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).