ANALISA PREDIKSI PERFORMANSI BAHAN BAKAR TIPIKAL CAIR UNTUK KEBUTUHAN MOTOR DIESEL
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI
Oleh : SITI MEKA APRILIA SIREGAR 1205051048
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN 2015
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada ALLAH SWT atas limpahan rahmat–Nya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Adapun laporan Tugas Akhir yang penulis buat berjudul “ANALISA PREDIKSI PERFORMANSI BAHAN BAKAR TIPIKAL CAIR UNTUK KEBUTUHAN MOTOR DIESEL”. Penulisan Tugas Akhir merupakan salah satu syarat dalam menyelesaikan mata kuliah Tugas Akhir pada semester VI Pendidikan diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik. Dalam laporan Tugas Akhir ini akan dibahas mengenai penelitian bahan bakar solar yang dicampur beberapa minyak nabati untuk penggunaan motor diesel dimana diharapkan minyak nabati dapat menggantikan pemakaian bahan bakar fosil dan subtitusi bahan bakar diesel atau dapat mengurangi kebutuhan terhadap bahan bakar fosil Dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini penulis banyak mengalami masalah, dan hambatan. Namun berkat bantuan dari berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, pada kesempatan ini yang paling utama di ucapkan terima kasih adalah orang yang sangat istimewa adalah kedua orang tua penulis yaitu ayahanda Rakhmadsyah Siregar dan Ibunda Tersayang Noerfidnitha Amir yang telah banyak memberikan dukungan baik moril maupun materil, semangat dan telah banyak berkorban untuk penulis. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada :
1.
Bapak M. Syahrudin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan.
2.
Bapak Idham Kamil, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan.
3.
Bapak Ir. Abdul Razak, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan.
v
4.
Bapak Faisal Fahmi Hasan, S.T., M.T. Selaku dosen Pembimbing yang telah meluangkan banyak waktu serta menyumbangkan ilmu dan nasehat kepada penulis sepanjang pengerjaan tugas akhir ini hingga selesai.
5.
Bapak Ir. Suprapto, M.T. selaku dosen wali kelas EN-6B .
6.
Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik Politeknik Negeri Medan yang telah memberikan ilmu, nasihat serta didikan yang sangat bermanfaat kepada penulis.
7.
Teman seperjuangan dalam pembutan Tugas Akhir Adethia Lufti Nst dan Dewi Wulandari.
8.
Teman – teman seperjuangan kelas EN – 6B angkatan 2012, terima kasih untuk semua kenangan di masa perkuliahan kita di kampus. Meskipun berusaha semaksimal mungkin, penulis menyadari bahwa dalam
laporan ini masih terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan laporan Tugas Akhir ini. Akhirnya penulis berharap semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya, baik sebagai bahan masukan ataupun sebagai bahan pembanding.
Medan, Agustus 2015 Hormat Penulis,
Siti Meka Aprilia Siregar NIM : 1205051048
vi
DAFTAR ISI Halaman SPESIFIKASI TUGAS AKHIR .........................................................................ii LEMBAR PERSETUJUAN ...............................................................................iii LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................iv KATA PENGANTAR ........................................................................................v DAFTAR ISI .......................................................................................................vii DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................ix DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................x DAFTAR TABEL ...............................................................................................xi DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN ..........................................................xii INTISARI ..........................................................................................................xiii ABSTRACT................................................................................................... .....xiv
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................1 A. Latar Belakang ........................................................................................1 B. Perumusan Masalah ................................................................................2 C. Batasan Masalah......................................................................................2 D. Tujuan dan Manfaat ................................................................................2 E. Teknik Pengumpulan data .......................................................................3 F. Sistematika Penulisan ..............................................................................4
BAB II LANDASAN TEORI ..........................................................................5 A. Penjelasan Umum Motor Diesel .............................................................5 B. Prinsip Kerja Motor Diesel .....................................................................6 1. Langkah Isap .......................................................................................6 2. Langkah Kompresi ..............................................................................7 3. Langkah Usaha ....................................................................................7 4. Langkah Buang ...................................................................................8 vii
