## BERKALA FISIKA INDONESIA

## Jurnal Ilmiah Fisika, Pembelajaran dan Aplikasinya
http://journal.uad.ac.id/index.php/BFI/index 2085-0409 (Print) │ 2550-0465 (online)
Studi pengaruh volume ruang bakar pada kinerja sepeda motor empat langkah sebagai aktivitas dalam project-based learning termodinamika di sekolah menengah kejuruan
Budi Utama 1,2 , Yudhiakto Pramudya 2 *, Abu Yazid Raisal 3
1 Sekolah Menengah Kejuruan Putra Bangsa Salaman, Indonesia
2 Magister Pendidikan Fisika, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Ahmad Dahlan, Indonesia
3 Program Doktor Ilmu Pendidikan, Pascasarjana, Universitas Negeri Yogyakarta, Indonesia Email: yudhiakto.pramudya@pfis.uad.ac.id * Penulis korespondensi

## Informasi artikel ABSTRAK
Sejarah artikel: Dikirim Revisi Diterima 25/01/22 31/07/22 31/07/22 Termodinamika  jarang  diajarkan  dengan  kegiatan  praktik.  Penelitian  dilakukan  untuk menginvestigasi  kinerja  mesin  kendaraan  bermotor  berkaitan  dengan  efisiensi penggunaan bahan bakar. Kinerja mesin dapat diajarkan dengan pendekatan Project Based
Learning . Modifikasi volume ruang bakar pada kepala silinder dilakukan untuk mengubah kinerja mesin. Tekanan dan daya yang dimiliki oleh sebuah mesin kendaraan merupakan komponen  utama  pada  kinerja  mesin.  Hasil  analisis  data  pada  modifikasi  ruang  bakar diperoleh  diameter  sebelum  dimodifikasi  50  mm  menjadi  54  mm,  TMA  dari  49,5  mm menjadi 54 mm, TMB dari 5,5 mm menjadi 3,5 mm, rasio kompresi dari 9 : 1 menjadi 15 : 1. Hal  ini menyebabkan  konsumsi  bahan  bakar  dari  86,5 ml  menjadi  89,5 ml  pada putaran 6000 rpm, dari 62,33 ml menjadi 64,166 ml pada 4000 rpm, dari 48,166 ml menjadi 50 ml pada  2000.  Modifikasi  ini  mengakibatkan  kenaikan  pada  energi  panas  yang  masuk  ke sistem yaitu 0,1 kJ, efisiensi termal naik 0,1%, kerja bersih naik 0,4 kJ, dan tekanan efektif rata-rata naik sebesar 0,3 N/cm 2 . This is an open access article under the CC – BY-SA license

## Kata kunci:
Kepala silinder
Project based learning Tekanan Termodinamika Bahan bakar

## ABSTRACT Keywords:
Cylinder head Project based learning Pressure Thermodynamics Fuel Study  of  the  Effect  of  Combustion  Chamber  Volume  on  Four-Step  Motorcycle Performance as an Activity in Thermodynamics Project Based Learning in Vocational High Schools. Thermodynamics is rarely taught with practical activities. The research was conducted  to  investigate  the  performance  of  motorized  vehicle  engines  related  to  fuel efficiency.  Machine  performance  can  be  taught  with  a Project  Based  Learning  approach. Modification of the volume of the combustion chamber on the cylinder head is done to change engine performance. The pressure and power possessed by a vehicle engine are the  main  components  of  engine  performance.  The  results  of  data  analysis  on  the modification  of  the  combustion  chamber  obtained  the  diameter  before  being  modified from  50  mm  to  54  mm,  TMA  from  49.5  mm  to  54  mm,  TMB  from  5.5  mm  to  3.5  mm, compression ratio from 9: 1 to 15: 1. This causes fuel consumption from 86.5 ml to 89.5 ml at 6000 rpm, from 62.33 ml to 64.166 ml at 4000 rpm, from 48.166 ml to 50 ml at 2000. This  modification  increases  energy.  The  heat  entering  the  system  is  0.1  kJ,  the  thermal efficiency  increases  by  0.1%,  the net  work  increases  by  0.4 kJ,  and  the  average  effective pressure increases by 0.3 N/cm 2 .
