## KAJIAN PARAMETER DAYA DAN EFISIENSI TERMAL MESIN OTTO EFI SATU SILINDER BERBAHAN BAKAR CAMPURAN PREMIUM -METANOL DENGAN SUPERCARJER ELEKTRIK
Yanri H. B 1 , A.Halim Nasution 2 , Tulus B. Sitorus 3 , Dian M. Nasution 4 M. Sabri 5 , Farida Ariani 6 1,2,3,4,5,6 Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara E-mail : yanri_hilarius@ymail.com

## ABSTRAK
Berbagai  macam  peningkatan  efisiensi  untuk  motor  bakar  sudah  dilakukan,  tetapi  belum  semua pengembangan  dilakukan  pada  motor  bakar  berkapasitas  kecil  seperti  pada  sepeda  motor  padahal penggunaan sepeda motor sudah sangat banyak lebih banyak dibandingkan jumlah truk, bis ataupun mobil  pribadi.  Sebuah  supercharger  memampatkan  asupan  udara  pada  tekanan  atmosfer  yang meningkatkan  densitas  saluran  udara  masuk  ke  mesin.  Supercharger  elektrik  biayanya  lebih  murah dibandingkan dengan versi mekanis atau yang diputar oleh mesin ( drive belt ). Pemasangannya  dinilai lebih mudah karena tidak banyak lagi modifikasi.  Pada penelitian ini dilakukan uji performansi pada mesin  otto  satu  silinder  sistem  EFI  kapasitas  125  cc  menggunakan  blower  650  watt  sebagai supercharger listrik. Pada pengujian unjuk kerja dilakukan pada variasai putaran mesin dari 1000 rpm sampai  9000  rpm.  Unjuk  kerja  yang  dihitung  adalah  daya  dan  efisiensi  thermal  brake.  Dari  hasil pengujian  didapat  bahwa  penggunaan  blower  sebagai  supercharger  elektrik  dapat  meningkat,daya sebesar 0,5631 kw, efisiensi thermal 12%,

## Kata kunci : Mesin Otto EFI, blower, Performansi

## ABSTRACT
There  are  many  development  of  engine  efficiency  that  had  been  done,  but  not every  development  is done for little capacity engine for example motorcycle engine althought the used of motorcycle engine is much more than truck, bus or conventional car. A supercharger used air at atmosphere pressure to increase the density of air that enters the combustion chamber. Electric supercharger have less cost tahn  the  mechanical  version  that  rotated  by  drive  belt  from  the  engine  rotation.  The  application  is also  easier  because  do  not  have  to  do  many  modification.  In  this  study  is  performance  test  on  one cylinder  otto  engine  capacity  of  125  cc  EFI  system  uses  a  blower  supercharger  650  watts  of electricity. In performance tests conducted on variacy 1000 rpm the engine to 9000 rpm. Performance is calculated is the power and brake thermal efficiency. From the test and study the result is the use of electric  blower  as  a  supercharger  can  be  increase.  the  average,  power  of  0,563,  brake  therman efficiency of 12.
Keywords: Otto engine, blower,  performance

