PENGARUH PENAMBAHAN SPIRITUS PADA BAHAN BAKAR …lib.unnes.ac.id/30991/1/5202413082.pdf · Unjuk...
Transcript of PENGARUH PENAMBAHAN SPIRITUS PADA BAHAN BAKAR …lib.unnes.ac.id/30991/1/5202413082.pdf · Unjuk...
i
PENGARUH PENAMBAHAN SPIRITUS PADA
BAHAN BAKAR PERTALITE TERHADAP UNJUK
KERJA MESIN, LAMBDA, DAN EMISI GAS BUANG
SEPEDA MOTOR
Skripsi diajukan sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Otomotif
oleh Agus Lutanto
NIM. 5202413082
PENDIDIKAN TEKNIK OTOMOTIF JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2017
ii
iii
iv
v
MOTTO
“Barang siapa yang keluar dalam menuntut ilmu maka ia adalah seperti berperang
di jalan Allah hingga pulang” (H.R. Tirmidzi).
PERSEMBAHAN
Untuk Ayah, ibu, dan kakak tercinta.
vi
ABSTRAK
Lutanto, A. 2017. Pengaruh Penambahan Spiritus pada Bahan Bakar Pertalite
Terhadap Unjuk Kerja Mesin, Lambda, dan Emisi Gas Buang Sepeda Motor.
Skripsi. Program Studi Pendidikan Teknik Otomotif Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. Dr. M. Burhan Rubai Wijaya, M.Pd.
dan Dr. Hadromi, S.Pd., M.T.
Setiap tahun jumlah kebutuhan bahan bakar minyak semakin meningkat.
Hal tersebut salah satunya disebabkan oleh peningkatan penggunaan sepeda motor.
Perlu adanya bahan bakar alternatif untuk mengurangi ketergantungan sepeda
motor terhadap bahan bakar minyak. Salah satu bahan bakar alternatif adalah
spiritus. Penggunaan spiritus sebagai bahan bakar alternatif juga harus
memperhatikan unjuk kerja mesin dan emisi gas buang. Penelitian ini bertujuan
untuk mengetahui pengaruh penggunaan campuran bahan bakar pertalite dan
spiritus terhadap unjuk kerja mesin, lambda, dan emisi gas buang sepeda motor.
Metode penelitian ini menggunakan metode eksperimen (experimental research). Bahan bakar yang digunakan adalah M0, M5, M10, M15, M20, dan M25
yang diuji pada sepeda motor Suzuki Shogun R 125 dengan alat dynotest untuk
mengetahui unjuk kerja mesin dan dengan alat emission gas analyzer untuk
mengetahui lambda dan emisi gas buang.
Berdasarkan hasil penelitian disimpulkan bahwa dengan penggunaan
campuran bahan bakar pertalite dan spirtus akan meningkatkan unjuk kerja mesin
dan mengurangi emisi gas buang. Unjuk kerja berupa torsi dan daya mencapai nilai
maksimal saat menggunakan bahan bakar M25. Hal tersebut juga berlaku pada emisi
gas buang, dimana dengan bakar M25 akan menghasilkan HC dan CO yang rendah.
Kata kunci: unjuk kerja, lambda, emisi gas buang, pertalite, spiritus
vii
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah
melimpahkan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang
berjudul “Pengaruh Penambahan Spiritus pada Bahan Bakar Pertalite Terhadap
Unjuk Kerja Mesin, Lambda, dan Emisi Gas Buang Sepeda Motor”. Skripsi ini
disusun sebagai salah satu persyaratan meraih gelar Sarjana Pendidikan pada
Program Studi S1 Pendidikan Teknik Otomotif Universitas Negeri Semarang.
Penyelesaian karya tulis ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh
karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih serta
penghargaan kepada:
1. Prof. Dr. Fathur Rokhman, M.Hum, Rektor Universitas Negeri Semarang atas
kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menempuh studi di Universitas
Negeri Semarang.
2. Dr. Nur Qudus, MT., Dekan Fakultas Teknik, Rusiyanto, S.Pd., M.T., Ketua
Jurusan Teknik Mesin, Dr. Dwi Widjanarko, S.Pd., S.T., M.T., Koordinator
Program Studi Pendidikan Teknik Otomotif atas fasilitas yang disediakan bagi
mahasiswa.
3. Dr. M. Burhan Rubai Wijaya, M.Pd. dan Dr. Hadromi, S.Pd., M.T., Pembimbing
I dan II yang penuh perhatian dan atas perkenaan memberi bimbingan dan dapat
dihubungi sewaktu-waktu disertai kemudahan menunjukkan sumber-sumber
yang relevan dengan penulisan karya ini.
4. Dr. Abdurrahman, M.Pd., Penguji yang telah memberi masukan yang sangat
berharga berupa saran, ralat, perbaikan, pertanyaan, komentar, tanggapan,
menambah bobot dan kualitas karya tulis ini.
5. Semua dosen Jurusan Teknik Mesin FT. UNNES yang telah memberi bekal
pengetahuan yang berharga.
6. Berbagai pihak yang telah memberi bantuan untuk karya tulis ini yang tidak
dapat disebutkan satu persatu.
Penulis berharap semoga Skripsi ini dapat bermanfaat untuk semua pihak.
Semarang, 15 Mei 2017
Penulis
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i
PERSETUJUAN PEMBIMBING ........................................................................ ii
HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. iii
PERNYATAAN KEASLIAN .............................................................................. iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ....................................................................... v
ABSTRAK ........................................................................................................... vi
PRAKATA ........................................................................................................... vii
DAFTAR ISI ....................................................................................................... viii
DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN ............................................................ x
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xi
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah ......................................................................... 1
B. Identifikasi Masalah ................................................................................ 4
C. Batasan Masalah ..................................................................................... 5
D. Rumusan Masalah ................................................................................... 6
E. Tujuan Penelitian..................................................................................... 6
F. Manfaat Penelitian ................................................................................... 6
BAB II KAJIAN PUSTAKA
A. Kajian Teori ............................................................................................ 8
1. Motor Bensin ...................................................................................... 8
2. Bahan Bakar ........................................................................................ 13
3. Unjuk Kerja Mesin .............................................................................. 19
4. Emisi Gas Buang................................................................................. 21
5. Air Fuel Ratio (AFR) .......................................................................... 24
B. Kajian Penelitian yang Relevan .............................................................. 29
C. Kerangka Pikir Penelitian ....................................................................... 32
ix
BAB III METODE PENELITIAN
A. Bahan Penelitian ..................................................................................... 35
B. Alat dan Skema Peralatan Penelitian ...................................................... 36
C. Prosedur Penelitian ................................................................................. 38
1. Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ................................................. 38
2. Proses Penelitian ................................................................................. 39
3. Data Penelitian .................................................................................... 41
4. Analisis Data ....................................................................................... 43
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian ....................................................................................... 45
1. Uji Unjuk Kerja................................................................................... 45
2. Uji Lambda dan Emisi Gas Buang...................................................... 49
B. Pembahasan ............................................................................................. 52
1. Unjuk Kerja Mesin .............................................................................. 52
2. Emisi Gas Buang................................................................................. 54
C. Keterbatasan Penelitian ........................................................................... 59
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan ................................................................................................. 61
B. Saran........................................................................................................ 62
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 63
LAMPIRAN .......................................................................................................... 66
x
DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN
Simbol
λ Lambda
Singkatan
AFR Air Fuel Ratio
BBM Bahan Bakar Minyak
BPS Badan Pusat Statistik
ppm part per million
RON Research Octane Number
RPM Rotasi Per Menit
SI Spark Ignition
TMA Titik Mati Atas
TMB Titik Mati Bawah
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Penggunaan Sepeda Motor di Indonesia pada Tahun 2010–2014 ........1
Tabel 2.1 Perbandingan Karakteristik antara Pertalite dan Spiritus ..................... 19
Tabel 2.2 Ambang Batas Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Kategori L ..... 24
Tabel 2.3 Perbedaan Nilai AFR Berdasarkan Kondisi Kerja Mesin ..................... 26
