sisi masukan/inlet daripada sisi keluaran/outlet (Muchammad, 2007:

14), sehingga terjadi pressure drop dan aliran turbulensi. Bentuk sudu tidak

berlubang juga memiliki pressure drop dan intensitas turbulensi yang lebih besar

dibanding model dengan turbo cyclone yang sudunya berlubang (Utomo, 2006: 36).

Hal tersebut membuktikan bahwa penggunaan sudu tanpa lubang pada turbo cyclone

sangat tepat untuk meningkatkan pressure drop dan intensitas turbulensi. Turbo

cyclone 6 sudu, dengan kemiringan 45o tanpa lubang memiliki intensitas turbulensi

dan pressure drop paling besar untuk semua kecepatan angin (Utomo, 2006: 36).

Pada penelitian sebelumnya hanya melakukan variasi kemiringan sudu dan tipe sudu,

sedangkan untuk jumlah sudu tidak dilakukan variasi, maka perlu dilakukan

penelitian lanjutan untuk mengetahui jumlah sudu yang tepat.

4

Hasil emisi gas buang juga dapat diminimalkan. Pemasangan Turbo cyclone

mampu menurunkan kadar emisi gas buang CO (% volume CO) (Ihwanudin et al.,

2015: 119). Penggunaan turbo cyclone dan busi iridium dapat meningkatkan torsi,

daya efektif, tekanan efektif rata-rata, dan menurunkan konsumsi bahan bakar (Khoir

dan Marsudi, 2014: 87). Dari pernyataan tersebut dapat disimpulkan bahwa

penggunaan turbo cyclone dapat meminimalkan kadar emisi gas buang dan

meningkatkan unjuk kerja mesin. Sehingga untuk memvalidasi kebenaran tersebut,

maka perlu diadakan penelitian secara eksperimental untuk mengetahui hasil dan

kebenarannya.

Dari uraian di atas maka dapat diadakan penelitian dengan judul

“PENGARUH JUMLAH SUDU TURBO CYCLONE DALAM INTAKE

MANIFOLD TERHADAP UNJUK KERJA DAN EMISI GAS BUANG MESIN

BENSIN 4 LANGKAH 1 SILINDER 110 CC.” Melalui penelitian ini diharapkan

unjuk kerja dan emisi gas buang dapat optimal.

B. Identifikasi Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah, maka masalah pada penelitian ini dapat

diidentifikasi sebagai berikut:

1. Menurunnya unjuk kerja mesin.

2. Meningkatnya kadar emisi gas buang.

3. Homogenitas campuran udara dan bahan bakar yang kurang baik.

4. Unjuk kerja mesin yang tidak sebanding dengan pencampuran udara dan bahan

bakar.

5. Campuran udara dan bahan bakar yang tidak sempurna di ruang bakar.

5

6. Semakin banyak jumlah sudu akan semakin besar pula pressure drop dan

intensitas turbulensi.

7. Turbo cyclone dapat digunakan pada mesin bensin dengan bahan bakar premium,

pertalite, pertamax, dan pertamax plus.

8. Penggunaan jumlah sudu pada turbo cyclone dapat berupa 3 sudu, 4 sudu, 5 sudu,

6 sudu, 7 sudu, dan 8 sudu.

9. Model sudu dapat berupa berlubang dan tanpa lubang.

10. Bahan baku turbo cyclone dapat berupa besi, alumunium, plastik dan stainless

steel.

C. Pembatasan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah, penelitian dibatasi pada:

1. Penelitian ini hanya untuk mencari perubahan unjuk kerja mesin dan emisi gas

buang pada torsi, daya, CO, dan HC.

2. Mesin yang digunakan adalah motor bensin 4 langkah 1 silinder Yamaha Jupiter

Z 110 CC tahun 2008.

3. Bahan bakar yang digunakan adalah pertalite.

4. Variasi sudu turbo cyclone yang digunakan adalah 4 sudu, 5 sudu, dan 6 sudu.

5. Sudut kemiringan sudu turbo cyclone adalah 45o, diameter 22 mm, lebar 10 mm,

dan model sudu tanpa lubang.

6. Bahan baku turbo cyclone adalah stainless steel.

7. Pengujian dilakukan pada putaran mesin 2000 RPM, sampai 8000 RPM, dengan

rentang penelitian 500 RPM.

6

D. Rumusan Masalah

Berdasarkan batasan masalah, permasalahan yang akan diungkap pada

penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut:

1. Bagaimana pengaruh penggunaan jumlah sudu pada turbo cyclone terhadap unjuk

kerja mesin bensin 4 langkah 1 silinder 110 CC?

2. Bagaimana pengaruh penggunaan jumlah sudu pada turbo cyclone terhadap emisi

gas buang mesin bensin 4 langkah 1 silinder 110 CC?

E. Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah:

1. Mengetahui pengaruh jumlah sudu turbo cyclone yang tepat terhadap unjuk kerja

mesin bensin 4 langkah 1 silinder CC.

2. Mengetahui pengaruh jumlah sudu turbo cyclone yang tepat terhadap emisi gas

buang mesin bensin 4 langkah 1 silinder CC.

F. Manfaat Hasil Penelitian

Manfaat penelitian mengenai variasi jumlah sudu pada turbo cyclone terhadap

unjuk kerja dan emisi gas buang, antara lain:

1. Memberikan bahan pemikiran yang dapat menjadi referensi dalam bidang

teknologi yang lain.

2. Memberikan ilmu dan pengetahuan bagi peneliti maupun kalangan industri

otomotif tentang unjuk kerja mesin dan emisi gas buang.

7

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

A. Kajian Pustaka

1. Motor Bakar

Motor bakar ialah sebuah pesawat tenaga yang menghasilkan tenaga

penggerak dari hasil pembakaran bahan bakar di dalam silinder (Sudarminto, 1973:

7). Motor bakar adalah mesin penggerak mula, karena mesin ini dapat

membangkitkan daya dan potensi energi kimia bahan bakar primer (BBM)

(Supriyadi, 2011: 10). Motor bakar adalah alat yang dapat menghasilkan tenaga

melalui panas yang diubah menjadi energi gerak atau mekanis pada penggerak suatu

kendaraan (Surono et al., 2012: 1). Dari pendapat para ahli, maka dapat disimpulkan

bahwa motor bakar adalah mesin penggerak mula yang menghasilkan tenaga gerak

dari hasil pembakaran bahan bakar sehingga menghasilkan panas dan energi yang

diubah menjadi energi gerak atau mekanis. Mesin kalor proses pembakarannya terjadi

dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus

sebagai fluida kerjanya atau disebut mesin pembakaran dalam. Adapun mesin kalor

yang cara memperoleh energi dengan proses pembakaran di luar disebut mesin

pembakaran luar.