## 1. PENDAHULUAN
Beberapa  tahun  terakhir  ini  teknologi-teknologi  pada  motor  bakar  terus  mengalami perkembangan.  Pengembangan  terus  dilakukan  demi  peningkatan  efisiensi  dari  pada  motor  bakar untuk  mendapatkan  motor  bakar  dengan  tenaga  sebesar-besarnya  namun  dengan  konsumsi  bahan bakar yang lebih hemat energi. Krisis energi ini menyebabkan manusia beralih pola pikir untuk lebih mengintensifkan penelitian dan penggunaan energi yang tidak terbarukan ke energi yang terbarukan dan  juga  berbagai  macam  peningkatan  efisiensi  untuk  motor  bakar  sudah  dilakukan  baik  dalam  hal pemasukan  bahan  bakar  (PGMFI,  EFI,  GDI  dsb),  penyempurnaan  pembakaran  (Twin  spark  plug, ignition  timing),  timing  katup  (vvti,  vtec  dsb)  ,  piranti  pendukung  performansi  seperti  pemampatan udara  masuk  (Supercharger  dan  turbocharger)  dan  masih  banyak  pengembangan-pengembangan lainnya. Namun belum semua pengembangan dilakukan pada motor bakar terutama pada motor bakar berkapasitas  kecil  seperti  pada  sepeda  motor.    Oleh  karena  itu  pengembangan  untuk  motor  bensin
berkapasitas kecil yang umumnya digunakan pada sepeda motor ini perlu dilakukan guna peningkatan efisiensinya.
Saat  ini  dikenal  sumber  energi  terbarukan  seperti  pemanfaatan  biomassa  sebagai  energi alternatif campuran bahan bakar ataupun biomassa murni merupakan hal yang tepat untuk menghemat penggunaan minyak. Seperti biomassa  metanol diproduksi secara alami oleh metabolisme anaerobik oleh bakteri dan dapat digunakan sebagai BBM alternatif. Di mana metanol dapat digunakan sebagai pengganti  bahan  bakar  fosil.  Ini  berarti  penyediaan  energi  konvensional  yang  mengandalkan  energi fosil,  yang  memerlukan  skala  waktu  jutaan  tahun  dalam  pembentukannya,  kini  telah  dapat diperpendek  menjadi  skala  waktu  harian.  Karena  bahan  dasar  metanol  ini  adalah  CO2,  hal  ini  juga sekaligus merupakan solusi untuk menurunkan polusi CO2 di atmosfer.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Supercharger
Peranti yang satu ini cara kerjanya adalah memasok udara tambahan dengan mengikuti rotasi putaran  mesin,  semisal  putaran  mesin  mencapai  6000  rpm,  begitu  halnya  dengan  Supercharger, Keuntungannya  adalah  Supercharger  ini  bisa  mendongkrak  tenaga  di  putaran  bawah,  otomatis respon mesin terhadap akselerasi meningkat, kelemahannya Supercharger hanya bisa mendongkrak tenaga  di  putaran  bawah  saja.Biasanya  Supercharger  diaplikasikan  pada  mobil-mobil  yang mengusung mesin V8 keatas, memang supercharger bagus, tapi hanya untuk putaran awalnya saja.
Sebuah  supercharger  memampatkan  asupan  udara  untuk  tekanan  atmosfer  di  atas  yang meningkatkan densitas saluran udara masuk ke mesin [1]. Daya dihasilkan ketika campuran udara dan bahan  bakar  dibakar  di  dalam  sebuah  silinder  mesin.  Jika  udara  dipaksa  lebih  banyak  ke  dalam silinder,  maka  bahan  bakar  lebih  dapat  dibakar  dan  kekuasaan  yang  lebih  diproduksi  dengan  stroke masing-masing. Tentu-disedot mesin beroperasi dengan udara terkompresi pada tekanan atmosfer atau 1  bar.  Ketika  katup  intake  silinder  terbuka,  tekanan  atmosfer  mendorong  udara  ke  dalam  silinder ketika piston diturunkan. Ketika katup buang terbuka, piston mendorong gas buang keluar ke dalam sistem knalpot, lagi pada tekanan atmosfer normal. Karena baik asupan dan knalpot ujung sistem ini adalah  pada  tekanan  udara  yang  sama,  tidak  ada  aliran  alami  udara  melalui  sistem.  Pada  mesin tersebut, timing katup, timing camshaft & knalpot ukuran sangat penting untuk mendapatkan output daya maksimum .
Dalam  sistem  supercharger,  ada  laju  aliran  massa  udara  yang  lebih  besar,  yaitu  kerapatan yang lebih tinggi dan kecepatan aliran udara. Tekanan udara meningkat kompresor dalam perjalanan ke  mesin,  daya  lebih  dihasilkan  oleh  pembakaran,  dan  gas  buang  keluar  jauh  lebih  cepat,  membuat timing  dan  knalpot  ukuran  kurang  penting.  Meskipun  beberapa  dari  kekuatan  tambahan  dihasilkan harus  digunakan  untuk  menggerakkan  pompa  konpresor,  hasil  bersih  lebih  total  daya  dari  sistem. supercharger  yang  mencakup  sistem  memotong  katup  yang  memungkinkan  supercharger  untuk ‘siaga’ ‘kekuatan tinggi’ ketika tidak diperlukan, mematikan tekanan dan memungkinkan mesin untuk menjalankan  sebagai  mesin  naturally  aspirated.  Katup  bypass  dapat  dipasang  secara  remote,  atau langsung ke intake port.
Supercharger ini biayanya lebih murah dibandingkan dengan versi mekanis atau yang diputar oleh  mesin (drive  belt). Pemasangannya  pun  dinilai  lebih  gampang  karena  tak  banyak  lagi modifikasi.   Hebatnya  lagi,  supercharger  ini  ditarget untuk mesin  yang  berkapasitas  kecil.  Pasalnya, supercharger ini tidak mempengaruhi langsung kinerja mesin. Bisa bekerja pada seluruh kondisi kerja mesin.Di  lain  hal,  supercharger  konvensional,  untuk  memutarnya,  dibutuhkan  tenaga  langsung  dari mesin.  Tepatnya,  untuk  memutarnya,  turbocharger  mengkonsumsi  sebagian  kecil  tenaga  yang dihasilkan mesin.
Turbocharger yang digerakkan oleh gas buang – energi diperoleh secara gratis – hanya lancar bekerja pada putaran sedang dan tinggi (di atas 2.500 rpm). Pada putaran rendah, dengan tekanan gas buang yang masih lemah, terjadi gejala yang disebut “turbo lag”. Akibatnya, mesin kurang rensposif pada  putaran  rendah.   Dengan  supercharger,  apalagi  digerakkan  oleh  listrik  (mengambil  tenaga  dari bateri  12 volt), sejak awal mesin bekerja udara tambahan sudah bisa dipasok ke dalam mesin. Dengan ini,  tenaga  atau  torsi  bisa  diperoleh  pada  putaran  lebih  rendah.  Hasilnya,  selain  irit  bahan  bakar, membuat mesin enak dan nyaman dikendarai di jalanan yang makin macet.

