BAB III METODELOGI PENELITIAN

BAB III
METODELOGI PENELITIAN
Pengujian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui fenomena yang terjadi
dalam proses pembakaran mesin otto pada kendaraan bermotor yang di uji melalui
alat Chassis Dynamometer. Pada bagian ini dibahas mengenai performance antara
campuran bensin premium dengan persentase Ethanol, perhitungan parameter unjuk
kerja motor bakar seperti Daya, Torsi, dll. Selanjutnya dilakukan uji karakteristik
fisika-kimia, uji angka oktan, dan uji kinerja bahan bakar pada kendaraan motor
bensin. Secara lengkap tahapan – tahapan pelaksanaan penelitian dapat dipaparkan
melalui sebuah diagram alir dari penelitian.
3.I Bahan Pengujian
Pengujian ini menggunakan ahan bakar bensin Premium yang di peroleh dari
SPBU Pertamina dan Bioethanol (Ethanol Fuel Grade) sesuai Standart Bioethanol
Terdenaturasi untuk Gasohol.
21
3.2 Variasi pengujian
Beberapa variasi yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi :
Tabel 3.1 Variasi bahan bakar
No
Volume Bahan Bakar (%)
Campuran Bahan Bakar
Bensin premium
Ethanol
1
bensin + Ethanol 0 % (E-0)
100
0
2
Bensin + Ethanol 5 %(E-5)
95
5
3
Bensin + Ethanol 10 %(E-10)
90
10
4
Bensin + Ethanol 15 %(E-15)
(sumber : sampel penelitian)
85
15
3.3
Diagram Alir Penelitian
Skematis dari penelitian ini diperlihatkan dalam diagram alir penelitian,
seperti terlihat pada gambar 3.1. Tahapan – tahapan pengujian ini dilakukan sesuai
dengan tujuan yang ingin dicapai yaitu untuk mengetahui pengaruh Ethanol yang
dicampurkan dengan bahan bakar premium dengan perbandingan 0% Ethanol ( E-0)
, 5 % Ethanol (E-5), 10 % Ethanol (E–10), dan 15 % Ethanol (E-15) terhadap unjuk
kerja mesin bensin empat langkah pada Sepeda Motor Honda Megapro 2009
menggunakan alat Chassis Dynamometer .
Pengujian berikutnya adalah untuk mengetahui sifat fisika kimia pengaruh
penambahan Ethanol terhadap bensin Premium yang meliputi pengujian Distilasi,
Tekanan Uap Reid, Korosi Bilah Tembaga, dan Massa Jenis. Pengujian mengacu
pada American Society of Testing Method ( ASTM ). Selanjutnya dilakukan
penelitian pada mesin Cooperative Fuel Research untuk mengetahui Nilai Oktan
pada bensin premium dan penambahan Ethanol pada variasi yang sudah ditentukan.
22
Selanjutnya adalah persiapan kendaraan uji yang digunakan, kendaraan yang
diuji harus dalam kondisi standar. Pada uji Chassis Dynamometer pengambilan data
dilakukan pada kondisi Idle dan dengan kecepatan putaran yang berbeda (40 km/jam,
60 km/jam, dan 80 km/jam) pengujian mesin
ini dilakukan sebanyak 100 cc
konsumsi bahan bakar untuk setiap putaran mesin. Pengujian juga dilakukan untuk
mendapatkan Daya, Torsi, AFR, dan Daya akselerasi.
Emisi gas buang juga dilakukan untuk mengetahui kadar CO, CO2, HC, pada
kendaraan motor bensin pada putaran Idle.