Tabel 2.4 Pemetaan Kajian Penelitian yang Relevan............................................ 32
Tabel 3.1 Lembar Pengambilan Data Penelitian Uji Unjuk Kerja ........................ 42
Tabel 3.2 Lembar Pengambilan Data Penelitian Uji Lambda dan Emisi ............. 43
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Torsi Berbagai Variasi Campuran Bahan Bakar ........ 46
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Daya Berbagai Variasi Campuran Bahan Bakar ........ 47
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Lambda Berbagai Variasi Campuran Bahan Bakar .... 50
Tabel 4.4 Hasil Pengujian HC Berbagai Variasi Campuran Bahan Bakar ........... 51
Tabel 4.5 Hasil Pengujian CO Berbagai Variasi Campuran Bahan Bakar ........... 51
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Langkah Isap .................................................................................... 9
Gambar 2.2. Langkah Kompresi ........................................................................... 10
Gambar 2.3. Langkah Usaha ................................................................................. 11
Gambar 2.4. Langkah Buang ................................................................................ 11
Gambar 2.5. Diagram Pembakaran Motor Bensin ................................................ 13
Gambar 2.6. Hubungan Antara Nilai Oktan dengan Rasio Kompresi .................. 18
Gambar 2.7. Skema Perhitungan Torsi ................................................................. 20
Gambar 2.8. Skema Perhitungan Daya ................................................................. 21
Gambar 2.9. Komposisi Gas Buang Motor Bensin ............................................... 21
Gambar 2.10. Kerangka Pikir Penelitian............................................................... 34
Gambar 3.1. Skema Pengujian Unjuk Kerja dengan Dynotest ............................. 37
Gambar 3.2. Skema Pengujian Emisi dengan Emission Gas Analyzer ................. 37
Gambar 3.3. Alur Proses Penelitian ...................................................................... 38
Gambar 4.1. Grafik Pengujian Torsi Berbagai Variasi Campuran Bahan Bakar.. 46
Gambar 4.2. Grafik Pengujian Daya Berbagai Variasi Campuran Bahan Bakar.. 47
Gambar 4.3. Grafik Pengujian λ Berbagai Variasi Campuran Bahan Bakar ........ 50
Gambar 4.4. Grafik Pengujian HC Berbagai Variasi Campuran Bahan Bakar .... 51
Gambar 4.5. Grafik Pengujian CO Berbagai Variasi Campuran Bahan Bakar .... 52
Gambar 4.6. Pengaruh Penambahan Spiritus pada Bahan Bakar Bensin
Terhadap Efisiensi Panas ................................................................... 54
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Surat Penerimaan Sampel Pengujian Densitas dan Viskositas ......... 66
Lampiran 2. Hasil Pengujian Densitas dan Viskositas.......................................... 67
Lampiran 3. Surat Izin Pengujian Unjuk Kerja ..................................................... 68
Lampiran 4. Hasil Pengujian Unjuk Kerja dengan Pengapian Standar ................ 69
Lampiran 5. Lembar Uji Unjuk Kerja dengan Pengapian Standar ....................... 87
Lampiran 6. Lembar Uji Unjuk Kerja dengan Pengapian Dimajukan 20 ............. 89
Lampiran 7.Grafik Pengujian Unjuk Kerja dengan Pengapian Dimajukan 20...... 91
Lampiran 8. Surat Izin Pengujian Lambda dan Emisi Gas Buang ........................ 92
Lampiran 9. Surat Permohonan Peminjaman Tempat dan Alat ............................ 93
Lampiran 10. Hasil Pengujian Lambda dan Emisi Gas Buang ............................. 95
Lampiran 11. Lembar Uji Lambda dan Emisi Gas Buang .................................... 113
Lampiran 12. Surat Keterangan Pengujian Lambda dan Emisi Gas Buang ......... 114
Lampiran 13. Surat Tugas Dosen Pembimbing .................................................... 117
Lampiran 14. Surat Tugas Dosen Penguji Seminar Proposal ............................... 118
Lampiran 15. Berita Acara Seminar Proposal ...................................................... 119
Lampiran 16. Daftar Hadir Seminar Proposal ...................................................... 120
Lampiran 17. Bukti Selesai Revisi Proposal ........................................................ 122
Lampiran 18. Surat Tugas Dosen Penguji ............................................................ 123
Lampiran 19. Dokumentasi .................................................................................. 124
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Alat transportasi sudah menjadi kebutuhan pokok bagi masyarakat dunia
saat ini. Ada bermacam – macam alat transportasi, namun yang sering digunakan
di Indonesia adalah sepeda motor. Hampir di setiap rumah terdapat sepeda motor
bahkan tidak hanya berjumlah satu. Setiap tahunnya, pembelian sepeda motor di
Indonesia menunjukkan grafik yang meningkat. Berdasarkan data dari Badan Pusat
Statistik (BPS) selama 5 tahun yaitu dari tahun 2010 hingga tahun 2014, terjadi
peningkatan jumlah penggunaan sepeda motor dengan rata-rata persentase
peningkatan sebesar 11,05% setiap tahunnya (www.bps.go.id).
Tabel 1.1 Penggunaan Sepeda Motor di Indonesia pada Tahun 2010–2014
Tahun Jumlah Sepeda Motor2010
2011
2012
2013
2014
61.078.188
68.839.341
76.381.183
84.732.652
92.976.240
(www.bps.go.id)
Pemanfaatan sepeda motor tidak hanya sebatas sebagai alat transportasi
saja, namun juga sebagai alat angkut. Untuk memenuhi kebutuhan masyarakat
tersebut maka unjuk kerja mesin sepeda motor yang baik sangat dibutuhkan. Unjuk
kerja mesin sendiri meliputi daya dan torsi yang mampu dihasilkan dalam proses
kerja mesin. Daya dan torsi yang tinggi pada sepeda motor akan membuat pengguna
nyaman dalam berkendara karena dengan daya dan torsi tinggi, sepeda motor akan
dapat melaju pada berbagai medan jalan seperti jalan menanjak tanpa ada hambatan.
2
Selain itu, mesin sepeda motor juga tidak akan mengalami kendala saat sepeda
motor melaju dengan beban berat.
Emisi gas buang merupakan faktor penting yang harus diperhatikan selain
unjuk kerja mesin sepeda motor. Hal tersebut karena dengan meningkatnya jumlah
sepeda motor akan berpengaruh pada tingkat polusi udara. Menurut Arifin dan
Sukoco (2009: 23) di kota – kota besar seperti DKI Jakarta, penyumbang terbesar
polusi udara adalah dari sektor transportasi yaitu sebesar 70 – 80 %. Gas buang
sepeda motor menjadi polutan udara karena mengandung unsur-unsur yang
berbahaya bagi tubuh seperti hidrokarbon (HC) dan juga karbon monoksida (CO).
HC dan CO bila masuk ke dalam tubuh manusia dalam jumlah yang melebihi
ambang batas dapat mengakibatkan sesak nafas, kanker, keterlambatan suplai
oksigen ke otak, bahkan kematian.
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kandungan emisi gas buang
antara lain kondisi komponen mesin, tekanan kompresi, waktu pengapian, jenis
bahan bakar, dan juga perbandingan campuran antara bahan bakar dan udara (Air
Fuel Ratio). Air Fuel Ratio (AFR) ideal untuk mesin bensin secara teoritis adalah
15,1: 1. Artinya untuk membakar sempurna 1 gram bensin dibutuhkan udara 15,1
gram. Namun dalam kenyataannya, pembakaran pada mesin sepeda motor tidak
selalu sesuai dengan nilai AFR ideal. Oleh karena itu, untuk membandingkan massa
udara pembakaran saat kondisi nyata dan teoritis, dirumuskan suatu perhitungan
yang disebut dengan istilah lambda (λ). Jika nilai λ = 1, maka dapat dikatakan
campuran yang dihasilkan ideal. Namun sebaliknya jika λ ≠ 1, maka campuran yang
3
dihasilkan adalah campuran yang tidak ideal karena terdapat perbedaan antara
massa udara yang masuk ke ruang bakar dengan massa udara secara teoritis.
Pembakaran mesin yang baik juga tidak lepas dari jenis bahan bakar yang
digunakan. Di Indonesia bahan bakar sepeda motor yang biasa digunakan dari dulu
hingga sekarang adalah bensin. Terdapat beberapa jenis bensin yaitu premium,
pertamax, pertamax plus, dan yang terbaru adalah pertalite. Pertalite merupakan
varian bensin dengan nilai oktan 90 yang dapat digolongkan baru karena baru
dipasarkan sekitar bulan Mei 2015. Pertalite sendiri merupakan bahan bakar yang
terbuat dari minyak bumi yang mana jumlahnya semakin menipis. Oleh karena itu
perlu ada usaha untuk menghemat cadangan minyak bumi dengan menggunakan
bahan bakar alternatif dengan tetap memperhatikan unjuk kerja mesin dan emisi gas
buang hasil pembakaran.
Spiritus merupakan senyawa kimia yang biasa disebut dengan metil
alkohol atau metanol. Spiritus dapat dibuat dari bermacam-macam bahan seperti
batu bara, minyak bumi, gas alam, dan biomassa. Gas alam dan biomassa
merupakan sumber daya yang jumlahnya sangat melimpah sehingga bahan baku
pembuatan spiritus akan tetap terjaga. Oleh karena itu, spiritus merupakan salah
satu pilihan bahan bakar alternatif yang dapat digunakan sebagai campuran bahan
bakar pertalite sehingga dapat mengurangi penggunaan minyak bumi yang
jumlahnya semakin sedikit.
Berdasarkan permasalahan di atas, maka penulis akan melakukan
penelitian yang diharapkan dapat menemukan komposisi campuran yang tepat
antara pertalite dan spiritus yang tertuang dalam skripsi berjudul “Pengaruh
4
Penambahan Spiritus pada Bahan Bakar Pertalite Terhadap Unjuk Kerja Mesin,
Lambda, dan Emisi Gas Buang Sepeda Motor”.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah di atas, dapat dijumpai berbagai
permasalahan, diantaranya:
1. Setiap tahun jumlah pengguna sepeda motor meningkat dengan peningkatan
sebesar 11,05% pada tahun 2010 hingga 2014.