## 2.2 Campuran Premium-Methanol
Penggunaan  bensin-methanol  dengan  konsentrasi  methanol  akan  dapat  meningkatkan  unjuk kerja secara umum pada kendaraan bermotor dan bahwa penggunaan campuran methanol pada bensin dapat  meningkatkan  sifat  antiknocking  pada  bensin.  Efek  lain  dari  penggunaan  methanol  sebagai campuran pada bensin adalah naiknya angka oktan.
Table 1 RON campuran bensin-metanol [2]
% CH 3 OH Research Octane Blending Octane 0 90.8 136.8 10 95.4 129.5 15 96.6 126.8 20 98 0 + 3cc TEL 98 15 + 3 CC TEL 101.9 124

## 2.3 Daya Mesin
Daya mesin adalah besarnya kerja mesin selama waktu tertentu. Pada motor bakar daya yang berguna adalah daya poros, dikarenakan poros tersebut menggerakan beban. Daya poros dibangkitkan oleh  daya  indikator  ,  yang  merupakan  daya  gas  pembakaran  yang  menggerakan  torak  selanjutnya menggerakan  semua  mekanisme,  sebagian  daya  indikator  dibutuhkan  untuk  mengatasi  gesekan mekanik, seperti pada torak dan dinding silinder dan gesekan antara poros dan bantalan [3]. Prestasi motor bakar pertama-tama tergantung dari daya yang dapat ditimbulkannya. Semakin tinggi frekuensi putar  motor  makin  tinggi  daya  yang  diberikan  hal  ini  disebabkan  oleh  semakin  besarnya  frekuensi semakin  banyak  langkah  kerja  yang  dialami  pada  waktu  yang  sama.  Dengan  demikian  besar  daya poros itu adalah :
𝑃 𝐵 = 2𝜋.(𝑛.𝑇) 60 (1) Dimana : P B = daya ( W ) T = torsi ( Nm ) n = putaran mesin ( Rpm )

## 2.4 Efisiensi Thermal Brake .
Kerja  berguna  yang  dihasilkan  selalu  lebih  kecil  dari  pada  energi  yang  dibangkitkan  piston karena  sejumlah  enegi  hilang  akibat  adanya  rugi-rugi  mekanis  ( mechanical  losses ).  Dengan  alasan ekonomis  perlu  dicari  kerja  maksimium  yang  dapat  dihasilkan  dari  pembakaran  sejumlah  bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga sebagai efisiensi termal brake    ( thermal efficiency, η b ) [4] Jika  daya  keluaran  P B dalam  satuan  KW,  laju  aliran  bahan  bakar  m f dalam  satuan  kg/jam, maka:
η b = 𝑃 𝐵 𝑚 𝑓 .  𝐶𝑉 𝑥 3600 ……………… (2)
dimana : η b :Efisiensi thermal brake CV :Nilai kalor bahan bakar (kj/kg)
3. METODOLOGI

## 3.1 Bahan yang Digunakan
Bahan  yang  menjadi  objek  pengujian  ini  adalah  mesinsepeda  motor  Honda  supra  x  251 PGMFI menggunakan blower sebagai supercharger  dengan bahan bakar premium dan methanol.