C. Pembagian Motor Diesel berdasarkan Bahan Bakar Diesel ........... yang digunakan ..................................................................................9 1. Motor Diesel Putaran Tinggi ...................................................9 2. Motor Diesel Putaran Sedang ..................................................10 3. Motor Diesel Putaran Rendah .................................................10 D. Pengertian Bahan Bakar...................................................... ...............11 E. Sifat Minyak Bahan Bakar Diesel............................ .........................12 F. Minyak Solar .......................................................................................15 G. Minyak Kelapa ...................................................................................17 H. Minyak Kemiri ...................................................................................18 I. Performansi Mesin Diesel ...................................................................18
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..........................................................21 A. Pengambilan Bahan Bakar..................................................................21 B. Peralatan..............................................................................................21 C. Persiapan Bahan Bakar .......................................................................21 D. Tahapan penelitian ...............................................................................26 E. Pengujian Nilai Kalor...........................................................................26 F. Data Hasil Percobaan ...........................................................................30 G. Pengujian Bahan Bakar di Motor Diesel .............................................31
BAB IV PEMBAHASAN...................................................................................33 A. Nilai Pembakaran..................................................................................33 B. Analisa Data dan Perhitungan...............................................................33 C. Pengaruh Subtitusi Minyak Nabati ke Bahan Bakar Diesel ................37
BAB V SIMPULAN DAN SARAN ..................................................................38 A.Simpulan........ ........................................................................................38 B. Saran .....................................................................................................38
DAFTAR PUSTAKA viii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Bentuk Mesin Diesel ......................................................................6 Gambar 2. Langkah Hisap Mesin Diesel ..........................................................6 Gambar 3. Langkah Kompresi Mesin Diesel ....................................................7 Gambar 4. Langkah Usaha Mesin Diesel..........................................................7 Gambar 5. Langkah Buang Mesin Diesel .........................................................8 Gambar 6. P-V dan T-S diagram ......................................................................8 Gambar 7. Solar dan Minyak Tanah .................................................................16 Gambar 8. Molekul Trigliserida Minyak Kelapa ............................................19 Gambar 9. Proses pemisahan antara skim dan krim .........................................24 Gambar 10. Proses terbentuk Minyak VCO .......................................................24 Gambar 11. Seperangkat Perangkat Bomb Calorimeter IKA C 200 ..................27 Gambar 12. Seperangkat Decomposition Vessel ................................................27 Gambar 13. Alat Bantu Pembakaran........................... .......................................28 Gambar 14. Menimbang massa bahan bakar yang di uji ...................................29 Gambar 15. Mengisi Oksigen ke dalam tabung ..................................................29 Gambar 16. Motor Diesel yang akan di Uji ........................................................31
ix
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1.
Datasheet IKA C 200
Lampiran 2.
Kandungan buah kelapa
Lampiran 3.
Kandungan kimia buah kelapa
Lampiran 4.
Tabel produk-produk umum hasil dari proses penyulingan minyak
Lampiran 5.
Hasil Uji dan Spesifikasi Standar HSD yang digunakan di PT. PLN Pembangkitan Sicanang Belawan
Lampiran 6.
Kandungan Kemiri
x
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Spesifikasi Minyak Solar ...................................................................9 Tabel 2. Spesifikasi Minyak Diesel .................................................................10 Tabel 3. Spesifikasi Minyak Bakar ...................................................................11 Tabel 4. Spesifikasi Solar .................................................................................16 Tabel 5. Hasil pengamatan Nilai kalor campuran HSD dengan Minyak VCO ..........................................................................30 Tabel 6. Hasil pengamatan Nilai kalor campuran HSD dengan Minyak Kelapa ......................................................................30 Tabel 7. Hasil Pengamatan Nilai kalor Campuran HSD dengan Minyak Kemiri .......................................................................30 Tabel 8. Hasil pengamatan nilai kalor HSD .....................................................30 Tabel 9. Pengujian Sampel Di Motor Diesel ....................................................32 Tabel 10. Perbandingan HV aktual & HV teoritis HSD dan Minyak Kelapa .............................................................................35 Tabel 11. Perbandingan HV aktual & HV teoritis HSD danVCO ..............................................................................................35 Tabel 12. Perbandingan HV aktual & HV teoritis HSD dan Minyak Kemiri .............................................................................35 Tabel 13. Perbandingan HV aktual & HV teoritis HSD ....................................36