2. Sepeda motor sebagai alat transportasi dan juga alat angkut, dituntut untuk
memiliki unjuk kerja mesin tinggi.
3. Alat transportasi merupakan penyumbang terbesar polusi udara terutama di kota
– kota besar.
4. Emisi gas buang alat transportasi termasuk sepeda motor harus di bawah ambang
batas yang ditetapkan oleh pemerintah.
5. HC dan CO merupakan senyawa yang terkandung pada gas buang sepeda motor
yang berbahaya bagi kesehatan manusia.
6. Pembakaran yang tidak sempurna pada ruang bakar merupakan salah satu faktor
penyebab menurunnya unjuk kerja mesin serta meningkatnya kadar HC dan CO
pada gas buang.
7. Bahan bakar yang digunakan pada sepeda motor menentukan kualitas
pembakaran.
8. Pertalite merupakan salah satu jenis bahan bakar bensin yang terbuat dari minyak
bumi. Minyak bumi merupakan sumber daya yang tidak dapat diperbaharui dan
jumlahnya semakin menipis.
5
9. Spiritus merupakan salah satu jenis bahan bakar alternatif yang belum banyak
digunakan di Indonesia.
10. Persentase campuran antara pertalite dan spiritus akan menentukan hasil unjuk
kerja mesin, kualitas pembakaran, dan kadar emisi gas buang.
C. Batasan Masalah
Agar penelitian ini memiliki tujuan yang jelas dan tidak menyimpang,
maka peneliti membatasi permasalahan sebagai berikut:
1. Bahan bakar yang digunakan untuk penelitian adalah pertalite murni (M0),
campuran spiritus 5% + pertalite 95% (M5), campuran spiritus 10% + pertalite
90% (M10), campuran spiritus 15% + pertalite 85% (M15), campuran spiritus
20% + pertalite 80% (M20), dan campuran spiritus 25% + pertalite 75% (M25).
2. Unjuk kerja mesin yang dihitung dalam penelitian ini adalah daya dan torsi
mesin sedangkan emisi gas buang yang diuji adalah senyawa HC dan CO.
3. Pengujian daya dan torsi dilakukan dengan menggunakan alat dynotest
sedangkan pengujian emisi gas buang dan lambda dilakukan menggunakan alat
emission gas analyzer STARGAS 898.
4. Sepeda motor yang digunakan dalam penelitian adalah Suzuki Shogun R 125
tahun 2007.
5. Pengambilan data untuk daya dan torsi dilakukan saat putaran mesin 2500 rpm
sampai 8500 rpm, dengan range 1000 rpm.
6. Pengambilan data untuk lambda dan emisi gas buang dilakukan saat putaran
mesin 1500 rpm, 2000 rpm, dan 2500 rpm.
6
D. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka rumusan masalah yang akan
dikaji dalam penelitian ini adalah:
1. Bagaimana pengaruh campuran spiritus pada pertalite terhadap unjuk kerja
mesin sepeda motor?
2. Pada komposisi campuran berapakah sepeda motor dapat menghasilkan unjuk
kerja mesin yang tinggi?
3. Bagaimanakah pengaruh campuran spiritus pada pertalite terhadap lambda dan
emisi gas buang sepeda motor?
4. Pada komposisi campuran berapakah sepeda motor dapat menghasilkan emisi
gas buang dengan kadar HC dan CO yang rendah?
E. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui pengaruh campuran spiritus pada pertalite terhadap unjuk kerja
mesin sepeda motor.
2. Mengetahui komposisi campuran agar sepeda motor menghasilkan unjuk kerja
mesin yang tinggi.
3. Mengetahui pengaruh campuran spiritus pada pertalite terhadap lambda dan
emisi gas buang sepeda motor.
4. Mengetahui komposisi campuran agar sepeda motor dapat menghasilkan emisi
gas buang dengan kadar HC dan CO yang rendah.
F. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
7
1. Memberikan informasi tentang pengaruh penggunaan spiritus sebagai campuran
pertalite terhadap unjuk kerja mesin, lambda, dan emisi gas buang sepeda motor.
2. Menjadikan spiritus sebagai bahan bakar alternatif untuk mengurangi
penggunaan bahan bakar minyak.
3. Menjadi sumber referensi untuk penelitian lain yang sejenis dalam rangka
mengembangkan bahan bakar alternatif.
8
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
A. Kajian Teori
Kajian teori merupakan suatu telaah kepustakaan yang menjadi landasan
dasar dalam penelitian sehingga memberikan arah untuk menjawab permasalahan
dalam penelitian. Pada penelitian ini akan dibahas antara lain mengenai motor
bensin, bahan bakar, unjuk kerja mesin, emisi gas buang, dan air fuel ratio (AFR).
1. Motor Bensin
Motor bensin adalah jenis motor pembakaran dalam (internal combustion
engine) dimana dalam proses pembakarannya dibantu dengan letikan bunga api dari
busi sehingga motor bensin biasa disebut dengan spark-ignition engine. Menurut
Basyirun et al. (2008: 12) motor bensin termasuk motor pembakaran dalam karena
proses pembakarannya terjadi dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas
pembakaran berperan sekaligus sebagai fluida kerjanya. Pengertian lebih lanjut
tentang motor bensin dijelaskan oleh Elfasakhany (2016: 1) sebagai berikut:
SI engines worked based on the principle of taking a mixture of fuel
(petroleum or gasoline) and air, compress it, and ignite it using a spark plug
to generate high pressure products. The high-pressure combustion products
are expanded through a piston and that generate work to propel
automobiles/other engine applications.
Dilihat dari prinsip kerjanya, terdapat dua jenis motor bensin yaitu motor
2 langkah dan motor 4 langkah. Motor 2 langkah adalah motor dimana untuk
melakukan satu kali usaha diperlukan dua kali langkah torak atau satu kali putaran
poros engkol. Pada motor jenis ini tidak memiliki katup masuk dan katup buang,
9
melainkan dilengkapi dengan celah bilas dan celah buang. Fluida kerja masuk ke
dalam silinder melalui celah pembilasan dan sisa hasil pembakaran keluar melalui
celah pembuangan. Sedangkan motor 4 langkah dalam melakukan satu kali usaha,
memerlukan empat kali langkah torak atau dua kali putaran poros engkol. Keempat
langkah torak yang dimaksud adalah langkah isap, langkah kompresi, langkah
usaha, dan langkah buang (Lewerissa, 2011: 139 – 140).
Bonnick dan Newbold (2011: 9) menjelaskan keempat langkah torak pada
motor bensin 4 langkah sebagai berikut:
a. Langkah Isap
Langkah isap merupakan langkah pertama proses kerja mesin dimana
torak bergerak turun dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) dengan
katup masuk dalam kondisi terbuka sedangkan katup buang tertutup. Pergerakan
torak mengakibatkan kevakuman pada silinder sehingga campuran udara dan bahan
bakar mengalir masuk menuju silinder.
Gambar 2.1. Langkah Isap (Bonnick dan Newbold, 2011: 11)
10
b. Langkah Kompresi
Langkah kompresi terjadi ketika torak bergerak naik dari TMB ke TMA
dimana katup masuk dan katup buang tertutup. Campuran udara dan bahan bakar
dalam silinder terkompresi dengan tekanan dan temperatur yang tinggi. Mendekati
akhir langkah kompresi, busi memercikkan bunga api dan terjadi pembakaran.
Gambar 2.2. Langkah Kompresi (Bonnick dan Newbold, 2011: 11)
c. Langkah Usaha
Langkah usaha terjadi karena adanya ledakan campuran udara dan bahan
bakar akibat percikan bunga api sehingga torak bergerak dari TMA ke TMB dengan
posisi katup masuk dan katup buang tertutup. Gaya tekan torak pada langkah usaha
diteruskan ke flywheel melalui batang torak (connecting rod) dan poros engkol
(crank shaft) sehingga flywheel berputar.
11
Gambar 2.3. Langkah Usaha (Bonnick dan Newbold, 2011: 11)
d. Langkah Buang
Langkah buang adalah langkah ketika torak bergerak dari TMB ke TMA
dengan posisi katup masuk tertutup dan katup buang terbuka. Gas buang hasil
pembakaran dalam silinder terdorong oleh torak untuk keluar dari dalam silinder
melalui katup buang.