Keuntungan dari mesin pembakaran dalam dibandingkan dengan mesin

pembakaran luar adalah kontruksinya lebih sederhana, tidak terlalu banyak

memerlukan fluida kerja dan tingkat efisiensi lebih tinggi. Sedangkan mesin

8

pembakaran luar keuntungannya adalah bahan bakar yang digunakan mudah

dicari dan beragam seperti kayu, batu bara, dan gas, sehingga mesin pembakaran luar

banyak dipakai untuk keluaran daya yang besar dengan bahan bakar murah.

Tetapi untuk kendaran transportasi tidak banyak menggunakan mesin

pembakaran luar dikarenakan pertimbangan kontruksinya yang besar dan

memerlukan fluida kerja yang banyak. Mesin pembakaran dalam biasa digunakan

pada mesin transportasi seperti mobil, dan motor. Motor jenis Internal Combustion

Engine di dalam mekanismenya terdapat piston yang bergerak translasi (Surono et al.,

2012: 1). Gerakan piston terjadi dipengaruhi oleh sistem yang terdapat pada motor

bakar tersebut, proses ini terjadi pembakaran didalam yang disebabkan oleh percikan

bunga api pada busi yang sumber tenaga berasal dari campuran udara dan bahan

bakar yang dimampatkan pada langkah kompresi, panas yang dihasilkan pada proses

pembakaran menghasilkan daya. Besarnya daya yang dapat dikeluarkan dari energi

panas ini tergantung dari besarnya silinder dan ruang bakar (Surono et al., 2012: 2).

2. Efisiensi Teoritis Motor Bakar

Piston tunggal atau ganda yang tersusun di ruang silinder prinsip kerjanya

sama, tetapi waktu pelaksanaannya berbeda. Proses pembakaran memerlukan 4

langkah dari torak atau 4 x 180o putaran poros engkol = 720

o perputaran = 2 x

perputaran (Sudarminto, 1973: 8). Di dalam ruang bakar terdapat proses pembakaran

antara campuran bahan bakar dan udara yang terdapat kandungan oksigen, sehingga

menghasilkan pembakaran bertekanan tinggi, tekanan tinggi tersebut menghasilkan

pembakaran yang berupa gas hasil pembakaran, sebagaimana ditunjukkan pada

Gambar 2.1. Piston yang berada pada ruang silinder bergerak bolak-balik atau

9

gerakan piston translasi, gerakan tersebut terhubung dengan poros engkol atau

crankshaft sehingga berubah menjadi gerakan putar.

Rangkaian kerja adalah siklus dari gerakan bolak-balik piston yang terjadi

diruang bakar yang membentuk rangkaian siklus tertutup sesuai dengan pengaturan

gerak kerja katup hisap dan katup buang di setiap langkah kerjanya. Efisiensi teoritis

motor bakar terbagi atas 4 langkah, yaitu langkah isi, langkah kompresi, langkah

kerja, dan langkah buang. Sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.1, Berikut

penjelasannya:

Gambar 2.1: Efisiensi teoritis secara siklus

Sumber: Arens dan Berenschot (1980: 4)

10

Proses kerja mesin 4 langkah dimulai dari langkah isi (langkah hisap) yang

ditandai pada angka 1, campuran udara dan bahan bakar masuk kedalam ruang bakar,

ditandai dengan gerakan piston bergerak dari titik mati atas (TMA) menuju ke titik

mati bawah (TMB) sehingga mengakibatkan tekanan menjadi menurun tetapi volume

didalam ruang bakar semakin bertambah. Selama langkah isap tekanannya sedikit

dibawah nol MPa efektif (Arens dan Berenschot, 1980: 2).

Langkah kompresi ditandai dengan angka 2, piston bergerak dari titik mati

bawah (TMB) menuju ke titik mati atas (TMA) sehingga tekanan di dalam ruang

bakar naik mencapai 2,7 MPa.

Langkah ke 3 yaitu langkah kerja (usaha) ditandai dengan piston bergerak dari

titik mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB). Bila piston dari TMA menuju

TMB (selama langkah kerja), maka tekanan dan suhunya akan menurun (Arens dan

Berenschot, 1980: 4). Pada langkah ini tekanan menurun pada 0,3 MPa, tetapi volume

pada ruang bakar bertambah.

Dan langkah buang ditandai pada angka 4, piston bergerak dari titik mati

bawah (TMB) menuju ke titik mati atas (TMA), pada langkah ini volume ruang bakar

dan tekanan menurun pada titik 0 MPa, hal tersebut dipengaruhi oleh pembuangan

gas sisa pembakaran di ruang bakar.

3. Sistem Bahan bakar

a. Karburator

Karburator seperti dijunjukkan pada Gambar 2.2 menjadi hal penting

pada mesin sistem karburasi, proses pengolahan campuran bahan bakar dan udara

11

terjadi akibat adanya kevacuman di dalam mesin. Karburator adalah alat yang

dipasang pada motor letup untuk mencampur bensin dengan udara (Sudarminto,

1973: 36).

Gambar 2.2: Karburator Yamaha Jupiter Z

Sistem karburator yang berfungsi untuk mengkarburasi atau mengkabutkan

bahan bakar sehingga bisa bercampur dengan udara, tetapi dalam proses

pengolahannya terdapat faktor-faktor lain yang sangat mendukung. Jarak antara

karburator dan ruang bakar, bentuk inlake manifold nya, ukuran katup masuk dan

bahkan ruang bakar memegang peranan penting dalam proses pencampuran antara

bensin dan udara (Northop, 2008: 65).

Pembakaran udara dan bahan bakar dipengaruhi oleh karburator. Karburator

bekerja berdasarkan kevakuman mesin, yang disebabkan oleh gerakan piston dari titik

mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB), serta sejalan dengan terbukanya

katup intake (IN) dan tertutupnya katup exhaust (EX). Udara masuk ke lubang

12

silinder melewati bagian karburator, jumlah udara yang masuk dapat diatur melalui

katup throttle dihubungkan dengan pedal akselerasi dalam ruang kemudi (Northop,

2008: 68). Jadi, semakin besar pembukaan throttle maka campuran udara dan bahan

bakar yang masuk ke ruang bakar akan semakin banyak.