23
Gambar 3.1 . Diagram alir penelitian
24
3.4 Alat-Alat Pengujian
3.4.1 Peralatan Pengujian Fisika Kimia
Peralatan yang digunakan untuk pengujian Fisika Kimia meliputi ; Distilasi,
Tekanan Uap Reid, Korosi Bilah Tembaga, dan Massa Jenis. Alat-alat tersebut
mempunyai fungsi dan kegunaan masing-masing, tergantung dari kebutuhan. Berikut
penjelasan alat ukur yang digunakan :
1. Distilasi
Dist ilas i ber hubungan dengan s ifat penguapan bahan bakar
bens in. Sifat penguapan motor gasoline akan mempengaruhi prestasi kerja dari
mesin, antara lain terhadap kemudahan start, pemanasan pendahuluan, terjadinya
vapour lock dan l osses ya ng ber lebiha n, akseler as i mes in dan t er jadinya
ket idak sempur naan pembakar an yang bisa mengotori dan mencemarkan
minyak pelumas mesin.
- Distilasi pada 10% volume penguapan
Distilasi pada 10% volume penguapan memegang peranan penting dalam
kemudahan menghidupkan mesin pada kondisi dingin (cold starting), oleh sebab itu
spesifikasi bensin membatasi suhu ini maksimum 74oC. Makin rendah temperatur
10% volume penguapan pada uji distilasi, makin mudah motor dinyalakan pada
kondisi dingin dan sebaliknya.
- Distilasi pada 50% volume penguapan
Distilasi
temperatur
50%
volume
penguapan
bahan
bakar
bensin
dimaksudkan untuk kecenderungan pemanasan motor (warm up). Makin rendah
temperatur pada uji distilasi 50 % volume penguapan, maka makin mudah mesin
26
mengubah kecepatannya sehingga makin pendek waktu pemanasan yang diperlukan,
oleh sebab itu spesifikasi bensin membatasi suhu 50% volume penguapan pada uji
distilasi antara 88 - 125oC.
- Distilasi pada 90% volume penguapan
Distilasi pada temperatur yang didapat pada uji distilasi 90% volume
penguapan dari bensin diatur untuk memeratakan distribusi bahan bakar tersebut ke
setiap silinder motor. Makin tinggi temperatur 90% volume penguapan pada uji
distilasi, makin tidak merata distribusi bahan bakar disetiap silinder motor, oleh
sebab itu temperatur 90% volume distribusi dibatasi maksimum 180oC.
- Titik Didih Akhir (end point)
Spesifikasi bensin membatasi temperatur titik didih maksimum 205oC. Pengujian
titik didih akhir bahan bakar bensin dimaksudkan untuk mengetahui adanya
fraksi berat yang tercampur dengan bahan bakar, oleh sebab itu semua bahan
bakar diruang bakar diharapkan dapat terbakar habis. Bila titik didih akhir
melewati batas tersebut,maka fraksi berat bahan bakar ini akan jatuh kedalam
karter, sehingga merusak pelumas.
- Kandungan Residu (Residue)
Kandungan residu dalam bahan bakar bensin dibatasi maksimum 2% volume
agar pada aplikasinya tidak terjadi pengotoran yang berlebihan pada ruang bakar
motor. Distilasi bahan bakar bensin diukur dengan mengunakan alat uji baku yaitu
metode uji ASTM D 86.
27
Gambar 3.2 Alat Uji Distilasi
(sumber : lab fisika-kimia Gedung Aplikasi Lemigas)
2. Tekanan Uap Reid
Tekanan uap reid berhubungan dengan sifat penguapan bahan bakar bensin.
Kristal- kristal es dapat tebentuk pada tekana uap reid lebih dari 69. kPa , kristal es
dapat mengakibatkan tersumbatnya sistem saluran bahan bakar (vapour lock). Makin
rendah tekanan uap Reid dan makin rendah temperatur distilasi pada uji 10% volume
penguapan,makin mudah mesin dinyalakan pada kondisi dingin. Tekanan uap Reid
bahan bakar bensin diukur dengan mengunakan uji baku yaitu metode uji ASTM D
323.