Gambar 2.4. Langkah Buang (Bonnick dan Newbold, 2011: 11)
Selain terdapat empat langkah kerja torak, pada proses pembakaran motor
bensin juga terdapat empat periode pembakaran untuk menghasilkan satu kali
12
usaha. Penjelasan lebih lanjut mengenai keempat periode pembakaran tersebut
dijelaskan oleh Kristanto (2015: 166 – 167) serta Widjanarko dan Abdurrahman
(2008: 15 – 16).
a. Periode 1: Waktu pengapian yaitu periode persiapan pembakaran ketika busi
mengeluarkan bunga api tegangan tinggi lewat diantara elektroda busi untuk
memulai pembakaran ketika torak mendekati titik mati atas (TMA) sekitar 10
derajat diakhir langkah kompresi.
b. Periode 2: Perambatan api yaitu ketika campuran udara dan bahan bakar mulai
terbakar di beberapa tempat, nyala api akan merambat sehingga menyebabkan
tekanan dalam silinder naik di atas tekanan kompresi normal.
c. Periode 3: Periode tekanan pembakaran maksimum yaitu waktu dimana
campuran udara dan bahan bakar akan terbakar secara maksimum sehingga pada
periode selanjutnya proses pembakaran akan melambat hingga terhenti. Pada
periode tekanan pembakaran maksimum, tekanan pada silinder akan berada pada
titik puncak sehingga tekanan yang terjadi akan lebih besar bila dibandingkan
dengan tekanan kompresif normal ketika torak mendekati TMA.
d. Periode 4: Periode setelah pembakaran dimana masih terdapat sekitar 25%
muatan yang belum terbakar sepenuhnya. Sisa oksigen di dalam muatan menjadi
lebih sulit bereaksi dengan uap bensin sehingga laju pembakaran melambat.
Pada periode ini nilai kalor akan hilang melalui dinding silinder, kepala silinder,
dan torak. Selain itu, turunnya torak menuju titik mati bawah (TMB) akan
meningkatkan volume silinder sehingga tekanan silinder akan turun dengan
cepat.
13
Gambar 2.5. Diagram Pembakaran Motor Bensin (Widjanarko dan Abdurrahman,
2008: 15)
2. Bahan Bakar
Bahan bakar merupakan bahan-bahan yang digunakan dalam proses
pembakaran. Tanpa adanya bahan bakar, proses pembakaran tidak dapat
berlangsung. Adapun tujuan dari pembakaran bahan bakar adalah untuk
memperoleh energi yang disebut dengan energi panas. Dimana energi panas
tersebut dapat dibentuk menjadi energi lain seperti energi mekanis. Bahan bakar
digolongkan menjadi dua yaitu berdasarkan sumbernya dan juga berdasarkan
wujudnya. Berdasarkan sumbernya, bahan bakar dibagi menjadi tiga, yaitu bahan
bakar nabati, mineral, dan juga fosil. Sedangkan berdasarkan wujudnya, bahan
bakar ada yang berbentuk padat, cair, dan gas (Supraptono, 2004: 6).
Bahan bakar bensin merupakan bahan bakar cair yang termasuk bahan
bakar fosil karena terbuat dari minyak bumi. Minyak bumi yang belum mengalami
proses pengolahan mempunyai senyawa hidrokarbon yang komplek. Senyawa
14
hidrokarbon tersebut yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai bahan bakar bensin
melalui beberapa tahapan diantaranya pemisahan kotoran dan zat residu serta tahap
penyulingan. Hasil penyulingan minyak bumi tersebut selanjutnya mengalami
proses penambahan zat aditif. Perbedaan kandungan zat aditif itulah yang
menjadikan bahan bakar bensin memiliki bebarapa macam jenis diantaranya
premium, pertamax, pertamax plus, dan yang terbaru adalah pertalite (Suyanto,
1989: 129).
a. Pertalite
Pertalite merupakan salah satu jenis bahan bakar bensin yang baru
dipasarkan sekitar bulan Mei 2015 untuk memenuhi Surat Keputusan Dirjen Migas
Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Nomor 313 Tahun 2013 tentang
spesifikasi BBM dengan Research Oktan Number (RON) 90 (Jannah, 2015).
Munculnya pertalite diharapkan mampu sedikit demi sedikit menggantikan
premium karena pertalite memiliki beberapa keunggulan bila dibandingkan dengan
premium. PT Pertamina dalam websitenya www.pertamina.com menyebutkan ada
tiga keunggulan pertalite dibandingkan premium, yaitu:
1) Durability (Ketahanan)
Pertalite dapat menjaga ketahanan mesin. Bahan bakar bensin ini tidak
akan menimbulkan gangguan serta kerusakan mesin, karena memiliki kandungan
oktan 90 yang lebih sesuai dengan perbandingan kompresi kebanyakan kendaraan
bermotor saat ini. Kandungan zat aditif detergent, anti korosi, serta pemisah air
pada pertalite akan menghambat proses korosi dan pembentukan deposit di dalam
mesin.
15
2) Fuel Economy (Hemat Bahan Bakar)
Kesesuaian nilai oktan 90 pada pertalite dengan perbandingan kompresi
menjadikan kinerja mesin lebih optimal dan efisien untuk menempuh jarak yang
jauh dengan konsumsi bahan bakar lebih hemat.
3) Performance (Performa)
Pertalite dengan angka oktan 90 dan ditambah dengan beberapa
kandungan zat aditif akan menghasilkan performa mesin yang jauh lebih baik
dibandingkan ketika menggunakan premium dengan oktan 88. Hasilnya adalah
tarikan lebih ringan, kecepatan lebih tinggi, serta emisi gas buang yang lebih bersih.
b. Spiritus
Spiritus atau sering juga disebut metanol adalah salah satu senyawa
alkohol dengan rumus kimia CH3OH. Spiritus merupakan salah satu bahan bakar
alternatif yang telah digunakan sebelum adanya bahan bakar bensin sekitar pada
awal abad ke 20. Berbeda dengan bahan bakar bensin, spiritus terbuat dari bahan
yang jumlahnya sangat melimpah di alam diantaranya dari gas alam dan biomassa
sehingga bahan baku pembuatan spiritus akan tetap terjaga. Reaksi kimia
pembentukan spiritus adalah sebagai berikut (Gupta dan Demirbas, 2010: 18):
2H2 + CO → CH3OH
Spiritus dapat digunakan sebagai bahan bakar murni pada kendaraan atau
juga dapat sebagai campuran bahan bakar bensin. Menurut Celik et al. (2011: 1598)
bila spiritus digunakan sebagai bahan bakar murni, perlu ada modifikasi pada
kendaraan dengan meningkatkan rasio kompresi untuk mendapatkan performa yang
tinggi dan kadar CO yang rendah. Sedangkan menurut Nugroho (2015: 445) bila
16
spiritus digunakan sebagai campuran bahan bakar dengan persentase yang rendah
(5% - 30%), maka tidak perlu ada modifikasi pada kendaraan untuk memperoleh
torsi dan daya yang lebih tinggi. Reaksi pembakaran spiritus murni adalah sebagai
berikut:
2CH3OH + 3O2 → 2CO2 + 4H2O
c. Karakteristik Bahan Bakar
Beberapa karakteristik bahan bakar yang mempengaruhi pembakaran
dalam mesin menurut Wiratmaja (2010: 147 – 148) antara lain sebagai berikut:
1) Berat Jenis (Specific Gravity)
Berat jenis adalah perbandingan berat dari bahan bakar minyak dengan
temperatur sekitar F terhadap berat air dengan volume dan temperatur yang
sama. Biasanya bahan bakar minyak memiliki berat jenis sekitar 0,74 – 0,96 yang
artinya bahan bakar minyak lebih ringan dari pada air.
2) Titik Nyala (Flash Point) dan Titik Bakar (Fire Point)
Titik nyala merupakan temperatur tertentu pada uap di atas permukaan
bahan bakar minyak sehingga bahan bakar tersebut dapat terbakar sendiri dengan
cepat (meledak/ penyalaan api sesaat) bila diletikkan bunga api. Sedangkan titik
bakar adalah temperatur pada keadaan dimana uap di atas permukaan bahan bakar
minyak terbakar secara kontinyu apabila nyala api didekatkan padanya.
3) Temperatur Penyalaan Sendiri (Auto-Ignition Temperature)
Temperatur penyalaan sendiri adalah temperatur terendah dimana bahan
bakar dapat terbakar dengan sendirinya tanpa bantuan percikan bunga api dalam
container standard dalam udara atmosfer.
17
4) Viskositas (Viscosity)
Angka yang menunjukkan ketahanan zat cair untuk mengalir atau ukuran
besarnya tahanan geser dari zat cair. Pada bahan bakar minyak, viskositas berkaitan
dengan kemudahan untuk dipompa dan diatomisasikan.
5) Nilai Kalor (Heating Value)
Nilai kalor adalah nilai yang menunjukkan banyaknya panas atau kalori
yang dihasilkan dari proses pembakaran sempurna antara bahan bakar dan udara
(oksigen).
6) Kecepatan Pembakaran Laminar (Laminar Flame Speed)
Kecepatan pembakaran laminar merepresentasikan kecepatan rambat
pembakaran dengan bentuk aliran laminar pada campuran udara dan bahan bakar
saat proses pembakaran dalam kondisi adiabatik. Kecepatan pembakaran laminar
bergantung pada tekanan, temperatur, dan komposisi campuran udara dan bahan
bakar (Ferguson dan Kirkpatrick, 2001: 256).