Setiap pembukaan throttle akan mempengaruhi kerja pada sistem karburator,

sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3: Saluran yang aktif dalam sistem kerja karburator

Sumber: Soedarmo (2008: 35)

Karburator sangat penting pada kerja motor bakar, piston valve pada

karburator berfungsi mengatur besar kecil venturi sehingga campuran udara dan

bahan bakar yang masuk ke ruang bakar dapat di atur. Komponen yang bekerja

berdasarkan pembukaan piston valve menurut Soedarmo (2008: 36) sebagai berikut:

1) Posisi piston valve saat tertutup sempurna hingga 1/8 bukaan, komponen yang

aktif bekerja adalah:

a) Slow jet dan air screw (setelan udara).

b) Jet needle (sudah mulai terangkat namun masih pada posisi rata).

13

2) Piston valve membuka dari 1/8 bukaan sampai ¼ bukaan, komponen yang aktif

bekerja adalah:

a) Slow jet dan air screw.

b) Jet needle (posisi tirus sudah mulai membuka).

3) Piston valve membuka dari ¼ sampai ¾ bukaan, komponen yang bekerja adalah:

a) Jet needle.

b) Main jet.

4) Pada saat piston valve membuka penuh, komponen yang aktif bekerja hanya main

jet.

b. Intake Manifold (Saluran Hisap)

Intake manifold atau yang biasa disebut saluran hisap merupakan saluran

masuknya campuran udara dan bahan bakar menuju ke ruang bakar. Perubahan intake

manifold dapat membentuk aliran turbulen, sehingga campuran bahan bakar lebih

homogen dan pembakaran lebih sempurna (Winarto dan Heru, 2014: 202). Desain

intake manifold yang tepat akan mempercepat homogenitas campuran udara dan

bahan bakar ketika berjalan melewati aliran intake manifold. Desain intake manifold

yang tepat dapat meningkatkan intensitas turbulensi dan pressure drop dalam aliran

tersebut.

Semakin besar tekanan intake manifold menghasilkan CO, CO2 dan HC yang

semakin kecil dan O2 semakin besar, besar tekanan pada intake manifold

berpengaruh terhadap performa mesin dan emisi yang dihasilkan (Kusuma, 2015: 45).

Jadi, dengan memperbesar tekanan di dalam aliran intake manifold akan

meminimalkan emisi gas buang kendaraan. Untuk memperbesar tekanan tersebut

14

dapat menggunakan turbo cyclone yang dipasang pada sisi inlet/masukan pada intake

manifold.

c. Turbo Cyclone

Turbo Cyclone merupakan perangkat tambahan pada mesin pembakaran

dalam (internal combustion engine) untuk mengubah aliran udara yang akan masuk

ke dalam ruang bakar (Ihwanudin et al., 2015: 115). Turbo Cyclone adalah alat

tambahan pada internal combustion engine untuk membuat aliran udara yang akan

masuk ke dalam karburator dan silinder ruang bakar menjadi berputar/swirling

(Muchammad, 2007: 6). Turbo Cyclone merupakan teknologi pemampatan udara

yang melewati sudu turbo cyclone dibuat pusaran yang lebih fokus (Meiraga dan

Muhaji, 2013: 206). Dari pendapat para ahli, maka dapat disimpulkan bahwa turbo

cyclone merupakan alat tambahan yang berfungsi untuk meningkatkan performa

mesin dengan membentuk pusaran udara yang diletakkan pada saluran intake

manifold setelah karburator, sesuai dengan jumlah silinder yang ada pada motor

bensin/diesel.

Desain turbo cyclone pada penelitian ini menggunakan variasi 4 sudu, 5 sudu,

dan 6 sudu, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.4, Gambar 2.5, dan Gambar 2.6

berikut:

15

Gambar 2.4: Turbo cyclone 45o, 4 sudu


16


Penelitian ini menggunakan variasi 3 jenis turbo cyclone yaitu turbo cyclone

45o 4 sudu, Turbo cyclone 45

o 5 sudu, dan turbo cyclone 45

o 6 sudu. Umumnya

cyclone terbuat dari bahan yang tahan karat (stainless steel/aluminium) serta

mempunyai jumlah sudu-sudu yang membentuk kemiringan tertentu.

Prinsip kerja turbo cyclone adalah angin yang masuk ke ruang bakar dibuat

satu pusaran sehingga lebih tertuju pada satu titik dan proses pembakaran menjadi

lebih sempurna (Khoir dan Marsudi, 2014: 80). Udara yang melewati sudu-sudu

tersebut membentuk pusaran sehingga percampuran bahan bakar dan udara menjadi

lebih homogen. Pemasangan turbo cyclone menyebabkan adanya perubahan

karakteristik aliran udara, antara lain yaitu timbulnya pressure drop dan turbulensi

(Muchammad, 2007: 6).

1. Konsep penempatan turbo cyclone

Penempatan turbo cyclone sangat mempengaruhi kinerja mesin, campuran

17

bahan bakar dan udara sebelum masuk ke ruang bakar harus melewati turbo cyclone

agar terjadi pressure drop dan turbulensi. Penempatan turbo cyclone pada Yamaha

Jupiter Z 110 CC sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.7 berikut:

Gambar 2.7: Penempatan turbo cyclone pada mesin

Keterangan:

1. Filter udara.

2. Karburator.

3. Turbo cyclone.

4. Intake manifold.

5. Ruang bakar.

Turbo cyclone terletak di saluran inlate pada intake manifold. Mengubah

aliran laminer (lurus) sebelum masuk ke dalam ruang bakar menjadi aliran pusaran

(Khoir dan Marsudi, 2014: 80). Hal tersebut bertujuan agar campuran bahan bakar

dan udara dari karburator dapat melewati turbo cyclone sebelum menuju ke intake

manifold, sehingga di dalam intake manifold terjadi aliran turbulensi dan pressure

drop, agar campuran udara dan bahan bakar lebih homogen sebelum masuk ke ruang

bakar.