How to Cite:
Utama,  B.,  Pramudya,  Y.,  &  Raisal,  A.  Y.  (2022).  Studi  pengaruh  volume  ruang  bakar  pada  kinerja sepeda  motor  empat  langkah  sebagai  aktivitas  dalam  project-based  learning  termodinamika  di sekolah  menengah  kejuruan. Berkala  Fisika  Indonesia :  Jurnal  Ilmiah  F isika,  Pembelajaran  Dan Aplikasinya, 13 (2), 83 – 88. https://doi.org/10.12928/bfi-jifpa.v13i2.23173.
p-ISSN 2085-0409
e-ISSN 2550-0465

## Pendahuluan
Fisika  merupakan  salah  satu  mata  pelajaran  dalam  struktur  kurikulum  Sekolah  Menengah Kejuruan  (SMK).  Pembelajaran  fisika  membutuhkan  kerja  nyata  melalui  praktikum  (Fiqry,  2021).
Kegiatan  praktikum  dalam  pembelajaran  fisika  dapat  digunakan  untuk  menunjukkan  peristiwa  atau gejala  fisik  sehingga  siswa  dapat  terlibat  langsung  dalam  pengamatan.  Termodinamika  termasuk materi  fisika  yang  sulit  dipahami  siswa  (Alam,  2019;  Handayani  et  al.,  2018;  Mahardika  et  al.,  2022).
Siswa  Sekolah  Menengah  Kejuruan  (SMK)  masih  memiliki  kemampuan  berpikir  kritis  yang  rendah (Cahyono  &  Mayasari,  2017).  Oleh  karena  itu,  diperlukan  serangkaian  upaya  untuk  meningkatkan kemampuan  berpikir  kritis  dan  pemahaman  konsep  fisika  baik  bagi  siswa  maupun  guru  SMK.  Salah satunya  melalui  pelatihan  bagi  siswa  dan  guru  SMK  (Nurhasanah  et  al.,  2019).  Selain  itu,  konsep termodinamika  dapat  dipahami  melalui  eksperimen  (Ritdamaya,  2018).  Eksperimen  dilakukan  secara nyata  melalui  pengalaman  langsung  sehingga  siswa  dapat  membangun  pengetahuannya.
Pembelajaran  fisika  dengan  eksperimen  dapat  menggunakan  pendekatan  Project  Based  Learning (PjBL) (Marlinda, 2020). PjBL meningkatkan hasil belajar siswa SMK lebih efektif dibandingkan dengan metode  konvensional  (Emputri  et  al.,  2019).  Oleh  karena  itu,  diperlukan  praktik  nyata  dengan mengamati  proses  termodinamika  pada  mesin  bensin  empat  langkah.  Pengamatan  proses termodinamika  dapat  dilakukan  dengan  mengamati  proses  termodinamika  pada  modifikasi  mesin untuk mencapai daya mesin yang maksimal.
Perubahan  proses  termodinamika  pada  komponen  mesin  4  langkah  dapat  diamati  dengan mengubah  ukuran  atau  memperbesar  diameter  lubang-lubang  komponen  mesin  kendaraan.