7) Angka Oktan (Octane Number)
Angka oktan adalah sifat bahan bakar yang menunjukkan seberapa baik
bahan bakar akan atau tidak akan menyala sendiri (self-ignite) (Pulkrabek, 1997:
143). Sedangkan Mulyono et al. (2014: 29) menjelaskan mengenai angka oktan
sebagai berikut:
Angka oktan menunjukan berapa besar tekanan maksimum yang dapat
diberikan di dalam mesin sebelum bensin terbakar secara spontan. Pada
tekanan tertentu bahan bakar akan menyala seiring adanya tekanan pada
piston yang menaikkan temperatur di dalam silinder. Penyalaan yang
diakibatkan tekanan ini tidak dikehendaki karena dapat menyebabkan
detonasi. Penyalaan yang baik disebabkan dari pengapian busi.
18
Bahan bakar bensin adalah senyawa hidrokarbon yang merupakan
campuran isooktana atau 2,3,4 trimetilpentana dengan heptana. Isooktana dianggap
sebagai bahan bakar paling baik karena hanya pada kompresi tinggi saja isooktana
memberikan bunyi ketukan (detonasi) pada mesin. Sebaliknya, heptana dianggap
sebagai bahan bakar paling buruk. Angka oktana 100, artinya bahan bakar bensin
tersebut setara dengan isooktana murni. Angka oktana 90, artinya bensin tersebut
merupakan campuran 90% isooktana dan 10% heptana (Stone, 1992: 80).
Kombinasi antara isooktana dan heptana diperlukan agar nilai oktan pada bahan
bakar bensin tidak terlalu tinggi melebihi kemampuan pembakaran pada mesin.
Semakin tinggi angka oktan, maka rasio kompresi pada mesin kendaraan juga harus
semakin tinggi untuk menghindari penyalaan sendiri dan juga knocking (Pulkrabek,
1997: 143).
Gambar 2.6. Hubungan Antara Nilai Oktan dengan Rasio Kompresi (Pulkrabek,
1997: 145)
19
Berikut merupakan karakteristik antara bahan bakar pertalite dan spiritus
menurut Liu et al. (2014: 687) serta Gurnito dan Sudarmanta (2016: 31).
Tabel 2.1 Perbandingan Karakteristik antara Pertalite dan Spiritus
Property Pertalite Spiritus/ Methanol
Chemical formula C8H18 CH3OH
Density (kg/L) 0,77 0,795
Latent heat of vaporization (kJ/kg) 343 1100
Stoichiometric air-fuel ratio 15,1 6,5
Lower heating value (kJ/kg) 43,840 20,260
RON 90 110
Laminar flame speed (m/s) 0,5 0,523
Oxygen content (mass %) 0,0 49,9
3. Unjuk Kerja Mesin
Unjuk kerja mesin secara umum dapat diketahui dengan membaca
parameter yang tertulis di dalam sebuah laporan spesifikasi mesin dari produsen
pembuat mesin tersebut. Adapun parameter yang menggambarkan unjuk kerja
mesin antara lain torsi dan daya.
a. Torsi
Saat langkah usaha pada proses pembakaran di dalam silinder, torak
terdorong oleh tekanan yang diakibatkan ledakan campuran udara dan bahan bakar.
Tekanan di atas torak tersebut kemudian mengakibatkan timbulnya gaya. Gaya
pada torak diteruskan oleh batang torak menuju poros engkol dan mengakibatkan
poros engkol mampu untuk berputar. Berputarnya poros engkol ini akan
menyebabkan timbulnya tenaga putar dan tenaga putar ini disebut torsi. Menurut
Basyirun et al. (2008: 5) torsi adalah “energi yang dibutuhkan atau dihasilkan benda
untuk berputar dengan gaya sentrifugal F dimana energi tersebut pada r tertentu dari
pusat putaran.” Dengan adanya torsi, maka benda dapat berputar terhadap porosnya
20
dan benda akan berhenti apabila ada usaha melawan torsi dengan besar sama
dengan arah yang berlawanan. Torsi dapat ditulis dalam persamaan sebagai berikut:
T = F x b
Dimana:
T = Torsi (Nm)
F = Gaya penyeimbang yang diberikan (N)
b = Jarak lengan torsi (m)
Gambar 2.7. Skema Perhitungan Torsi (Rizal, 2013: 82)
b. Daya
Daya adalah besarnya kerja motor per satuan waktu (Arends dan
Berenshot, 1980: 18). Satuan daya yang biasa digunakan adalah Watt (W) dan horse
power (Hp) dimana 1 Hp = 0,746 kW sedangkan 1 kW= 1,3405 Hp. Ada tiga rumus
menurut Heywood (1988: 46) untuk menghitung daya pada suatu motor, yaitu:
P = 2πNT
Dalam satuan sistem internasional (SI units):
P(kW) = 2πN(rev/s)T(Nm) x 10-3
Dalam satuan Amerika Serikat (U.S. units):
P(hp) =
21
Gambar 2.8. Skema Perhitungan Daya (Cengel dan Boles, 2011: 67)
4. Emisi Gas Buang
Emisi gas buang adalah polutan dalam bentuk gas yang dihasilkan dari
proses pembakaran kendaraan bermotor yang keluar melalui saluran gas buang
kendaraan. Emisi gas buang bersifat mencemari udara dan berbahaya bagi
kesehatan manusia (Suyanto, 1989: 345). Pada reaksi pembakaran sempurna, sisa
pembakarannya berupa gas buang yang mengandung karbon dioksida (CO2), uap
air (H2O), oksigen (O2), dan nitrogen (N2). Namun kenyataanya, proses
pembakaran pada mesin tidak selalu berjalan sempurna akibat beberapa faktor
sehingga di dalam gas buang mengandung senyawa berbahaya seperti nitrogen
oksida (NOx), hidrokarbon (HC), dan karbon monoksida (CO) (Winarno, 2014: 3).
.
Gambar 2.9. Komposisi Gas Buang Motor Bensin (Anonim dalam
Winarno, 2014: 3)
22
Bahan bakar bensin merupakan senyawa HC sehingga bila pada gas buang
masih terdapat senyawa HC maka pada proses pembakaran, bahan bakar tidak
terbakar seluruhnya. Kandungan HC pada gas buang disebabkan oleh pembakaran
yang tidak sempurna dimana hanya sebagian bahan bakar yang bereaksi dengan
oksigen akibat lemahnya letikan bunga api pada busi dan juga temperatur
pembakaran yang rendah. Saat mesin dalam kondisi idle, gas buang cenderung
menghasilkan senyawa HC yang lebih banyak karena saat idle perambatan nyala
api lemah, luasan dinding ruang bakar yang bertemperatur rendah masih besar, dan
temperatur mesin masih di bawah temperatur kerja (Kristanto, 1999: 123).
Senyawa HC dibedakan menjadi dua yaitu bahan bakar yang tidak terbakar
dan keluar menjadi gas mentah serta bahan bakar yang terpecah karena reaksi panas
berubah menjadi gugus HC lain yang keluar bersama gas buang. HC merupakan
senyawa berbahaya bagi kesehatan manusia. Kepekatan senyawa HC yang tinggi
dapat mengakibatkan photo chemical smoke yaitu gugusan senyawa HC, CO, dan
N2 yang apabila terkena sinar matahari dapat menimbulkan perih pada mata. HC
juga dapat mengakibatkan timbulnya sel kanker dan menyebabkan kerusakan pada
organ sistem pernafasan (Arifin dan Sukoco, 2009: 38).
Karbon monoksida (CO) merupakan senyawa yang tidak berwarna, tidak
berbau, tidak mudah larut dalam air, dan memiliki perbandingan berat terhadap
udara (1 Atm oC) sebesar 0,967. CO dalam udara bila diletikkan bunga api akan
langsung terbakar dengan mengeluarkan asap biru dan menjadi CO2. CO dalam
tubuh manusia dapat bercampur dengan hemoglobin (Hb) sehingga membentuk
karbon oksida hemoglobin (CO Hb). CO Hb dapat mengakibatkan pusing, mual,
23
dan keracunan pada darah. CO terbentuk karena bahan bakar yang tidak terbakar
secara sempurna saat proses pembakaran dan juga karena campuran antara udara
dan bahan bakar terlalu kaya (Siswantoro et al. 2012: 77). Campuran kaya
merupakan kondisi dimana jumlah udara yang digunakan untuk pembakaran lebih
sedikit bila dibandingkan dengan jumlah udara sesuai perhitungan stoikiometri
(campuran ideal). Menurut Jayanti et al. (2014: 1 – 2) bila karbon dalam bahan
bakar dapat terbakar habis dengan sempurna maka akan terjadi reaksi sebagai
berikut:
C + O2 → CO2
Namun bila unsur oksigen tidak cukup (campuran terlalu kaya) maka akan terjadi
pembakaran tidak sempurna dan menghasilkan senyawa CO dengan reaksi sebagai
berikut:
C + ½ O2 → CO
Pemerintah melalui Kementerian Lingkungan Hidup mengatur
penggunaan kendaraan bermotor dalam segi emisi gas buang melalui Permen LH
Nomor 05 Tahun 2006 tentang Ambang Batas Emisi Gas Buang Kendaraan
Bermotor Lama. Kendaraan bermotor lama merupakan kendaraan yang sudah
diproduksi, dirakit atau diimpor, dan sudah beroperasi di wilayah Republik
Indonesia. Dalam peraturan tersebut, mengatur emisi gas buang kendaraan roda
empat atau lebih dan juga kendaraan roda dua. Kendaraan roda empat atau lebih
digolongkan ke dalam kategori M, N, dan O, sedangkan kendaraan roda dua
digolongkan ke dalam kategori L. Berikut merupakan ambang batas emisi gas
buang kendaraan bermotor lama kategori L yang diuji saat posisi idle.