5 1 2 4 3

18

2. Sudut Sudu Turbo Cyclone

Sudut yang terdapat pada turbo cyclone dapat berupa 10o sampai 45

o. Setiap

perubahan sudu sangat mempengaruhi kinerja mesin yang berdampak pada intensitas

turbulensi dan pressure drop. Tetapi pada penelitian ini menggunakan sudut sudu

dengan kemiringan 45o, sehingga diharapkan dapat membentuk aliran berputar (swirl)

dan membentuk campuran udara yang homogen ketika bercampur dengan bahan

bakar.

Semakin besar sudut sudu turbo cyclone, pressure drop dan intensitas

turbulensi semakin besar (Utomo, 2006: 34). Maka dengan melakukan perubahan

bentuk sudut sudu pada turbo cyclone akan berdampak besar terhadap pressure drop

dan intensitas turbulensi.

Hal tersebut sejalan dengan penelitian Muchammad (2007) tentang ”Simulasi

Efek Turbo Cyclone terhadap Karakteristik Aliran Udara pada Saluran Udara Sepeda

Motor 4 Tak 100 CC menggunakan Computational Fluid Dynamics”. Kecenderungan

naiknya tekanan inlet karena pengaruh naiknya kecepatan udara masuk dan juga

bentuk sudu. Tekanan inlet terbesar dialami oleh bentuk sudu tidak berlubang dengan

kemiringan sudu 45o (Muchammad, 2007: 11).

Pada penelitian ini menggunakan turbo cyclone dengan diameter lingkaran 24

mm, dan lebar 10 mm dimana turbo cyclone divariasi pada 4 sudu, 5 sudu, dan 6

sudu. hal tersebut menyesuaikan dari desain intake manifold pada bahan pengujian

berupa Yamaha Jupiter z 110 cc tahun 2008.

d. Tipe – Tipe Aliran

Laju aliran pada pipa dapat diklasifikasikan pada 2 tipe, yaitu:

19

1) Aliran laminar

Aliran laminar adalah aliran yang struktur alirannya memiliki karakteristik

pergerakan yang halus dalam laminer (lapisan) (Syaiful, 2005: 17). Awal mula aliran

terbentuk berupa aliran laminer yang bergerak lurus sejajar mengikuti garis awal,

viskositas (tingkat kekentalan) cukup tinggi, dan tingkat kecepatan fluida yang

rendah. Aliran laminar cenderung tidak meningkatkan homogenitas, hal ini

dikarenakan tidak ada perubahan aliran dalam menyatukan campuran udara dan

bahan bakar, sehingga tidak diaplikasikan pada intake manifold.

Aliran laminer partikel-partikel fluida bergerak sepanjang lintasan-lintasan

yang halus secara lancar dalam lapisan-lapisan (Surono et al., 2012: 2). Sebagaimana

ditunjukkan pada Gambar 2.8 aliran laminar dapat dianalogikan sebagai aliran lurus

dan halus.

Gambar 2.8: Laju aliran laminer

2) Aliran turbulen

Aliran turbulen merupakan gerakan tidak beraturan (random) dengan

gumpalan fluida bergerak ke segala arah dan tidak beraturan (Permatasari dan

Riyono, 2007: 175). Aliran ini terjadi karena viskositas (kekentalan) pada fluida

relatif lebih ringan bila dibandingkan dengan gaya inersia, sehingga memungkinkan

terjadinya homogenitas pada campuran udara dan bahan bakar di dalam saluran hisap

20

intake manifold, karena karakteristik aliran yang bergerak ke segala arah, terjadi

pusaran fluida, dan tidak beraturan.

Aliran turbulen sering diaplikasikan pada dunia otomotif di saluran hisap

intake manifold, karena pada komponen ini perlu adanya aliran turbulen/turbulensi.

Hal ini bertujuan agar campuran udara dan bahan bakar sebelum masuk ke ruang

bakar dapat menyatu dengan sempurna, sehingga tingkat homogenitas menjadi lebih

baik.

Sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.9 aliran turbulen dapat dianalogikan

sebagai aliran yang tak beraturan.

Gambar 2.9: Aliran turbulen

4. Parameter kerja mesin

Parameter kerja mesin yang dibahas pada penelitian ini ialah specific power

output yang meliputi torsi dan daya. Secara teori, kondisi mesin ditentukan dari torsi

dan daya, semakin tinggi hasilnya maka kondisi mesin dalam keadaan baik.

a. Torsi

Torsi poros maksimum pada kecepatan tertentu mengidentifikasi kemampuan

untuk memperoleh campuran udara dan bahan bakar yang tinggi masuk ke dalam

mesin, dimana posisi batang torak tegak lurus dengan poros engkol. Pemahaman awal

tentang parameter kerja mesin dipengaruhi oleh beberapa faktor. Besar kecilnya

tekanan hasil pembakaran dipengaruhi oleh diameter silinder, panjang langkah torak,

21

perbandingan kompresi, efisiensi thermos, dan efisiensi mekanis, nilai panas serta

banyaknya silinder (Widhiargo, 2012: 16-17).

Torsi adalah ukuran kemampuan mesin untuk melakukan kerja yang berupa

putaran (Surono et al., 2012: 3). Gaya putar yang dihasilkan berasal dari dorongan

piston yang bergerak dari titik mati atas (TMA) menuju ke titik mati bawah (TMB)

diteruskan oleh batang torak dan memutar poros engkol. Torsi merupakan perkalian

antara gaya (F) dikali dengan jari-jari (r) (Widhiargo, 2012: 19). Dari pernyataan

tersebut, torsi terbentuk oleh gaya dan jari jari yang dapat dianalogikan pada tekanan

hasil pembakaran oleh piston dalam ruang bakar pada proses kerja 4 langkah, dan

jari-jari poros engkol.

b. Daya

Daya motor adalah besar kerja motor yang dihasilkan oleh poros penggerak

(Surono et al., 2012: 3). Semakin lama usia kendaraan, maka daya yang dihasilkan

akan semakin berkurang. Daya motor dapat dipertinggi dengan memperbesar volume

langkah (Arens dan berenschot, 1980: 30). Dalam hal ini semakin besar volume

langkah maka semakin besar pula yang dihasilkan dari kendaran tersebut.

Daya motor dapat diukur dalam besarnya kerja pada waktu tertentu, daya

dihitung dalam 75 kg.m pada waktu 1 detik (s) atau dapat disebut 1 HP (horse

power). Untuk mengetahui hasil pengukuran daya perlu melakukan pengukuran

menggunakan chassis dynamometer, alat ini secara otomatis akan mengetahui hasil

pengukuran unjuk kerja mesin berupa torsi dan daya dalam bentuk grafik dan diikuti

angka pada putaran mesin tertentu.