## 3.2  Pengamatan dan Tahap Pengujian
Parameter yang akan ditinjau dalam pengujian ini adalah :
1. Daya mesin (P B )
2. Efisiensi thermal brake ( η b )
Prosedur pengujian dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu :
1. Pengujian  mesin  sepeda  motor  menggunakan  supercharger  elektrik  berbahan  bakar  90% premium dan 10% methanol.
2. Pengujian  mesin  sepeda  motor    tidak  menggunakan  supercharger  elektrik  berbahan  bakar 90% premium dan 10% methanol.

## 3.3  Prosedur Pengujian
Prosedur pengujian performansi motor dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Memposisikan sepeda motor pada keadaan statis dan tidak dapat bergerak.
2. Memastikan  angka  pada  timbangan  pada  posis  iangka  0  kg  dan  salasatu  ujung  timbangan diikat pada roda belakang dan ujung timbangan yang lain pada tiang penahan
3. Menghubungkan  HiDS  dengan  motor  melalui  conector  yang  terdapat  pada  bagian  depan sepeda motor.
4. Menyalakan mesin dengan menekan tombol starter..
5. Menekan tuas kopling dan memposisikan transmisi pada posisi gigi 3. Dalam hal ini percobaan dilakukan  dengan  mengunakan  gigi  3  agar  hasil  pengujian  masi  dalam  skala  alat  uji  yang digunakan.
6. Mengatur putaran mesin pada putaran yang telah ditentukan dengan cara melihat putaran mesin pada alat HiDS HD-30.
7. Menghidupkan  supercharger  elekrik  (untuk  penelitian  pengguanan  superchager  elektrik,  jika tidak menggunakan supercharger tidak dihidupkan)
8. Merekam pengujian pada timbangan dengan video camera.
9. Melepas tuas kopling secara perlahan sehinggga timbangan tertarik oleh roda belakang hinggga mesin berhenti pada beban maksimal.
10. Mematikan supercharger elektrik (untukpenelitianpengguanansuperchager electric ,)
11. Mengulang pengujian sebanyak 5 kali pada setiap putaran. Putaran 1000-9000 rpm
12. Memutar kembali hasil rekaman video dan mencatat hasil rekaman.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1 Daya
Besarnya daya yang dihasilkan oleh mesin menggunakan supercharger elektrikdan yang tidak menggunakan  supercharger  elektrik denganbahan  bakar  90%  premium  dan  10%  methanol  pada saat pengujian  diperoleh  dari  pembacaan  alat  uji.  Maka  daya  dapat  diperoleh  dengan  menggunakan persamaan berikut:
𝑃 = 2𝜋𝑛 60000 𝑇 ................................................ (3)
Perhitungan daya akan dibagi menjadi dua yaitu untuk yang tidak menggunakan supercharger dan yang mengggunakan supercharger menggunakan bahan bakar campuran 90% premium dan 10% metanol  .Dengan  variasi  putaran  1000  rpm,  2000  rpm,  3000  rpm,  4000  rpm,  5000  rpm,  6000  rpm, 7000 rpm, 8000 rpm ,9000 rpm. Hasil perhitungan daya dapat dilihat pada tabel di bawan ini.

## Gambar 1 Grafik perbandingan putaran (rpm) Vs daya (KW)

## Dari gambar  1 grafik dijelaskan bahwa
• Daya  terendah  pada  mesin  ketika  tidak  menggunakan  blower  yaitu  pada  putaran  1000 rpm sebesar 0,165 KW
• Daya tertinggi pada mesin ketika menggunakan blower yaitu pada putaran 9000 rpm yaitu sebesar 5,3 KW..
• Semakin tinggi putaran mesin maka daya yang dihasilkan juga semakin besar.
• Penggunaan  blower  jelas  menghasilkan  peningkatan  daya  yang  dihasilkan  oleh  mesin rata-rata sebesar 0,563 KW