24
Tabel 2.2 Ambang Batas Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Kategori L
Kategori Sepeda Motor Tahun Pembuatan
Parameter Metode UjiCO (%) HC (ppm)
2 Langkah < 2010 4,5 12000 Idle4 Langkah < 2010 4,5 2400 Idle
2 Langkah dan 4 Langkah ≥ 2010 4,5 2000 Idle
5. Air Fuel Ratio (AFR)
Air fuel ratio (AFR) merupakan perbandingan massa udara dengan massa
bahan bakar saat proses pembakaran pada internal combustion engine. Massa udara
dan bahan bakar dapat dihitung apabila persamaan reaksi pembakaran sudah
setimbang. Perhitungan massa udara dan bahan bakar membutuhkan berat molekul
tiap – tiap unsur penyusun udara maupun bahan bakar. Unsur – unsur tersebut antara
lain karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), dan nitrogen (N). Berat molekul C
sebesar 12 kg/kgmol, berat molekul H sebesar 1 kg/kgmol, dan berat molekul
gabungan antara O dan N (udara kering) sebesar 29 kg/kgmol. Setelah massa udara
dan bahan bakar diketahui, maka AFR dapat dihitung dengan persamaan sebagai
berikut (Heywood, 1988: 53):
AFR =
Proses pembakaran dikatakan sempurna apabila campuran udara dan
bahan bakar dapat terbakar seluruhnya pada waktu dan keadaan yang dikehendaki.
Selain itu, pembakaran sempurna terjadi apabila semua unsur iso oktana (C8H18)
dapat beraksi seluruhnya dengan oksigen (O2) menjadi CO2 dan H2O (Yamin, 2013:
6 – 7). Berikut merupakan reaksi pembakaran antara campuran pertalite yang
memiliki unsur iso oktana (C8H18) dengan udara.
C8H18 + (O2 + 3,76 N2) → CO2 + H2O + N2
25
Reaksi pembakaran di atas belum dapat dikatakan setimbang, karena
jumlah unsur C, H, O, dan N pada sisi kiri (sebelum proses pembakaran) tidak sama
dengan jumlah unsur C, H, O, dan N pada sisi kanan (setelah proses pembakaran),
maka untuk menemukan persamaan reaksi yang setimbang dapat dicari dengan
menggunakan rumus sebagai berikut:
CxHy + (x + y/4) (O2 + 3,76 N2) → xCO2 + y/2 H2O + 3,76 (x + y/4) N2
Setelah menggunakan rumus di atas, maka reaksi pembakaran antara
campuran pertalite dan udara yang setimbang adalah sebagai berikut:
C8H18 + 12,5 (O2 + 3,76 N2) → 8 CO2 + 9 H2O + 47 N2
AFRpertalite =
AFRpertalite =
AFRpertalite = = 15, 1
Pulkrabek (1997: 56) menyatakan bahwa AFR ideal untuk mesin dengan
bahan bakar bensin berkisar ± 15,1 : 1, yang artinya untuk membakar sempurna 1
gram bensin dibutuhkan udara 15,1 gram. Namun saat mesin bekerja, pembakaran
yang terjadi tidak selalu sesuai dengan AFR ideal, bergantung antara lain pada
temperatur mesin, kondisi jalan, dan beban mesin. Ketika nilai AFR melebihi angka
15,1 : 1, maka dapat dikatakan campuran tersebut adalah campuran miskin.
Sedangkan saat nilai AFR kurang dari angka 15,1 : 1, maka campuran tersebut
adalah campuran kaya. Secara umum, nilai AFR berdasarkan kondisi kerja mesin
adalah sebagai berikut (Toyota, 1995).
26
Tabel 2.3 Perbedaan Nilai AFR Berdasarkan Kondisi Kerja Mesin
No Kondisi Kerja Mesin AFR1 Saat start, temperatur 0 oC Kira-kira 1 : 1
2 Saat start, temperatur 20 oC Kira-kira 5 : 1
3 Saat idling Kira-kira 11 : 1
4 Putaran lambat 12 – 13 : 1
5 Akselerasi Kira-kira 8 : 1
6 Putaran maksimal (beban penuh) 12 – 13 : 1
7 Putaran sedang (ekonomi) 16 – 18 : 1
Dari tabel 2.3 di atas, dapat dilihat adanya perbedaan nilai AFR disetiap
kondisi kerja mesin dengan perhitungan AFR ideal. Perbedaan tersebut
mengindikasikan adanya perbedaan jumlah udara yang bercampur dengan bahan
bakar saat proses pembakaran dengan jumlah udara sesuai dengan AFR ideal. Oleh
karena itu, untuk membandingkan massa udara pembakaran saat kondisi nyata dan
teoritis, dirumuskan suatu perhitungan yang disebut dengan istilah lambda (λ)
(Bonnick dan Newbold, 2011: 88). Lambda dapat dihitung dengan persamaan
rumus:
λ =
Jika nilai λ = 1, berarti campuran ideal, karena yang terjadi pada kondisi nyata
tersebut sesuai dengan teori stoikiometri.
Jika nilai λ > 1, berarti campuran miskin, udara yang digunakan saat proses
pembakaran lebih banyak dari kebutuhan teori stoikiometri.
Jika nilai λ < 1, berarti campuran kaya, udara yang digunakan saat proses
pembakaran lebih sedikit dari kebutuhan teori stoikiometri.
Spiritus merupakan salah satu jenis bahan bakar alternatif yang dapat
digunakan pada internal combustion engine, baik murni ataupun sebagai campuran
27
bahan bakar bensin seperti pertalite. Oleh karena itu, spiritus dan tiap – tiap
persentase campuran juga dapat dihitung nilai AFR-nya dengan menyetarakan
terlebih dahulu reaksi pembakarannya. Adapun reaksi pembakaran dan nilai AFR
tiap –tiap persentase campuran spiritus dengan pertalite adalah sebagai berikut:
a. Reaksi pembakaran spiritus
CH3OH + (O2 + 3,76 N2) → CO2 + H2O + N2
Disetarakan menjadi:
2 CH3OH + 3 (O2 + 3,76 N2) → 2 CO2 + 4 H2O + 11,28 N2
AFRspiritus =
AFRspiritus =
AFRspiritus = 6,5
b. Reaksi pembakaran 5 % spiritus + 95 % pertalite (M5)
Disetarakan menjadi:
AFRM5 =
AFRM5 =
AFRM5 = 15,01
c. Reaksi pembakaran 10 % spiritus + 90 % pertalite (M10)
0,05 CH3OH
0,95 C8H18
+ 11,95 (O2 + 3,76 N2) → 7,65 CO2 + 8,65 H2O + 44,9 N2
0,05 CH3OH
0,95 C8H18
H+ (O2 + 3,76 N2) → CO2 + H2O + N2
0,1 CH3OH
0,9 C8H18
+ (O2 + 3,76 N2) → CO2 + H2O + N2
28
Disetarakan menjadi:
AFRM10 =
AFRM10 =
AFRM10 = 14,87
d. Reaksi pembakaran 15 % spiritus + 85 % pertalite (M15)
Disetarakan menjadi:
AFRM15 =
AFRM15 =
AFRM15 = 14,7
e. Reaksi pembakaran 20 % spiritus + 80 % pertalite (M20)
Disetarakan menjadi:
0,1 CH3OH
0,9 C8H18
+ 11,4 (O2 + 3,76 N2) → 7,3 CO2 + 8,3 H2O + 42,86 N2
0,15 CH3OH
0,85 C8H18
+ (O2 + 3,76 N2) → CO2 + H2O + N2
0,15 CH3OH
0,85 C8H18
+ 10,85 (O2 + 3,76 N2) → 6,95 CO2 + 7,95 H2O + 40,8 N2
0,2 CH3OH
0,8 C8H18
+ (O2 + 3,76 N2) → CO2 + H2O + N2
0,2 CH3OH
0,8 C8H18
+ 10,3 (O2 + 3,76 N2) → 6,6 CO2 + 7,6 H2O + 38,7 N2
29
AFRM20 =
AFRM20 =
AFRM20 = 14,57
f. Reaksi pembakaran 25 % spiritus + 75 % pertalite (M25)
Disetarakan menjadi:
AFRM25 =
AFRM25 =
AFRM25 = 14,39
B. Kajian Penelitian yang Relevan
Menurut penelitian yang dilakukan oleh Lewerissa (2011: 146) yang
berjudul Pengaruh Campuran Bahan Bakar Bensin dan Etanol Terhadap Prestasi
Mesin Bensin menyatakan bahwa prestasi mesin yang diperoleh pada mesin yang
menggunakan bahan bakar campuran premium dan etanol, baik untuk E5, E10, E15,
dan E20 pada umumnya lebih tinggi dari prestasi mesin dengan menggunakan bahan
bakar premium (E0) walaupun kenaikannya tidak signifikan. Prestasi mesin terbaik
yaitu saat menggunakan bahan bakar E20.