22

5. Pencemaran Udara (Emisi Gas Buang)

Udara merupakan salah satu unsur alam yang pokok bagi makhluk hidup yang

ada dimuka bumi terutama manusia (Arifin dan Sukoco, 2009: 17). Upaya

pemerintah dalam menanggulangi pencemaran udara tertuang dalam Undang-

Undang Nomor 23 tahun 1997 pasal 1 ayat 2 mengenai Pengelolaan lingkungan

hidup adalah upaya terpadu untuk melestarikan fungsi lingkungan hidup yang

meliputi kebijaksanaan penataan, pemanfaatan, pengembangan, pemeliharaan,

pemulihan, pengawasan, dan pengendalian lingkungan hidup. Dan Peraturan Menteri

Negara Lingkungan Hidup Nomor 5 tahun 2006 Tentang Ambang Batas Emisi Gas

Buang Kendaraan bermotor Lama, menyatakan bahwa sepeda motor 4 langkah

dengan pembuatan kurang dari tahun 2010 parameter kadar CO (Karbon Monoksida)

maksimal 5.5 %vol, dan kadar HC (Hidro Karbon) maksimal 2400 ppm vol pada

posisi idle (putaran rendah/1650 rpm). Untuk menjaga kondisi kendaraan bermotor

perlu dilakukan uji emisi secara berkala agar sistem pembakaran dalam ruang bakar

selalu mendekati kondisi pembakaran sempurna (Syahrani, 2006: 266). Sumber

pencemaran udara diawali oleh adanya emisi. Emisi merupakan jumlah polutan atau

pencemar yang dikeluarkan ke udara dalam satuan waktu, emisi dapat disebabkan

oleh proses alam maupun kegiatan manusia.

Perbandingan campuran udara dan bahan bakar didalam ruang bakar

dibedakan menjadi enam tahap/kondisi. Perbandingan udara dan bahan bakar

dinyatakan dalam volume atau berat dari bagian udara dan bahan bakar (Soedarmo,

2008: 28). Sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 2.1 berikut:

23

Tabel 2.1: Perbandingan udara dan bahan bakar

Sumber: Soedarmo (2008: 29)

KONDISI KERJA MESIN

PERBANDINGAN UDARA DAN BAHAN

BAKAR Start (temperature 0

oC) 1:1

Start (temperature

20oC)

5:1

Saat stasioner

(langsam)

11:1

Putaran lambat 12 – 13:1

Akselerasi 8:1

Putaran max 12 – 13: 1

Putaran sedang 16 – 18:1

Pada saat start awal (temperature 0oC) terjadi pembakaran paling boros yaitu

1:1, artinya campuran udara dan bahan bakar yang dibutuhkan pada start (temperatur

20oC) dinyatakan dalam perbandingan 1 untuk udara dan 1 untuk bahan bakar. Begitu

pula pada kondisi start (temperatur 20oC), saat stasioner (langsam), putaran lambat,

akselerasi, putaran maksimal, dan putaran sedang. Tetapi pada umumnya

perbandingan udara dan bahan bakar pada mesin juga dipengaruhi temperatur udara,

kondisi kendaraan, dan beban.

Kendaraan bermotor mengeluarkan zat-zat pencemar udara yang memberikan

dampak negatif terhadap kesehatan dan kesejahteraan manusia, serta lingkungan

hidup. Sumber pencemar ini juga menimbulkan dampak terhadap lingkungan

atmosfer yang lebih besar seperti hujan asam, kerusakan lapisan ozon stratosfer, dan

perubahan iklim global. Hasil uji emisi digunakan untuk mengetahui adanya

kerusakan pada bagian-bagian mesin kendaraan, dan melakukan penyetelan ulang

campuran udara dan bahan bakar dengan tepat (Syahrani, 2006: 260). Semakin tinggi

24

kadar emisi gas buang kendaraan maka semakin banyak kerusakan-kerusakan yang

terjadi didalam mesin.

Emisi gas buang merupakan sisa hasil pembakaran mesin kendaraan yang

dikeluarkan ke udara. Sumber emisi gas buang itu sendiri berupa H2O (air), HC

(senyawa hidrat), gas CO (karbon monoksida), CO2 (karbon dioksida), NOx (senyawa

nitrogen oksida), Bahan padat, O2 dan gas mulia (gas argon), dan N2 (nitrogen). Gas

buang unsur HC dan CO dapat keluar dari penguapan bahan bakar di tangki dan blow

gas dari mesin (Sriyanto, 2008: 758-759).

Meningkatnya kadar emisi gas buang kendaraan dipengaruhi oleh campuran

udara dan bahan bakar yang terbakar di dalam ruang bakar, semakin gemuk campuran

udara dan bahan bakar maka kadar emisi gas buang semakin meningkat, begitu pula

sebaliknya. Kadar emisi gas buang kendaraan sebagaimana ditunjukkan pada Gambar

2.10 ialah sebagai berikut:

Gambar 2.10: Konsentrasi emisi kendaraan bermotor

Sumber: Sriyanto (2008: 758)

25

a. CO (Karbon Monoksida)

CO adalah suatu gas yang tak berwarna, tidak berbau dan juga tidak berasa.

Gas CO dapat berbentuk cairan pada suhu dibawah -1920C. Gas CO sebagian besar

berasal dari pembakaran bahan bakar fosil dengan udara, berupa gas buangan. Selain

itu, gas CO dapat pula terbentuk karena aktivitas industri. Sedangkan secara alamiah,

gas CO terbentuk sebagai hasil kegiatan gunung berapi, proses biologi dan lain-lain

walaupun dalam jumlah yang sedikit. Berasal dari kendaraan bermotor 93% power

generator 7% terutama tempat sumbernya adalah pada kendaraan disaat idling (Arifin

dan Sukoco, 2009: 38).

CO ini dapat membahayakan kesehatan pada manusia karena darah lebih

mudah mengikat CO dari pada oksigen sehingga dapat mengakibatkan keracunan

dalam darah. Akibat yang ditimbulkan bercampurnya Hemogloben menjadi Carbon

Oxida Hemologen (CO Hb), bertambahnya CO Hb maka fungsi pengaliran oxygen

dalam darah akan terhalang, dan menimbulkan keracunan dalam darah (Arifin dan

Sukoco, 2009: 38).