Gambar 3.3 Alat Uji Tekanan Uap Reid
(sumber : lab fisika-kimia Gedung Aplikasi Lemigas)
28
3. Pengujian Massa Jenis
Pengujian ini untuk mengetahui Massa jenis dari bahan bakar bensin dan
minyak bumi lainnya.. Penurunan Massa jenis bensin akan memberikan efek negatif
terhadap daya maksimum mesin, tetapi memberikan efek positif terhadap smoke pada
kondisi dingin (cold engine). Pengujian Berat Jenis mengacu pada ASTM D - 4052
Gambar 3.4 Density Meter
(sumber : lab fisika-kimia Gedung Aplikasi Lemigas)
4. Korosi Bilah Tembaga
Korosi bilah tembaga (corpperstrip corrosion) merupakan sifat anti
karat tembaga pada komponen kendaraan terhadap bahan bakar minyak.
Pengujian korosi bilah tembaga dari bahan bakar minyak
adalah
mengidentifikasi kemampuan terjadinya korosi pada bagian dari sistem
penyaluran bahan bakar yang terbuat dari tembaga, kuningan dan perunggu.
Pengujian ini mengacu pada ASTM – D 130.
Gambar 3.5 Alat Uji Korosi Bilah Tembaga
(sumber : lab fisika-kimia Gedung Aplikasi Lemigas)
29
3.4.2 Peralatan Pengujian Angka Oktan
Angka oktan riset motor gasoline atau bahan bakar bensin menunjukkan
kualitas antiketuk yang dimiliki oleh bahan bakar tersebut. Terjadinya ketukan pada
motor bensin tergantung pada angka oktana dari bahan bakar yang digunakan.
Ketukan dalam mesin timbul karena terjadi pembakaran abnormal. Angka oktana
menunjukan mutu mogas atau bakar bensin yaitu angka oktana yang lebih tinggi
menunjukan mutu yang lebih baik. Angka oktana riset dari motor gasoline diuji
dengan mesin CFR F-1 dengan metode dan peralatan standar ASTM D 2699
disajikan pada gambar 3.7, yaitu dengan memakai bahan bakar pembanding sebagai
standar anti ketukan, bahan bakar tersebut adalah campuran iso-oktana dengan nhephtan.
Bila angka oktana bensin lebih rendah dari kebutuhan angka oktana mesin,
maka akan terjadi knocking yang berakibat turunnya daya, dan menghasilkan
pembakaran tak sempurna yang meningkatkan emisi gas buang. Selain pengujian
pada angka oktan Bensin, terdapat juga pengujian angka Cetane untuk Solar. Salah satu
properties bahan bakar solar yang berpengaruh langsung terhadap kualitas
pembakaran adalah Cetane Number yang merupakan indikasi kesiapan suatu bahan
bakar solar untuk terbakar dengan sendirinya (auto ignition) pada tekanan dan
temperatur yang tinggi di dalam ruang bakar motor diesel. Kualitas pembakaran yang
terjadi di dalam ruang bakar mesin diesel dipengaruhi oleh beberapa faktor
diantaranya adalah kondisi operasi mesin diesel dan properties dari bahan solar itu
sendiri.
30
Gambar 3.6 Mesin CFR F-1 Angka Oktana Riset ASTM D 2699
(sumber : Gedung Aplikasi Lemigas)
3.4.3 Peralatan Pengujian Kinerja Mesin Pada Motor Bensin
Peralatan yang digunakan untuk pengujian kinerja mesin meliputi ; Chassis
Dynamometer, Sepeda Motor Honda Megapro 2009, Alat konsumsi bahan bakar,
Alat Uji Emisi, Blower, Kompressor, dan bahan bakar yang digunakan adalah bensin
premium 88, E-5 %, E-10%, dan E-15%. Alat-alat tersebut mempunyai fungsi dan
kegunaan masing-masing, tergantung dari kebutuhan. Berikut penjelasan alat ukur
yang digunakan :
1. Chassis Dynamometer
Alat ini digunakan untuk mengukur daya dan torsi maksimal dari
suatu kendaraan bermotor yang didapatkan pada putaran tertentu. Alat ini
dilengkapi landasan mounting dengan Roller untuk satu roda atau untuk
31
sepeda motor. Pada saat pengujian dilakukan, sepeda motor diikat dengan
kuat oleh tali pada setiap sisi alat chassis dynamometer. Meski roda berputar
pada roler, namun tanpa pengikat yang kuat dikhawatirkan bila ban terlepas
dari roller speda motor akan terlempar.