0,25 CH3OH
0,75 C8H18
+ (O2 + 3,76 N2) → CO2 + H2O + N2
0,25 CH3OH
0,75 C8H18
+ 9,75 (O2 + 3,76 N2) → 6,25 CO2 + 7,25 H2O + 36,6 N2
30
Sedangkan Nugroho (2015: 445) dalam penelitiannya yang berjudul
Pengaruh Campuran Metanol Terhadap Prestasi Mesin didapatkan hasil bahwa
dengan melakukan penambahan metanol pada bahan bakar premium akan
meningkatkan nilai torsi dan daya mesin sepeda motor Honda C 100 Series dalam
kondisi standar. Nilai torsi tertinggi pada putaran lebih dari 5500 rpm diperoleh
dengan bahan bakar M20, sedangkan peningkatan daya maksimal keluaran dari
mesin terjadi pada bahan bakar M15 yaitu sebesar 12,7%.
Fauzi (2015: 52) dalam penelitiannya yang berjudul Pengaruh Bioetanol
Terhadap Lambda dan Emisi Gas Buang pada Sepeda Motor Empat Tak Satu
Silinder menyebutkan bahwa penambahan bioetanol pada premium mampu
menghasilkan emisi gas buang yang lebih baik (kandungan CO dan HC yang lebih
rendah) daripada emisi yang dihasilkan oleh bahan bakar premium murni (E0).
Penambahan bioetanol juga akan meningkatkan nilai lambda seiring jumlah
konsentrasi bioetanol dalam bahan bakar dan akan semakin mendekati ideal pada
putaran mesin yang semakin tinggi.
Penelitian yang dilakukan Iodice et al. (2016: 189) yang berjudul Effect of
Ethanol–Gasoline Blends on CO and HC Emissions In Last Generation SI Engines
Within The Cold-Start Transient: An Experimental Investigation menguji
kandungan HC dan CO pada gas buang sepeda motor dengan kategori Euro 3 saat
kondisi start dengan pencampuran bahan bakar etanol dan bensin. Dari penelitian
tersebut, Iodice at al. menyimpulkan bahwa kandungan HC dan CO pada gas buang
akan menurun saat menggunakan bahan bakar dengan kadar etanol rendah yaitu
hingga E20. Saat menggunakan bahan bakar E30 kadar HC dan CO justru meningkat
31
dikarenakan semakin tinggi kadar etanol maka akan menurunkan nilai kalor bahan
bakar sehingga temperatur pembakaran rendah dan terjadi keterlambatan
pembakaran.
Penelitian lain dilakukan oleh Shenghua et al. (2007: 1907) yang berjudul
Study of Spark Ignition Engine Fueled with Methanol/Gasoline Fuel Blends,
menyatakan bahwa dengan menggunakan campuran metanol dan bahan bakar
bensin pada mesin mobil 3 silinder standar akan sedikit menurunkan torsi dan daya
mesin. Penambahan metanol perlu diimbangi dengan pengaturan waktu pengapian
agar torsi dan daya yang dihasilkan lebih tinggi. Selain itu, campuran metanol dan
bahan bakar bensin dapat menurunkan kandungan gas HC dan CO pada gas buang.
Kajian penelitian yang relevan diambil dari berbagai sumber penelitian –
penelitian terdahulu dan digunakan oleh peneliti sebagai acuan penelitian. Kajian
penelitian yang relevan tersebut selanjutnya dipetakan ke dalam tabel 2.4 agar lebih
mudah dibandingkan dengan penelitian yang akan dilakukan oleh peneliti.
32
Tabel 2.4 Pemetaan Kajian Penelitian yang Relevan
Elemen Penelitian Lewerissa
(2011)
Nugroho
(2015)
Fauzi
(2015)
Iodice et
al.
(2016)
Shenghua
et al.
(2007)
Variabel
Penelitian
Premium dan
Pertalite
Bensin +
Metanol
v v
Bensin +
Etanol
v v v
Unjuk Kerja v v v
Lambda v
Emisi Gas
Buang
v v
Objek
Penelitian
Sepeda
Motor
v v v v
Mobil v
Kondisi
Mesin
Standar v v v v v
Perubahan
Waktu
Pengapian
v
Perubahan
Tekanan
Kompresi
Perbedaan penelitian yang dilakukan oleh peneliti meliputi beberapa
elemen penelitian seperti variabel penelitian, objek penelitian, dan kondisi mesin
(perlakuan terhadap mesin). Dalam penelitian ini, peneliti menggunakan bahan
bakar campuran pertalite dan spiritus/metanol untuk menguji unjuk kerja mesin,
lambda, dan emisi gas buang pada sepeda motor dalam kondisi standar.
C. Kerangka Pikir Penelitian
Minyak bumi adalah sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui
yang merupakan bahan utama pembuatan bahan bakar bensin. Seiring dengan
peningkatan jumlah pengguna kendaraan bermotor dari tahun ke tahun,
dikhawatirkan jika terus digunakan maka minyak bumi tidak lama lagi akan habis
33
sehingga perlu adanya langkah untuk mengurangi penggunaan bahan bakar bensin
dengan menemukan bahan bakar alternatif. Spiritus atau metanol merupakan salah
satu bahan bakar alternatif yang terbuat dari bahan yang jumlahmya berlimpah dan
terbarukan. Spiritus dapat digunakan sebagai campuran bahan bakar bensin seperti
pertalite. Namun dengan menggunakan bahan bakar alternatif juga harus
memperhatikan faktor unjuk kerja mesin dan faktor lingkungan. Selain mampu
mengurangi penggunaan minyak bumi, diharapkan dengan menggunakan bahan
bakar alternatif juga dapat meningkatkan unjuk kerja mesin dan memperbaiki emisi
gas buang.
Pertalite memiliki angka oktan sebesar 90 sedangkan spiritus memiliki
angka oktan yang lebih tinggi yaitu 110. Pencampuran spiritus pada pertalite tentu
akan meningkatkan angka oktan melebihi 90. Besarnya peningkatan angka oktan
bergantung dari persentase spiritus yang ditambahkan. Angka oktan yang tinggi
merupakan sebuah keunggulan bahan bakar karena dapat mencegah terjadinya
penyalaan sendiri (self-ignite) akibat tingginya tekanan kompresi. Penyalaan sendiri
dapat menimbulkan suara ketukan pada mesin (detonasi) dan menjadikan
pembakaran tidak sempurna karena campuran udara dan bahan bakar terbakar lebih
awal sebelum letikan bunga api dari busi. Indomobil Niaga International (2005)
dalam buku Petunjuk Perawatan Shogun R 125 meyarankan untuk menggunakan
bahan bakar dengan angka oktan lebih dari 91. Sehingga dengan penggunaan
campuran spiritus dan pertalite sebagai bahan bakar diharapkan mampu
menghasilkan pembakaran yang lebih sempurna dan dapat meningkatkan unjuk
kerja mesin serta menurukan kadar emisi gas buang.
34
Liao et al. dalam Shenghua et al. (2007: 1905) menyebutkan selain
meningkatkan angka oktan, keuntungan lain menambahkan spiritus pada pertalite
yaitu mampu meningkatkan laminar flame speed. Naiknya Laminar flame speed
pada bahan bakar akan meningkatkan efisiensi panas karena pembakaran
diselesaikan lebih awal dan kehilangan panas (heat loss) pada silinder berkurang.
Efisiensi panas juga akan semakin meningkat karena spiritus mengandung unsur
oksigen yang menjadikan proses pembakaran bahan bakar menjadi lebih sempurna
sehingga mampu meningkatkan unjuk kerja mesin dan mengurangi kadar emisi gas
buang.
Gambar 2.10. Kerangka Pikir Penelitian
Angka Oktan Naik
Kadar O2 Bertambah
Penambahan Spiritus pada
Pertalite
Unjuk kerja bertambah
Emisi berkurang
Laminar flame speed
naik
Efisiensi panas
meningkat
61
BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan data yang didapatkan dari penelitian, maka diperoleh
simpulan sebagai berikut:
1. Penambahan spiritus pada pertalite akan berpengaruh terhadap unjuk kerja
mesin sepeda motor. Semakin tinggi persentase spiritus yang dicampurkan pada
pertalite hingga bahan bakar M25, maka akan semakin tinggi pula nilai torsi dan
daya yang dihasilkan.
2. Komposisi penambahan spiritus pada pertalite yang paling tepat sehingga
menghasilkan unjuk kerja mesin yang tinggi adalah pada komposisi spiritus 25%
+ pertalite 75% (M25). Hal tersebut dikarenakan bahan bakar M25 menghasilkan
nilai torsi dan daya yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan variasi bahan
bakar lain disetiap putaran mesin.