CO dikatakan normal apabila AFR berada dekat atau tepat pada titik ideal

(AFR 14,7 atau lamda = 1.00) maka emisi CO tidak akan lebih dari 1% pada mesin

dengan sistem injeksi atau 2.5% pada mesin dengan karburator (Sriyanto, 2008: 763).

Secara teori jika kadar CO terlalu tinggi berarti campuran udara dan bahan bakar

terlalu kaya, begitupula sebaliknya.

b. HC (Hidro karbon)

Hidro karbon terdiri dari elemen hidrogen dan karbon, berbentuk gas, cairan

maupun padatan. Semakin tinggi jumlah atom karbon pembentuk HC, maka molekul

26

HC cenderung berbentuk padatan. HC yang berupa gas akan tercampur dengan gas-

gas hasil buangan lainnya. Akibat yang ditimbulkan akan merusak sistem pernapasan

manusia (tenggorokan) terutama yang beracun adalah Benzena dan Toruene (Arifin

dan Sukoco, 2009: 38).

HC merupakan sisa dari bahan bakar yang tidak terbakar, jumlah HC berbeda

pada tiap jenis bahan bakar tergantung dari bahan dasar bahan bakar tersebut.

Sumber penyebab diantaranya kendaraan bermotor 57%, penyulingan minyak dan

generator power 43% sumber utamanya adalah gas buang dari kendaraan atau

macam-macam alat pembakaran dan lain-lainnya (Arifin dan Sukoco, 2009: 38).

Semakin tinggi kadar HC yang dihasilkan suatu mesin, maka mesin dalam kondisi

tidak optimal, dan perlu dilakukan perbaikan. Emisi HC yang tinggi menunjukkan

adanya kelebihan bensin yang tidak terbakar yang disebabkan karena kegagalan

sistem pengapian atau pembakaran yang tidak sempurna (Sriyanto, 2008: 764).

B. Kajian Penelitian Yang Relevan

Penelitian yang dilakukan Khoir dan Marsudi (2014), yang berjudul

“Pengaruh Penggunaan Turbo Cyclone dan Busi Iridium Terhadap Perorma Sepeda

Motor Honda Supra X 125 CC Tahun Perakitan 2011.”. Pengujian yang dilakukan

dapat disimpulkan bahwa penggunaan turbo cyclone dan busi iridium dapat

mengoptimalkan unjuk kerja mesin berupa torsi,dan daya. Peningkatan torsi terbesar

terjadi pada putaran 8000 rpm dengan menggunakan turbo cyclone dan busi iridium

sebesar 20%. Peningkatan daya efektif terbesar terjadi pada putaran 8000 rpm dengan

menggunakan turbo cyclone dan busi iridium sebesar 23,54% (Khoir dan Marsudi,

2014: 87).

27

Penggunaan turbo cyclone pada saluran intake manifold sangat berdampak

positif bagi kinerja mesin dan dapat meminimalkan emisi gas buang, hal tersebut

dipengaruhi perubahan karakteristik aliran udara, model turbo cyclone yang tepat

juga mempengaruhi intensitas turbulensi dan pressure drop. Pada penelitian yang

dilakukan oleh Muchammad (2007) yang berjudul “Simulasi Efek Turbo Cyclone

Terhadap Karakteristik Aliran Udara Pada Saluran Udara Sepeda Motor 4 Tak 100

CC Menggunakan Computation Fluid Dynamics”. Dan penelitian yang dilakukan

oleh Utomo (2006) yang berjudul “Simulasi Efek Turbo Cyclone Terhadap

Karakteristik Aliran Udara Pada Saluran Udara Suatu Motor Bakar Menggunakan

Menggunakan Computation Fluid Dynamics”. Pada penelitian ini Turbo Cyclone

tidak berlubang dengan kemiringan 45o memiliki pressure drop dan intensitas

turbulensi yang lebih besar dibandingkan dengan yang sudunya yang berlubang.

Semakin besar sudut sudu turbo cyclone, pressure drop dan intensitas turbulensi juga

semakin besar (Muchammad, 2007: 14).

Penelitian yang dilakukan oleh Suliyono dan Marsudi (2013) yang berjudul

“Pengaruh Penggunaan Turbo Cylone Dan Busi Iridium Terhadap Emisi Gas Buang

Pada Motor Bensin 4 Tak”. Penelitian ini menggunakan sudut 45o dengan

penambahan busi iridium pada penelitian tersebut, sehingga kadar emisi gas buang

dapat dimimalkan. Hasil pengujian menunjukkan emisi gas buang yang dihasilkan

dari kendaraan eksperimen lebih ramah lingkungan daripada kendaraan standar

(Suliyono dan Marsudi, 2013: 34).

Sedangkan penelitian yang dilakukan oleh Ihwanudin et al (2015), dalam

penelitiannya yang berjudul ”Penggunaan Turbo Cyclone Pada Kendaraan Bermotor

28

Terhadap Emisi Gas Buang CO dan HC.” Dari pengujian tersebut dapat diketahui

bahwa gas buang kendaraan bermotor sangat berbahaya bagi tubuh, karena

mengandung unsur kimia yaitu CO dan HC, untuk itu penggunaan turbo cyclone pada

kendaraan berdampak positif terutama meminimalkan pengeluaran emisi gas buang.

Terdapat pengaruh positif pada penggunaan turbo cycone terhadap kadar CO pada

emisi gas buang sepeda motor Honda Supra X 125 PGM FI pada putaran mesin

rendah (1.500 rpm), putaran menengah (3.000 rpm), dan putaran tinggi (5.000 rpm)

(Ihwanudin et al., 2015: 119).

Penelitian oleh ilmuwan internasional mengenai konsep turbo cyclone

sebagaimana dilakukan oleh Xing, Wenjun et al (2015), dalam penelitian yang

berjudul ”Experimental Study on Velocity Field between Two Adjacent Blades and

Gas-solid Separation of a Turbo Air Classifier” Sebagaimana disampaikan oleh Xing

et al (2015: 3) sebagai berikut:

The velocity field between two adjacent blades in a turbo air classifier

was measured using the particle image velocimetry (PIV) technique

equipped with a self-developed synchronizer. It was found that vortex

swirling flow existed between the two blades or in the annular region

between the impeller and the side wall. Under a given condition, the

swirling intensity was higher while the swirling zone was smaller in

the horizontal plane of the upper stream. As the impeller rotational

speed S increased, the swirling became more intensive and the vortex

center moved towards the side wall.