Sensor yang didapat dalam pengujian seperti putaran, tekanan oli,
kecepatan mesin, temperature mesin, temperature gas buang, yang
dihubungkan melalui unit control pada software Dynamometer untuk
pengukuran Torsi, Daya, AFR dan kecepatan mesin uji.
Gambar 3.7 Motor uji di Chassis Dynamometer
(sumber : ruang chassis Gedung Aplikasi Lemigas)
32
2. Dynamometer Control Unit
Dynamometer unit control digunakan untuk mengukur parameter
yang diinginkan selama tes mesin dengan sinyal yang datang dari sensor yang
dihubungkan melalui kabel unit control ke kabel busi. Data yang didapat
dalam pengujian kinerja mesin meliputi Daya, Torsi, AFR, dan putaran
mesin. Sebuah layar perangkat lunak dari control dan unit pengukuran
diberikan pada gambar 3.8.
Gambar 3.8 Tampilan software control unit Chassis Dynamomete(
(sumber : alat chassis Gedung Aplikasi Lemigas)
3. Spesifikasi Sepeda motor Honda Megapro 2009
3.1 Dimensi
Panjang Keseluruhan : 1.945 mm
33
Lebar Keseluruhan : 652 mm
Tinggi Keseluruhan : 941
Jarak Antara As Roda : 1.280
Jarak Mesin ke Tanah : 95 mm
Berat Kendaraan : 95 kg
Tinggi Tempat Duduk : 764 mm
3.2 Mesin
Jenis 4-Tak, DOHC, Berpendingan Udara, SACS, 4-Katup
Jumlah Silinder 1 (satu)
Diameter Silinder : 62 mm
Langkah Piston : 48.8 mm
Kapasitas Silinder 147.3 cc
Perbandingan Kompresi 10.2 : 1
Daya Maksimum 16 Ps/9.500 rpm
Torsi Maksimum 1.27 Kg.m . 8.500 rpm
Karburator MIKUNI BS 26 – 187
Saringan Udara Jenis Kertas
Sistem Starter Elektrik dan Kaki
Sistem Pelumasan Perendaman Oli
3.3 Transmisi
Kopling Manual plat majemuk tipe basah
Transmisi 6 Percepatan
Arah Perpindahan Gigi 1 Ke bawah, 5 Ke atas
Rantai Penggerak DID 428 DS, 122 mata
34
3.4 Rangka
Suspensi Depan Teleskopik, pegas spiral, bantalan oli
Suspensi Belakang Lengan ayun, pegas spiral, bantalan oli
Sudut Kemudi 45° (Kanan dan Kiri)
Radius Putar 2m
Rem DepanRem Belakang Cakram/Cakram
Ukuran Ban Depan 70/90-17 38S
Ukuran Ban Belakang 80/90-17 44S
3.5 Sistem listrik
Sistem Pengapian CDI
Busi NGK CR8E/ DENSO U24ESR-N
Accu 12 V (2,5 Ah)/10 HR
Kapasitas :
Tangki Bahan Bakar 4,9 L
Dengan penggantian saringan oli 1.100 ml
Tangki Oli Mesin 1000 ml
4. Alat Uji Konsumsi Bahan Bakar
Alat uji konsumsi bahan bakar di gunakan untuk mengukur takaran
bahan bakar yang digunakan dalam pembakaran pada suatu mesin kendaraaan
bermotor, terdapat tabung 100 mililiter dan 300 mililiter. Namun peneliti
menggunakn tabung 100 mililiter agar memperoleh waktu yang singkat
dalam melakukan pengujian. Gambar alat uji konsumsi bahan bakar disajikan
dalam gambar 3.9
35
Gambar 3.9 Alat Uji Konsumsi Bahan bakar
(sumber : alat chassis Gedung Aplikasi Lemigas)
5. Blower
Blower digunakan untuk menjaga temperatur mesin agar tetap dalam
temperature yang tidak melebihi maksimum. Gambar 3.10
Gambar 3.10 Blower
(sumber : alat chassis Gedung Aplikasi Lemigas)
6. Alat Uji Emisi
Alat uji emisi berfungsi untuk mengetahui kandungan emisi gas buang
hasil pembakaran yang meliputi CO, HC, dan CO2, dengan sensor yang
36
dipasang pada saluran pembuangan gas sisa pembakaran. Alat Uji emisi gas
baung pada gambar 3.11.