xi
DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN ASTM = American Standard Testing Method C
= Celcius
[0]
DEX = Diesel Environment Extra F
= Fahreheit
[0]
HSD = High Speed Diesel HV
= Heating Value
K
= Kelvin
[KJ/Kg, Kcal/kg, Btu/lb]
PLTGU = Pembangkit Listrik Tenaga Uap
PPM = Part per million SFC
= Specific Fuel Consumption
[kg/kWh]
T
= Temperatur
[0C, 0K]
VCO = Virgin Coconut Oil
xii
INTISARI Motor diesel adalah motor yang menggunakan solar sebagai bahan bakar. Tugas akhir ini menjelaskan tentang pengaruh bahan bakar diesel dicampur dengan beberapa minyak nabati seperti minyak kelapa, minyak kemiri, VCO untuk Motor Diesel. Campuran bahan bakar di uji terlebih dahulu di Bom Kalorimeter dengan rasio tertentu untuk mendapatkan nilai kalor. Nilai kalor yang tertinggi di masingmasing sampel kemudian di uji untuk melihat kerja Motor Diesel. Dari hasil pengujian didapat Campuran HSD dengan minyak kelapa dengan perbandingan 10 ml : 5 ml di dapat HV = 119,652 J/g, SFC = 0.03459 kg/kWh, dan effisiensi kerja yang diperoleh pada motor diesel sebesar 86.974 %. Sedangkan pengujian pada campuran HSD dengan minyak kemiri dengan perbandingan 10 ml : 2,5 ml di dapat HV= 69,065 J/g, SFC = 0.07196 kg/kWh dan effisiensi kerja yang diperoleh pada motor diesel sebesar 72.44 %. Pengujian pada campuran HSD dan Minyak VCO dengan perbandingan 10 ml : 2.5 ml memiliki HV = 73,908 J/g ,campuran tersebut mengakibatkan mesin diesel tidak bekerja dengan baik.
Kata Kunci : Bom Kalorimeter, Motor Diesel, VCO
xiii
ABSTRACT Diesel motor is a motor that uses Solar as fuel. This final project describes the effect of diesel fuel mixed with some vegetable oils such as coconut oil, Hazelnut oil, VCO for Diesel. The fuel mixture in the first test in Bomb Calorimeter with a certain ratio to obtain heat value. The highest Heat Value in each sample then tested to see diesel motors work . From the test results obtained by the HSD mixture of coconut oil in the ratio 10 ml : 5 ml obtained HV = 119.652 J / g , SFC = 0.03459 kg / kWh , and the working efficiency obtained in diesel motors of 86. 974 % . Test results on the mix of HSD with hazelnut oil in the ratio 10 ml : 2.5 ml in can HV = 69,065 J / g , SFC = 0.07196 kg / kWh and job efficiency obtained in diesel motors amounted to 72.44 % . Finally the mixture HSD testing and Oil VCO with a ratio 10 ml : 2.5 ml have HV = 73,908 J / g , the mixture resulted in a diesel engine does not work well
Keywords : Bomb Calorimeter , Diesel Motor , VCO
xiv
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Kenaikan harga bahan bakar pada akhir-akhir ini memberi dampak pada perekonomian dunia khususnya Indonesia. Kenaikan harga BBM secara langsung berakibat pada naiknya biaya produksi industri, biaya transportasi, dan pembangkitan tenaga listrik. Kegagalan pemerintah dan pihak terkait lainnya dalam mengelola SDA (sumber daya alam) mengharuskan negara kita melakukan impor BBM. Hal tersebut akan makin mendominasi penyediaan energi nasional apabila tidak ada kebijakan pemerintah untuk melaksanakan pengembangan energi alternatif yang dapat diperbaharui sebagai bahan bakar. Tingginya konsumsi bahan bakar dan kadar polusi dari kendaraan bermotor serta aktivitas kegiatan manusia seperti industri, pabrik, pada dasarnya dapat dikendalikan dan dikurangi. Salah satu cara yang paling tepat adalah dengan cara memperbaiki sistem pembakaran yang terjadi di dalam mesin dan perbaikan mutu bahan bakar. Pada mesin diesel sebagai contoh selain memperbaiki sistem pembakaran, kualitas dari bahan bakar dapat ditingkatkan dengan cara mencampur bahan bakar solar dengan minyak kelapa dan minyak kemiri. Beberapa karakteristik kandungan minyak kelapa dan minyak kemiri sebagian lebih tinggi dan sebagian yang lain lebih rendah dari spesifikasi yang terdapat pada minyak solar, sehingga apabila dilakukan penyampuran dengan perbandingan tertentu akan terdapat perbedaan performa/prestasi mesin berupa: daya, torsi dan konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) pada motor diesel. Indonesia merupakan negara penghasil kelapa terbesar di dunia, yaitu mencapai 34,9% dari total produksi dunia. Pada tahun 2010 Indonesia mengekspor kelapa hingga mencapai 697 juta USD, dan menyumbang sekitar 2,48% dari total ekspor produk pertanian Indonesia. Menurut catatan produkproduk yang dapat dihasilkan dari buah kelapa dan banyak diminati karena nilai ekonominya yang tinggi diantaranya adalah Virgin Coconut Oil (VCO), activated carbon (AC), metil ester, fatty alkohol, gliserol, dan lain-lainnya. 1
Kemiri memiliki potensi sebagai sumber energi alternatif karena memiliki kandungan minyak mencapai 52 % (disebut minyak kasar kemiri atau 40 % dari biji/gelondong. Selain itu, tanaman ini juga multiguna karena dapat digunakan sebagai obat, cat, pernis, tinta, pewarna batik, pelapis perahu, minyak lampu, pestisida nabati, pupuk organik, pelapis sepatu dan lain-lain. Pentingnya kesadaran penghematan terhadap penggunaan bahan bakar motor yang menghasilkan pembakaran yang ideal dan rendah emisi berarti turut mengurangi pemborosan energi dan melindungi lingkungan hidup dari pencemaran.