Modifikasi bisa dilakukan mulai dari sistem pengapian hingga sistem bahan bakar dan lain-lain untuk menambah tenaga pada sepeda motor.  Sistem tersebut menjadi satu kesatuan dengan nama mesin pembakaran dalam. Motor pembakaran dalam adalah mesin kalor yang mengubah energi kimia yang terkandung  dalam  bahan  bakar  menjadi  energi  mekanik,  dan  prosesnya  terjadi  dalam  ruang  bakar tertutup (Ramadhani, 2019). Energi kimia dalam bahan bakar terlebih dahulu diubah menjadi energi panas  melalui  proses  pembakaran.  Energi  panas  yang  dihasilkan  akan  meningkatkan  tekanan  yang menggerakkan mekanisme mesin seperti piston, batang piston, dan poros engkol (Wijayanti & Irwan, 2014).
Proses  termodinamika  pada  mesin  kendaraan  dapat  diamati  dengan  memodifikasi  volume ruang  bakar  di  kepala  silinder.  Kepala  silinder  dipilih  untuk  dimodifikasi  karena  kepala  silinder merupakan  sarana  modifikasi  untuk  meningkatkan  performa  kendaraan.  Kepala  silinder  berperan sebagai  tempat  pembakaran  campuran  bahan  bakar-udara  yang  telah  dikompresi  oleh  piston  di dalam  silinder  (Ryanto  et  al.,  2018).  Tekanan  dan  tenaga  yang  dimiliki  oleh  suatu  mesin  kendaraan mempengaruhi  kinerja  mesin  tersebut.  Kepala  silinder  berfungsi  sebagai  ruang  bakar,  mekanisme katup,  tempat  pemasangan  busi,  dan  pemasangan  pipa  saluran  masuk  dan  buang.  Penambahan
volume  pada  ruang  bakar  yang  lebih  besar  akan  sangat  mempengaruhi  penggunaan  bahan  bakar.
Demikian  juga  perubahan  tekanan  mesin  dan  efisiensi  termal  nantinya  akan  mempengaruhi  kinerja mesin.
Penelitian  ini  memberikan  khasanah  baru  pembelajaran  termodinamika  di  SMK  dengan mengedepankan Project Based Learning . Siswa dituntut untuk lebih kreatif. Siswa dapat mendiskusikan termodinamika dengan siswa lain, yang digunakan sebagai proyek yang diberikan oleh guru. Proses pembelajaran tidak lagi berpusat pada guru dan menjadikan siswa aktif dalam proses pembelajaran.
Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh volume ruang bakar terhadap performa sepeda motor sebagai pengembangan pembelajaran termodinamika berbasis PjBL.

## Metode
Penelitian  ini  menggunakan  metode  eksperimen  dengan  peralatan  yang  digunakan  sebagai berikut: tool box, kepala silinder, stop watch, gelas ukur, dan tachometer . Mesin motor yang digunakan untuk  penelitian  adalah  sepeda  motor  empat  langkah  100  cc.  Pengujian  parameter  kinerja  mesin sepeda  motor  4  tak  adalah:  (1)  Pengujian  berjalan  dengan  kecepatan  konstan  20  km/jam  untuk mengetahui konsumsi bahan bakar sebelum dan sesudah modifikasi, diujikan pada cuaca dan beban yang  sama  untuk  jarak  1  km  dan  data  akselerasi  dari  keadaan  diam,  (2).  Pengujian  stasioner  pada putaran  2000  rpm,  4000  rpm,  dan  6000  rpm  selama  sepuluh  menit,  pengujian  ini  untuk  melihat perbandingan  karakteristik  mesin  antara  sebelum  dan  sesudah  dimodifikasi.  Pengujian  ini  dilakukan selama  5  menit  dengan  membandingkan  konsumsi  bahan  bakar  yang  terpakai  dengan  konsumsi bahan bakar pada keadaan stasioner.