Gambar 3.1.1 Alat uji emisi gas buang
(sumber : alat chassis Gedung Aplikasi Lemigas)
3.5 Pengujian Kinerja Mesin
Pengujian dilakukan dengan memperhatikan beberapa hal berikut :
 Pengujian mesin dilakukan pada kecepatan 40 km/jam, 60 km/jam, dan 80
km/jam,
 Pengujian dilakukan dalam 2 hari, hari pertama untuk pengujian pada bahan
bakar E-0% dan E-5%,dan hari kedua untuk pengujian pada bahan bakar
E-10% dan E-15%
 Pengujian Emisi gas buang, sesuai dengan prosedur pengujian emisi
 Perhitungan akhir dan penyusunan hasil pengamatan.
37
3.6
Prosedur Pengujian
Agar pengujian berjalan dengan baik dan lancar, ada beberapa langkah yang
harus dilakukan sebelum pengujian, selama pengujian, dan sesudah pengujian.
Dalam penelitian ini menggunakan 4 bahan bakar dan untuk menjaga kondisi motor
agar tetap dalam keadaan baik, maka pengujian dilakukan dalam 2 hari.
3.6.1 Persiapan Pengujian
Agar dapat dilakukan penelitian dengan lancar dan memperoleh hasil yang
optimal, maka diperlukan persiapan sebelum dilakukan pengujian. Persiapan yang
dilakukan adalah menyiapkan bahan bakar masing-masing 5 liter untuk setiap variasi
yang akan di uji, serta pemeriksaan yang dilakukan pada hal-hal berikut :
3.6.1.1 Persiapan Pengujian Kinerja Mesin
1. Pemeriksaan kondisi Baterai (accu).
2. Pemeriksaan jumlah dan kondisi oli dalam mesin.
3. Pemeriksaan tekanan angin pad ban sepeda motor.
4. Pemeriksaan rantai Sepeda motor.
5. Pemeriksaan bahan bakar uji.
6. Pemeriksan Alat Uji konsumsi bahan bakar.
7. Pemeriksaan kinerja Blower yang digunakan.
8. Pemeriksaan saluran bahan bakar.
9. Pemeriksaan alat pengikat pada setiap sisi sepeda motor agar tidak bergerak,
karena sepeda motor hanya bergerak pada roller yang berputar
38
10. Pemeriksaan semua instrument yang terdapat di control unit pada software
Chassis Dynamometer dan pastikan bahwa dapat berfungsi dengan baik dan
terhubung dengan mesin sepeda motor.
Pengambilan data dilakukan selama 2 hari dengan prosedur sebagai berikut :
 Isi bahan bakar (Bensin Premium 88 dan campuran Etanol) pada tempat
(wadah) dengan volume tertentu
 Mesin dihidupkan dalam keadaan tanpa beban dan ditunggu beberapa saat
sampai cukup panas.
 Sesuaikan putaran mesin yang diinginkan (misalkan idle dan putaran lainnya)
dengan cara mengatur handle gas.
 Setelah tercapai keadaan konstan (steady) pada putaran tertentu (toleransi ±50
rpm), pengamatan serta pengukuran dilakukan serentak yang meliputi :
-
Waktu pemakaian bahan bakar per 100 cc
-
Torsi
-
Daya
-
Daya Akselerasi
-
AFR
-
Analisa Emisi gas buang ( CO, CO2, dan HC )
39