B. Perumusan masalah Adapun tugas akhir yang saya buat ini agar lebih mengerti dan paham : 1. Bagaimana prinsip kerja motor Diesel 4 tak? 2. Bagaimana Pengaruh Nilai kalor dengan penambahan minyak kelapa ke Solar (HSD/High Speed Diesel)?
C. Batasan Masalah Pada penulisan Tugas Akhir ini penulis membatasi masalah yang akan di bahas yaitu : 1. Pengertian Umum Motor Diesel. 2. Prinsip Kerja Motor Diesel 4 tak. 3. Pengaruh Subtitusi Minyak Kelapa dan Minyak Kemiri ke Minyak Solar (HSD) terhadap nilai kalor. 4. Proses pembuatan Minyak Kelapa yang melalui proses pemanasan dan VCO serta minyak kemiri.
D. Tujuan dan Manfaat Adapun tujuan penulisan dari Penulisan Tugas Akhir ini yaitu : 1. Memahami prinsip kerja motor diesel 4 tak. 2. Mengetahui akibat pengaruh subtitusi minyak kelapa dan kemiri ke bahan bakar solar di Motor Diesel terhadap Nilai Kalor.
2
3. Mengetahui berapa penambahan minyak kelapa dan kemiri yang ideal untuk penggunaan motor diesel. 4. Menyadarkan masyarakat untuk mengurangi ketergantungan penggunaan bahan bakar fosil . 5. Untuk mengaplikasikan ilmu yang telah didapat selama mengikuti perkuliahan di Politeknik Negeri medan. 6. Syarat akademis, penulisan tugas akhir ini adalah salah satu syarat untuk menjadi wisudawan Diploma 3 di Politeknik Negeri Medan.
Adapun manfaat penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Mengetahui berapa minyak kelapa dan kemiri yang ideal yang dipakai sebagai pengganti bahan bakar fosil. 2. Menambah kepustakaan Politeknik Negeri Medan. 3. Membantu para pembaca yang ingin menambah pengetahuan dan wawasan.
E. Teknik Pengumpulan Data Adapun Metode pengumpulan data yang dilakukan penulis dalam penyusunan tugas akhir ini: 1. Studi literatur dengan buku-buku yang ada di Perpustakaan Politeknik Negeri Medan. 2. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing yang bersangkutan maupun pihak-pihak yang dapat membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3. Mengunjungi situs-situs yang berkaitan dengan alat di Internet. 4. Melakukan percobaan dengan Bom Kalorimeter.
3
F. Sistematika Penulisan Dalam penulisan tugas akhir ini, materi – materi pembahasan disusun sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Berisi tentang latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat, teknik pengumpulan data, serta sistematika penulisan.
BAB II
DASAR TEORI Menjelaskan tentang penjelasan umum Mesin Diesel, Prinsip Kerja Mesin Diesel 4 tak, karakteristik Minyak mesin diesel, Penjelasan singkat minyak kelapa dan kemiri.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN Proses pembuatan minyak kelapa yang melalui proses pemanasan, Minyak VCO, Minyak Kemiri
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN Membahas Pengujian Bahan Bakar Solar, Minyak kelapa, Minyak Kemiri dan campurannya dengan Bom Kalorimeter dan Spesifikasi Alat.
BAB V
PENUTUP Merupakan bagian penutup yang memuat kesimpulan dan saran.
4