## Results and Discussion
Serangkaian  modifikasi  volume  ruang  bakar  mesin  4  langkah  telah  dilakukan  di  laboratorium bengkel SMK PUTRA BANGSA SALAMAN. Hasil pengujian disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Data mesin sebelum dan sesudah modifikasi
Butir Sebelum modifikasi  Sesudah modifikasi Diameter 50 mm 54 mm TMA 49,5 mm 54 mm TMB 5,5 mm 3,5 mm Rasio kompresi 9 : 1 15 : 1 Putaran 6000 rpm 6000 rpm Konsumsi bahan bakar 86,5 mL 89,5 mL Waktu uji 300 detik 300 detik
Pada Tabel 1,  setelah perubahan volume ruang bakar, maka perbandingan  kompresi semakin besar (Dinyar et al., 2022), mengakibatkan kenaikan konsumsi bahan bakar (Anwar et al., 2022), dari 86,5  mL  menjadi  89,5  mL.  Nilai  perbandingan  konsumsi  bahan  bakar  sebelum  dan  sesudah dimodifikasi pada pengujian stasioner diperoleh data pada Tabel 2.
p-ISSN 2085-0409 e-ISSN 2550-0465

## Tabel 2. Perbandingan konsumsi bahan bakar sebelum dan sesudah modifikasi
Putaran (rpm) Pengujian Sebelum modifikasi Sesudah modifikasi 2000 1 48 ml 51,5 ml 2 47,5 ml 48 ml 3 49 ml 50,5 ml Rata rata 48,116 ml 50 ml 4000 1 62 ml 64 ml 2 63 ml 64,5 ml 3 62 ml 64,166 ml Rata rata 62,33 ml 64,166 ml 6000 1 86,5 ml 89 ml 2 84 ml 89,5 ml 3 87,5 ml 90 ml Rata rata 86 ml 89,5 ml
Dari  Tabel  2  dapat  diketahui  bahwa  konsumsi  bahan  bakar  pada  ruang  bakar  yang  telah termodifikasi lebih besar daripada sebelum termodifikasi. Hal ini disebabkan karena campuran bahan bakar  dan  udara  yang  masuk  pada  ruang  pembakaran  lebih  besar.  Nilai  perbandingan  konsumsi bahan bakar sebelum dan  sesudah dimodifikasi pada pengujian road test selama 5 menit diperoleh data pada Tabel 3.
Tabel 3. Perbandingan konsumsi bahan bakar pada road test Kecepatan Pengujian Sebelum Sesudah 20 km/jam 1 48 ml 51 ml 2 46,5 ml 50 ml 3 46 ml 53,5 ml Rerata 46,833 ml 51,5 ml
Pada  pengujian  selama road  test ,  perbandingan  tingkat  konsumsi  bahan  bakar  lebih  banyak daripada keadaan stasioner. Hal ini  dikarenakan beban pengendara dan  juga  adanya  akselerasi dari keadaan  diam  menjadi  kecepatan  20  m/s.  Pada  Tabel  4,  disajikan  data  hasil  pengukuran  beberapa beberapa data pada putaran mesin 2000, 4000, dan 6000. Untuk data yang diperoleh berupa volume ruang  bakar  maksimum  dan  minimum,  perbandingan  kompresi,  konsumsi  BBM,  laju  aliran  massa bahan  bakar,  panas  yang  masuk  ke  sistem,  BHP,  efisiensi  thermal,  kerja  bersih,  dan  tekanan  efektif pada mesin.