3. Penambahan spiritus pada pertalite akan berpengaruh terhadap lambda dan emisi
gas buang sepeda motor. Pada putaran mesin yang sama, nilai lambda akan
semakin besar seiring bertambahnya persentase spiritus yang dicampurkan pada
pertalite. Campuran spiritus dan pertalite juga akan menghasilkan emisi gas
buang yang lebih baik, dibuktikan dengan kandungan HC dan CO lebih kecil
dari pada yang dihasilkan oleh bahan bakar pertalite murni (M0).
4. Komposisi penambahan spiritus pada pertalite yang paling tepat sehingga
menghasilkan emisi gas buang dengan kadar HC dan CO yang rendah adalah
62
pada komposisi spiritus 25% + pertalite 75% (M25). Hal tersebut karena bahan bakar
M25 menghasilkan gas CO yang paling rendah dari pada variasi bahan bakar lain
disetiap putaran mesin. Bahan bakar M25 juga menghasilkan gas HC yang rendah
pada putaran mesin 2000 rpm dan 2500 rpm, walaupun saat posisi idle, bahan bakar
M25 menghasilkan gas HC yang tinggi.
B. Saran
Saran yang diberikan penulis berdasarkan penelitian yang telah dilakukan
adalah sebagai berikut:
1. Untuk memperoleh unjuk kerja mesin yang tinggi dan emisi gas buang dengan
kandungan HC dan CO yang rendah, disarankan menggunkan bahan bakar M25.
2. Perlu ada penelitian serupa dengan menggunakan bahan bakar di atas M25.
3. Perlu ada penelitian serupa menggunakan sepeda motor dengan sistem bahan
bakar injeksi.
4. Jangan menghirup uap spiritus karena uap spiritus dengan konsentrasi tinggi
akan bersifat racun yang mengakibatkan mual dan pusing.
63
DAFTAR PUSTAKA
Arends, BPM. dan Berenschot, H. 1980. Motor Bensin. Jakarta: Erlangga.
Arifin, Z. dan Sukoco. 2009. Pengendalian Polusi Kendaraan. Bandung: Alfabeta.
Badan Pusat Statistik. 2017. Perkembangan Jumlah Kendaraan Bermotor Menurut Jenis, 1949 – 2014. www.bps.go.id/linkTableDinamis/view/id/1133. 4
Januari 2017 (08:00).
Basyirun et al. 2008. Mesin Konversi Energi. Semarang: Universitas Negeri
Semarang.
Bonnick, A. dan Newbold, D. 2011. A Practical Approach to Motor Vehicle Engineering and Maintenance. 3rd ed. Oxford: Elsevier Ltd.
Celik, M. B. et al. 2011. The use of pure methanol as fuel at high compression ratio
in a single cylinder gasoline engine. Fuel 90: 1591–1598.
Cengel, Y. A. dan Boles, M. A. 2011. Thermodynamics: An Engineering Approach.
7th ed. New York: McGraw-Hill.
Dogan, B. et al. 2017. The effect of ethanol-gasoline blends on performance and
exhaust emissions of a spark ignition engine through exergy analysis. Applied Thermal Engineering. 1 – 33.
Elfasakhany, A. 2016. Investigations on performance and pollutant emissions of
spark-ignition engines fueled with n-butanol–, isobutanol–, ethanol–,
methanol–, and acetone–gasoline blends: A comparative study. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 1 – 10.
Fauzi, M. 2015. Pengaruh Bioetanol Terhadap Lambda dan Emisi Gas Buang pada
Sepeda Motor Empat Tak Satu Silinder. Skripsi. Fakultas Teknik Universitas
Negeri Semarang. Semarang.
Ferguson, C. R. dan Kirkpatrick, A. T. 2001. Internal Combustion Engines: AppliedThermosciences. 2nd ed. New York: John Wley & Sons.
Gupta, R. B. dan Demiras, A. 2010. Gasoline, Diesel and Ethanol Biofuels from Grasses and Plants. Cambridge: Cambridge University Press.
Gurnito, A. dan Sudarmanta, B. 2016. Pengaruh Ignition Timing Mapping Terhadap Unjuk Kerja dan Emisi Engine SINJAI 650 CC Berbahan Bakar Pertalite RON 90. JURNAL TEKNIK ITS 5(1): 30 – 35.
64
Heywood, J. B. 1988. Internal Combustion Engine Fundamentals. New York:
McGraw-Hill.
Indomobil Niaga International. 2005. Petunjuk Perawatan Shogun 125 R.
Direktorat Marketing Departemen Service.
Iodice, P. et al. 2016. Effect of Ethanol–Gasoline Blends on CO and HC Emissions
In Last Generation SI Engines Within The Cold-Start Transient: An
Experimental Investigation. Applied Energy 179: 182 – 190.
Jannah, K. M. 2015. Pertalite Versus Premium.http://economy.okezone.com/read/2015/04/24/19/1139532/pertalite-versus-
premium. 6 Februari 2017 (20:39).
Jayanti, N. E. et al. 2014. Emisi Gas Carbon Monooksida (CO) dan Hidrocarbon (HC) pada Rekayasa Jumlah Blade Turbo Ventilator Sepeda Motor “Supra X 125 Tahun 2006. ROTASI 16(2): 1 – 6.
Kristanto, P. 1999. Sistem Injeksi Hidrogen untuk Mengurangi Emisi Hidrokarbon.
Jurnal Teknik Mesin 1(2): 122 – 126.
. 2015. Motor Bakar Torak (Teori & Aplikasinya). Yogyakarta: ANDI.
Lewerissa, Y. J. 2011. Pengaruh Campuran Bahan Bakar Bensin dan Etanol
Terhadap Prestasi Mesin Bensin. ARIKA 5(2): 137 – 146.
Liu, H. et al. 2014. Methanol-gasoline DFSI (dual-fuel spark ignition) combustion
with dual-injection for engine knock suppression. Energy 73: 686 – 693.
Mulyono, S. et al. 2014. Pengaruh Penggunaan dan Perhitungan Efisiensi Bahan
Bakar Premium dan Pertamax Terhadap Unjuk Kerja Motor Bakar Bensin.
Teknologi Terpadu 2(1): 28 – 35.
Nugroho, A. S. 2015. Pengaruh Campuran Metanol Terhadap Prestasi Mesin.
Prosiding SNATIF ke – 2. Universitas Muria Kudus. Kudus. 441 – 446.
Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Republik Indonesia Nomor 05 Tahun
2012. Baku Mutu Emisi Gas Buang Kendaraan BermotorTipe Baru Kategori L3. 1 Agustus 2006. Jakarta.
Pertamina. 2012. Pertalite. http://www.pertamina.com/our-business/hilir/pemasaran-
dan-niaga/produk-dan-layanan/produk konsumen/spbu/pertalite/. 12 Februari
2017 (13:30).
Pulkrabek, W. W. 1997. Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine. New Jersey: Prentice Hall.
65
Rizal, M. S. 2013. Konversi Energi. Jakarta: Dirjen Pendidikan Menengah
Kemendikbud.
Shenghua, L. et al. 2007. Study of spark ignition engine fueled with
methanol/gasoline fuel blends. Applied Thermal Engineering 27: 1904 –1910.
Siswantoro et al. 2012. Analisa Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor 4 Tak
Berbahan Bakar Campuran Premium dengan Variasi Penambahan Zat Aditif.
Engineering 4(1): 75 – 84.
Stone, R. 1992. Introduction to Internal Combustion Engines. 2nd ed. Hong Kong:
The MACMILLAN Press.
Sugiyono. 2015. Metode Penelitian Kuantitatif Kualitatif dan R&D. Bandung:
Alfabeta.
Supraptono, 2004. Bahan Bakar dan Pelumas. Semarang: Universitas Negeri
Semarang.
Suyanto, W. 1989. Teori Motor Bensin. Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi.
Jakarta: Proyek Pengembangan Lembaga Pendidikan Tenaga Kependidikan.
Toyota. 1995. New Step 1 Training Manual. Jakarta: PT Toyota Astra Motor.
Widjanarko, D. dan Abdurrahman. 2008. Kelistrikan Engine (Sistem Pengapian dan Pengisian). Semarang: Universitas Negeri Semarang.
Winarno, J. 2014. Studi Emisi Gas Buang Kendaraan Bermesin Bensin pada Berbagai Merk Kendaraan dan Tahun Pembuatan. Jurnal Teknik Universitas Janabadra: 1 – 9.
Wiratmaja, I. G. 2010. Pengujian Karakteristik Fisika Biogasoline Sebagai Bahan
Bakar Alternatif Pengganti Bensin Murni. CakraM 4(2): 145 – 154.
Yamin, I. 2013. Analisa Pengaruh Pengaturan Volume Bioethanol Sebagai Campuran Bahan Bakar Melalui Main Jet Secara Independent Terhadap Emisi pada Mesin Otto. http://lib.ui.ac.id/naskahringkas/2015-08/S44647-
Iqbal%20Yamin. 10 Januari 2017 (19:45).