Inti keterangan di atas bahwa bidang kecepatan baling-baling turbo yang

diukur menggunakan Particle Image Velocimetry (PIV) ditemukan bahwa arus

pusaran berada diantara dua bilah baling-baling turbo sehingga intensitas berputar

lebih tinggi, zona putar lebih kecil, dan pusat pusaran bergerak kearah dinding

samping pada turbo. Akan tetapi, pada penelitian tersebut menggunakan desain turbo

29

cyclone yang dapat berputar, dan tidak tepat bila diaplikasikan pada penelitian ini,

sehingga model turbo cyclone yang digunakan pada penelitian ini ialah diam (fixed),

dengan menyesuaikan bentuk intake manifold pada bahan penelitian

Pernyataan pada penelitian sebelumnya dapat disimpulkan bahwa penggunaan

turbo cyclone dapat meningkatkan unjuk kerja mesin dan meminimalkan emisi gas

buang. Tetapi pada penelitian sebelumnya terdapat variasi bebas berupa penggunaan

busi iridium, melakukan pengujian hanya pada software Computation Fluid

Dynamics, dan belum menentukan jumlah sudu yang tepat, hingga didapatkan hasil

yang demikian. Sehingga penulis ingin melakukan pengujian lanjutan untuk

mengetahui jumlah sudu yang tepat, dengan melakukan variasi jumlah sudu berupa: 4

sudu, 5 sudu, dan 6 sudu pada tiap pengujian turbo cyclone, dengan mengikuti

penlitian terdahulu berupa model sudu tanpa lubang dengan kemiringan 45o.

C. Kerangka Pikir Penelitian

Unjuk kerja dan emisi gas buang pada mesin bensin dipengaruhi oleh hasil

pembakaran pada ruang silinder. Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan

unjuk kerja dan emisi gas buang yang optimal, dan pembakaran yang sempurna

dipengaruhi oleh banyak faktor, diantaranya perbandingan AFR (air fuel ratio),

campuran bahan bakar dan udara yang homogen, ketepatan waktu pembakaran,

kompresi yang optimal, kualitas bahan bakar, dan kondisi mesin yang optimal.

Rekayasa aliran di dalam intake manifold menjadi aliran yang turbulensi atau

aliran berputar, maka campuran bahan bakar dan udara yang terlah tercampur akan

melewati aliran turbulensi, sehingga campuran bahan bakar dan udara tersebut

menjadi lebih homogen, karena antara zat satu dengan zat lain menjadi bersatu. Alat

30

yang digunakan untuk membuat aliran turbulensi, antara lain Turbo Cyclone yang

akan dipasang antara saluran intake manifold yang berdekatan dengan karburator, alat

ini berbentuk fan fixed ( kipas tetap atau tidak bergerak) dengan sudut 45o.

Kerangka pikir diatas maka adanya dugaan bahwa Turbo Cyclone dengan

kemiringan sudut 45o tanpa lubang dapat melakukan aliran turbulensi sehingga

campuran bahan bakar dan udara menjadi lebih homogen, dan dapat menghasilkan

unjuk kerja berupa torsi dan daya, serta emisi gas buang berupa CO, dan HC yang

lebih optimal.

D. Hipotesis

Hipotesis atau pertanyaan penelitian merupakan suatu pernyataan pertama

atau dugaan-dugaan yang belum dapat dibuktikan secara nyata. Hipotesis merupakan

jawaban sementara terhadap rumusan masalah penelitian, dimana rumusan masalah

penelitian sudah diyatakan dalam bentuk kalimat pernyataan (Sugiyono, 2012: 96).

Berdasarkan landasan teori diatas, maka hipotesis dalam penelitian ini adalah:

1. Penggunaan variasi jumlah sudu turbo cyclone yang tepat dapat meningkatkan

unjuk kerja mesin berupa torsi dan daya.

2. Penggunaan variasi jumlah sudu turbo cyclone yang tepat dapat meminimalkan

emisi gas buang berupa CO dan HC.

109

BAB V

PENUTUP

A. Simpulan

Berdasarkan data hasil penelitian dan analisis tentang pengaruh variasi jumlah

sudu pada intake manifold terhadap unjuk kerja dan emisi gas buang Yamaha Jupiter

z 110 cc, maka dapat simpulkan, bahwa:

1. Penelitian unjuk kerja mesin yang dilakukan pada Yamaha Jupiter Z 110 CC

terbukti bahwa model turbo cyclone 5 sudu berpengaruh besar dalam

meningkatkan unjuk kerja mesin berupa torsi sebesar 12.53 % pada putaran mesin

5000 rpm dan daya sebesar 67.41 % pada putaran mesin 8000 rpm sesuai

spesifikasi putaran mesin Yamaha Jupiter Z 110 CC standar pabrik. Dan

peningkatan torsi terbesar turbo cyclone 5 sudu adalah 38,53 % pada putaran

mesin 8000 rpm, dan peningkatan daya terbesar pada turbo cyclone 5 sudu adalah

39,32 % pada putaran mesin 8000 rpm. Meskipun demikian, torsi terbesar didapat

oleh turbo cyclone 6 sudu pada putaran mesin 3500 rpm sebesar 9,45 N.m, dan

daya terbesar didapat oleh turbo cyclone 5 sudu pada putaran mesin 6500 rpm

sebesar 6,00 HP.

2. Penelitian emisi gas buang yang dilakukan pada Yamaha Jupiter Z 110 CC

terbukti bahwa model turbo cyclone 5 sudu berpengaruh besar dalam

meminimalkan kadar emisi gas buang berupa CO (Carbon Monoksida) sebesar

78.79 % dan HC (Hidro Carbon) sebesar 67.19 % pada putaran mesin 2000 rpm

sesuai Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 5 Tahun 2006.