Tabel 4. Data Pengukuran pada variasi putaran
Rpm BFC (L/jam) Laju BBM (kg/s) Qin (kj) Efisiensi Termal W P ef 2000 0,57799 2,72941E-07 3,6355697 0,575531544 2,092385 2,15E-05 0,60000 2,83333E-07 3,7740000 0,656004334 2,47576 2,34E-05 4000 0,74796 3,53203E-07 4,7046684 0,575531544 2,707685 2,79E-05 0,76999 3,63607E-07 4,8432497 0,656004334 3,177193 3E-05 6000 1,03200 4,87333E-07 6,4912800 0,575531544 3,735936 3,85E-05 1,07880 5,09433E-07 6,7856520 0,656004334 4,451417 4,2E-05 Rpm bbm (mL) TMA TMB
v max (cm 3 ) v min (cm 3 ) Kompresi 2000 48,166 49,5 5,5 97143,75 10793,75 9,00 50 54 3,5 105975 6868,75 15,43 4000 62,33 49,5 5,5 97143,75 10793,75 9,00 64,166 54 3,5 105975 6868,75 15,43 6000 86 49,5 5,5 97143,75 10793,75 9,00 89,9 54 3,5 105975 6868,75 15,43
Berdasarkan modifikasi pada kepala silinder dan uji kinerja mesin (Rahman et al., 2017), maka terdapat  perubahan  besaran  fisika  sesuai  dengan  konsep  termodinamika.  Aktivitas  ini  dapat digunakan  sebagai  pembelajaran  fisika  materi  termodinamika  dengan  pendekatan Project  based Learning (PjBL). Siswa dan guru diharapkan dapat mengoptimalkan peralatan yang tersedia di sekolah dan mengembangkannya untuk menyampaikan konsep termodinamika secara kontekstual. Terdapat peluang  modifikasi  pada  bagian  lainnya  misalnya  modifikasi porting dan crankshaft (Majedi  &
Puspitasari, 2017). Siswa dapat membandingkan efek dari serangkaian modifikasi.

## Kesimpulan
Berdasarkan  penelitian  yang  telah  dilakukan  dapat  disimpulkan  bahwa  ketika  volume  ruang bakar  di  perbesar  maka  akan  mempengaruhi  konsumsi  pada  bahan  bakar  yang  semula  86,5  mL menjadi 89,5 mL, rasio kompresi dari 9:1 menjadi 15:1. Sedangkan untuk panas yang masuk ke sistem naik sekitar 0,1 kJ, efisiensi termal naik 0,1%, kerja bersih naik 0,4 kJ, dan tekanan efektif rata-rata naik sebesar 0,3 N/cm 2 . Oleh karena itu, volume ruang bakar sangat berpengaruh terhadap akselerasi pada mesin tersebut.

## Referensi
Alam, Y. (2019). Pengaruh Keterampilan Proses Sains dalam Pembelajaran Fisika pada Matakuliah Termodinamika. BRILIANT: Jurnal Riset Dan Konseptual , 4 (3), 282 – 288. https://doi.org/10.28926/briliant.v3i4.338
Anwar, M. M., Marlina, E., & Robb, N. (2022). Pengaruh piston cekung dengan piston datar terhadap torsi, daya, dan konsumsi bahan bakar supra x 125. Jurnal Teknik
Mesin , 18 (1), 64 – 70.
http://riset.unisma.ac.id/index.php/jts/article/view/14936
Cahyono, P. E., & Mayasari, T. (2017). Profil kemampuan berpikir kritis siswa SMK pada pelajaran fisika. Prosiding Seminar Quantum , 307 – 312. http://seminar.uad.ac.id/index.php/quantum/article/view/277
Dinyar, B. A., Fadelan, F., & Winangun, K. (2022). Pengaruh modifikasi permukaan piston (dome) dengan bahan bakar  ethanol  terhadap  torsi  dan  daya  pada  mesin  4  langkah  astro  108cc. KOMPUTEK , 6 (1),  32. https://doi.org/10.24269/jkt.v6i1.1140