## 2.4 Efisiensi Thermal Brake .
Kerja  berguna  yang  dihasilkan  selalu  lebih  kecil  dari  pada  energi  yang  dibangkitkan  piston karena  sejumlah  enegi  hilang  akibat  adanya  rugi-rugi  mekanis  ( mechanical  losses ).  Dengan  alasan ekonomis  perlu  dicari  kerja  maksimium  yang  dapat  dihasilkan  dari  pembakaran  sejumlah  bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga sebagai efisiensi termal brake    ( thermal efficiency, η b ). Jika  daya  keluaran  P B dalam  satuan  KW,  laju  aliran  bahan  bakar  m f dalam  satuan  kg/jam, maka:
η b = 𝑃 𝐵 𝑚 𝑓 .  𝐶𝑉 𝑥 3600 ……………… (2)
dimana : η b :Efisiensi thermal brake CV  :Nilai kalor bahan bakar (kj/kg)
Perhitungan  akan  dibagi  menjadi  dua  yaitu  untuk  yang  tidak  menggunakan  supercharger  dan  yang mengggunakan  supercharger  menggunakan  bahan  bakar  campuran  90%  premium  dan  10% metanol  .Dengan  variasi  putaran  1000  rpm,  2000  rpm,  3000  rpm,  4000  rpm,  5000  rpm,  6000  rpm, 7000 rpm, 8000 rpm ,9000 rpm. Hasil perhitungan efisiensi thermal brake dapat dilihat pada tabel di bawan
ini
0 1 2 3 4 5 6 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 D ay a (K W) Putaran  (RPM)
Tanpa  Blower Elektrik
Dengan Blower Elektrik

## Gambar 2 grafik perbandingan putaran (rpm) Vs ηb (%)
Dari 2 gambar dijelaskan bahwa :
• Efisiensi  thermal  brake  terendah  terjadi  pada  putaran  rendah  yaitu  pengujian  sebelum menggunakan blower elektrik pada putaran mesin 1000 rpm yaitu 3 %
• Efisiensi thermal brake tertinggi terjadipada  pengujian setelah menggunakan blowerpada putaran mesin 9000 rpm yaitu 18%
• Penggunaan blower dapat meningkatakan efisiensi therm- al  brake rata rata sebesar 11%

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN

## 5.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh dari pengujian ini adalah sebagai berikut :
1. Daya mengalami peningkatan di setia putaran setelah penggunaan supercharger elektrik rata- rata  sebesar  0,56  KW.  Peningkatan  daya    yang  paling  besar  setelah  menggunakan supercharger    diperoleh  pada  putaran  9000  rpm,  yaitu  sebesar  1,567  KW  ,  sedangkan peningkatan  daya  yang  paling  kecil  setelah  menggunakan  supercharger  diperoleh  pada putaran 1000 rpm, yaitu sebesar 0,0289 KW.
2. Efisiensi  thermal  mengalami  peningkatan  pada  setiap  putaran  setelah  penggunaan supercharger elektrik rata-rata sebesar 12%. Peningkatan Efisiensi thermal  yang paling besar setelah  menggunakan  supercharger    diperoleh  pada  putaran  8000  rpm,  yaitu  sebesar  18%, sedangkan  peningkatan  efisiensi  yang  paling  kecil  setelah  menggunakan  supercharger diperoleh pada putaran 1000 rpm, yaitu sebesar 3%.
.
5.2 Saran
1. Perlu  dilakukan  pengkajian  lebih  lanjut  dengan  menggunakan  supercharger  dengan  versi mekanis atau yang diputar oleh mesin.
2. Pengujian dilakukan secara langsung pada mesin yang didesain untuk bahan bakar premium. Untuk  kedepan,  lebih  baik  bila  mesin  dilakukan  penyesesuaian  dan  penyeletelan  agar  hasil yang diperoleh dapat lebih maksimal untuk penggunan supercharger.
3. Untuk mendukung kelancaran dan akurasi hasil pengujian sebaiknya dilakukan pemeriksaan dan kalibarasi terhadap instrumentasi dan alat ukur setiap pengujian akan di lakukan

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Pulkrabek,  Willard  W. Engineering  Fundamentals  Of  The  Internal  Combustion  Engine . Prentice Hall, New Jersey
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 η b t an p a scr Putaran (rpm) Tanpa Blower Elektrik Dengan Blower Elektrik
[2] KurdiOjo,  Arijanto.  Aspek  Torsi  dan  Daya  Pada  Mesin  sepeda  Motor  4Langkah  Dengan Menggunakan  Bahanb  akar  Campuran  Premium  Metanol.  Staf  Pengajar    TM  FT-  UNDIP. volume 9 nomor 2 april 2007
[3] Heywod, Jhon B. Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw Hill Book Company, New York, 1988
[4] Arismunandar,  Wiranto. Penggerak  Mula  Motor  Bakar  Torak .  Edisi  kelima.  Penerbit  :  ITB Bandung,1988