110

3. Teantang Ambang Batas Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Lama. Dan

penurunan terbesar kadar emisi gas buang berupa CO pada turbo cyclone 5 sudu

sebesar 78.79 % pada putaran mesin 2000 rpm, dan HC pada turbo cyclone 5

sudu sebesar 94,64 % pada putaran mesin 8000 rpm. Meskipun demikian, kadar

CO terrendah didapat oleh turbo cyclone 5 sudu pada putaran mesin 7500 rpm

sebesar 0,166 % vol, dan kadar HC terrendah didapat oleh turbo cyclone 5 sudu

pada putaran mesin 7500 rpm sebesar 7 ppm vol.

B. Saran Pemanfaatan Hasil Penelitian

Saran dalam pemanfaatan hasil penelitian yang diharapkan penulis, antara

lain:

1. Kendaran yang sudah mengalami penurunan performa mesin, dan emisi gas

buang yang kurang optimal dapat menggunakan turbo cyclone 5 sudu dengan

kemiringan 45o tanpa lubang, untuk dapat mengoptimalkan performa mesin dan

meminimalkan emisi gas buang kendaraan.

2. Konsep penelitian ini dapat diaplikasikan pada kendaraan injeksi, berupa motor

dan mobil.

3. Untuk penelitian lanjutan, diharapkan membahas mengenai penempatan turbo

cyclone pada intake manifold, agar diketahui hasil terbaik pada setiap penempatan

turbo cyclone.

111

DAFTAR PUSTAKA

Arens, BPM. dan Berenschot, H. 1980. Motor Bensin. Jakarta: Erlangga.

Arifin, Z. dan Sukoco. 2009. Pengendalian Polusi Kendaraan. Bandung: Alfabeta.

Daryanto. 2008. Teknik Reparasi dan Perawatan Sepeda Motor (6th

Ed). Jakarta:

Bumi Aksara.

Ihwanudin, M. Sholah, A. dan Martiningsih, A. 2015. Penggunaan turbo cyclone

pada kendaraan bermotor terhadap emisi gas buang CO dan HC. Teknologi dan Kejuruan. 38/2:113-120.

Iman, A.S.N. 2015. Analisis penggunaan f1-z turbo ventilator dan hks power compressor terhadap performa mesin motor bensin 4 langkah 4 silinder.

Skripsi: Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.

Khoir, M. dan Marsudi. 2014. Pengaruh penggunaan turbo cyclone dan busi iridium

terhadap performa motor Honda supra x 125 cc tahun perakitan 2011. JTM.

2/2: 79-88.

Kusuma, I.P.K.N. 2015. Pengaruh variasi tekanan pada intake manifold terhadap performance mesin 1500 CC. Skripsi: Fakultas Teknik Program Non Regular,

Universitas Udayana.

Meiraga, R. dan Muhaji. 2013. Pengaruh variasi sudut sudu turbo cyclone terhadap

unjuk kerja pada kendaraan Honda civic SR4. JTM. 1 /2: 206-210.

Muchammad. 2007. Simulasi efek turbo cyclone terhadap karakteristik aliran udara

pada saluran udara sepeda motor 4 tak 100 cc menggunakan computational

fluid dynamics. ROTASI. 9/1: 6-16.

Northop, R.S. 2008. Service Auto Mobil (7th Ed). Bandung: Pustaka Setia.

Pemerintah Republik Indonesia. 1997. Undang-Undang No. 23 Tahun 1997, tentang pengelola lingkungan hidup. Jakarta: Pemerintah Republik Indonesia.

Pemerintah Republik Indonesia. 2006. Peraturan menteri Negara lingkungan hidup nomor 05 tahun 2006 tentang ambang batas emisi gas buang kendaraan bermotor lama. Jakarta: Pemerintah Republik Indonesia.

112

Permatasari, R. dan Riyono, J. 2007. Penentuan persamaan distribusi temperature

udara dalam ruang annulus pada daerah sub-layer laminar dengan metoda

regresi. Mesin. 9/3: 174-183.

Setiyawan, A. 2007. Pengaruh Ignition Coil dan Compression Ratio Terhadap Unjuk

Kerja dan Emisi Gas Buang Motor Bensin Berbahan Bakar Campuran Etanol

85 % dan Presium 15 %. Seminar Nasional Teknologi 2007 (SNT 2007), ISSN: 1978-9777: B1-B9.

Soedarmo, H. 2008. Perawatan dan perbaikan sepeda motor. Jakarta: Gramedia

Pustaka Utama.

Sriyanto, J. 2008. Analisa emisi gas buang kendaraan bermotor. Jurnal Ilmiah Populer Dan Teknologi Terapan. 6/1: 757-768.

Sudarminto.1973. Motor Bakar (Revised Ed). Bandung: Carya remadja.

Sugiyono. 2012. Metode Peneltian Pendidikan. Bandung: Alfabeta.

Suliyono. dan Marsudi. 2013. Pengaruh penggunaan turbo cyclone dan busi iridium

terhadap emisi gas buang pada motor bensin 4 tak. JTM. 2/2: 27-35.

Supriyadi. 2011. Modul Pemeliharaan/Servis Engine dan Komponen-komponennya.

Jakarta: Erlangga.

Surono, U.B. et al. 2012. Pengaruh penambahan turbolator pada intake manifold

terhadap unjuk kerja mesin bensin 4 tak. JURNAL TEKNIK. 2/1: 1-7.

Syahrani, A. 2006. Analisa kinerja mesin bensin berdasarkan hasil uji emisi. ROTASI. 4/4: 260-266.

Syaiful. 2005. Efek swirl fan terhadap pendinginan ekstrude fin dengan variasi daya

95-120 watt. Jurnal SMARTek.. 7/2: 15-22.

Utomo, T.S. 2006. Simulasi efek turbo cyclone terhadap karakteristik aliran udara

pada saluran udara suatu motor bakar menggunakan computational fluid

dynamics. ROTASI. 8/2: 30-36.

Widhiargo, L.R. 2012. Pengaruh kemiringan sudut sudu air cyclone terhadap performa mesin turbo 4E-FTE. Skripsi: Fakultas Teknik, Universitas Negeri

Semarang.

Winarto, E. dan Heru, P. 2014. Pengaruh modifikasi sudut kelengkungan intake

manifold terhadap performa mesin pada motor empat langkah. JTM. 2/2: 196-

203.

113

Xing, W. et al. 2015. Experimental study on velocity field between two adjacent

blades and gas-solid separation of a turbo air classifier. Powder Technology.

:1-23

pengaruh jumlah sudu turbo cyclone dalam …lib.unnes.ac.id/30981/1/5202413025.pdf · d. rahasia...

Documents