Emputri, Y., Ambiyar, A., Arwizet, A., & Rahim, B. (2019). Penerapan model pembelajaran project based learning untuk meningkatkan aktivitas dan hasil belajar gambar teknik siswa SMK negeri 1 pariaman. Jurnal Vokasi Mekanika (VoMek) , 1 (1), 8 – 14. https://doi.org/10.24036/vomek.v1i1.17
Fiqry, R. (2021). Persepsi Mahasiswa Terhadap Pemanfaatan Aplikasi Sensor Smartphone untuk Praktikum. JIIP - Jurnal Ilmiah Ilmu Pendidikan , 4 (2), 103 – 108. https://doi.org/10.54371/jiip.v4i2.213
Handayani,  N.  D.,  Astutik,  S.,  &  Lesmono,  A.  D.  (2018).  Identifikasi  miskonsepsi  siswa  menggunakan  four-tier diagnostic  test  pada  materi  hukum  termodinamika  di  SMA  Bondowoso. Jurnal  Pembelajaran  Fisika , 7 (2),
189 – 195. https://doi.org/10.19184/jpf.v7i2.7927
Mahardika, I. K., Subiki, Febriyanti, M. P., Anindy, R. S., Rahmawati, E., & Mufida, J. (2022). Efektivitas penggunaan media  pembelajaran  realia  berwawasan  lingkungan  pada  pelajaran  fisika  materi  termodinamika  terhadap hasil  belajar  siswa  kelas  XI  SMA  di  Jember. Karst:  Jurnal  Pendidikan  Fisika  Dan  Terapannya , 5 (1),  13 – 20. https://doi.org/10.46918/karst.v5i1.1310
Majedi, F., & Puspitasari, I. (2017). Optimasi Daya dan Torsi pada Motor 4 Tak dengan Modifikasi Crankshaft dan Porting pada Cylinder Head. JTT (Jurnal Teknologi Terpadu) , 5 (1), 82. https://doi.org/10.32487/jtt.v5i1.216
Marlinda,  N.  L.  P.  M.  (2020).  Metode  eksperimen  berbantuan  media  PhET  dengan  model  pembelajaran  PjBL.
Sintesa Prosiding , 295 – 299.
p-ISSN 2085-0409 e-ISSN 2550-0465
Nurhasanah,  R.,  Prayudi,  P.,  Suhengki,  S.,  Hendri,  H.,  Andika,  A.,  &  Luqman,  L.  (2019).  Pelatihan  Ahli  Refrigerasi Tingkat  1  Bagi  Para  Guru  dan  Siswa  SMK  Negeri  3  Pariaman. TERANG , 2 (1),  1 – 9. https://doi.org/10.33322/terang.v2i1.395
Rahman, M. D., Wigraha, N. A., & Widayana, G. (2017). Pengaruh Ukuran Katup Terhadap Torsi Dan Daya Pada Sepeda  Motor  Honda  Supra  Fit. Jurnal  Pendidikan  Teknik  Mesin  Undiksha , 5 (3),  45 – 54. https://doi.org/10.23887/jjtm.v5i3.20283
Ramadhani, S. (2019). Analisa perhitungan pembakaran pada motor diesel empat langkah. Jurnal Laminar , 1 (1), 1 – 7. http://jurnal.una.ac.id/index.php/laminar/article/view/1039
Ritdamaya,  D.  (2018).  Asesmen  keterampilan  proses  sains  siswa  SMK  pada  kegiatan  eksperimen  secata  virtual dalam setting model pembelajaran learning cycle 5E materi thermodinamika. Engineering Edu: Jurnal Ilmiah Ilmu Pendidikan Dan Ilmu Teknik , 4 (2), 1 – 8. https://www.cv-kireinara.com/wp- content/uploads/2020/05/Volume-4-No.2-April-2018.pdf#page=5
Ryanto, N. A., Wigraha, N. A., & Dantes, K. R. (2018). Pengaruh Pemotongan Permukaan Penutup Ruang Bakar Pada  Kepala  Silinder  Terhadap  Daya  Dan  Torsi  Pada  Motor  Jupiter  Z. Jurnal  Pendidikan  Teknik  Mesin Undiksha , 6 (1), 31. https://doi.org/10.23887/jjtm.v6i1.11510
Wijayanti,  F.,  &  Irwan,  D.  (2014).  Analisis  pengaruh  bentuk  permukaan  piston  terhadap  kinerja  motor  bensin.
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Unisma , 2 (1), 34 – 42.