BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Biodiesel 2.1.1 Sejarah Penggunaan Biodiesel Rudolf Diesel (Gambar 2.1) mendemonstrasikan sebuah mesin diesel yang berjalan dengan bahan bakar minyak kacang tanah (atas permintaan pemerintah Perancis) dibangun oleh French Otto Company pada saat pameran dunia di Paris, Perancis pada tahun 1900. Mesin ini mendapatkan harga tertinggi. Mesin ini dijadikan prototipe Diesel's vision karena menggunakan tenaga minyak kacang tanah. Sebuah bahan bakar yang bukan termasuk biodiesel, karena tidak diproses secara transesterifikasi. Dia percaya bahwa penggunaan bahan bakar dengan biomassa merupakan mesin masa depan. Pada tahun 1912 pidato Diesel mengatakan, "penggunaan minyak nabati untuk bahan bakar mesin terlihat tidak menarik pada saat ini, akan tetapi menjadi hal yang sangat penting setara dengan petroleum dan produk batubara di masa depan."

Gambar 2.1 Rudolf Christian Karl Diesel

Minyak yang didapatkan langsung dari pemerahan atau pengempaan biji sumber minyak (oilseed), yang kemudian disaring dan dikeringkan (untuk mengurangi kadar air), disebut sebagai minyak lemak mentah. Minyak lemak mentah yang diproses lanjut guna menghilangkan kadar fosfor (degumming) dan asam-asam lemak bebas (dengan netralisasi dan steam refining) disebut

Universitas Sumatera Utara

dengan refined fatty oil atau straight vegetable oil (SVO). SVO didominasi oleh trigliserida sehingga memiliki viskositas dinamik yang sangat tinggi dibandingkan dengan solar (bisa mencapai 100 kali lipat, misalkan pada Castor Oil). Oleh karena itu, penggunaan SVO secara langsung di dalam mesin diesel umumnya memerlukan modifikasi/tambahan peralatan khusus pada mesin, misalnya penambahan pemanas bahan bakar sebelum sistem pompa dan injektor bahan bakar untuk menurunkan harga viskositas. Viskositas (atau kekentalan) bahan bakar yang sangat tinggi akan menyulitkan pompa bahan bakar dalam mengalirkan bahan bakar ke ruang bakar. Aliran bahan bakar yang rendah akan menyulitkan terjadinya atomisasi bahan bakar yang baik. Buruknya atomisasi berkorelasi langsung dengan kualitas pembakaran, daya mesin, dan emisi gas buang. Pada tahun 1920an, perusahaan mesin diesel mengutamakan pembuatan mesin dengan petrodiesel sebagai bahan bakar utama dimana memiliki nilai viskositas rendah (berbahan bakar fosil), dibandingkan mesin untuk bahan bakar nabati. Industri petroleum dapat menentukan harga di pasar bahan bakar karena bahan bakar fosil lebih murah dari bahan bakar alternatif. Pada akhirnya, persaingan ini hampir menyebabkan infrastruktur produksi bahan bakar nabati hancur. Namun akhir akhir ini, karena terkait dampak lingkungan serta menurunnya harga bahan bakar nabati, bahan bakar nabati semakin diminati. Disamping itu, ketertarikan pengguna minyak nabati sebagai bahan bakar dalam pembakaran internal mesin dilaporkan oleh beberapa Negara pada tahun 1920an dan 1930an serta pada akhir perang dunia ke-II. Belgia, Perancis, Itali, Inggris, Portugal, Jerman, Brazil, Argentina, Jepang dan Cina telah

melaporkan

pengujian

serta

penggunaan

minyak

nabati

sebagai bahan bahan bakar diesel pada masa ini. Beberapa masalah terjadi karena tingkat viskositas minyak nabati yang tinggi dibandingkan dengan petroleum, yang mana menghasilkan kekurangan dalam atomisasi bahan bakar saat penyemprotan bahan bakar serta sering meninggalkan kerak pada injektor, ruang pembakaran dan katup. Untuk mengatasi masalah ini dilakukan pemanasan minyak nabati, pencampuran dengan petroleum, pirolisis serta pemecahan minyak.


2.1.2.

Penjelasan Biodiesel Biodiesel terdiri dari asam lemak alkil ester dalam rantai lurus panjang

yang diperoleh melalui reaksi transesterifikasi minyak nabati dan lemak hewani dengan alkohol beserta kehadiran katalis yang cocok (Rezaei R., M. Mohadesi G.R. Moradi, 2013). Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar alternatif ramah lingkungan, tidak mempunyai efek terhadap kesehatan dan dapat dipakai sebagai bahan bakar kendaraan bermotor serta dapat lebih menurunkan emisi bila dibandingkan dengan minyak diesel. Biodiesel mempunyai sifat pembakaran yang serupa dengan minyak solar, sehingga dapat dipergunakan langsung pada mesin berbahan bakar minyak solar tanpa mengubah mesin. Reaksinya membutuhkan katalis yang umumnya merupakan basa kuat, sehingga akan memproduksi senyawa kimia baru yang disebut metil ester (Gerpen, J.V,2005). Biodiesel juga merupakan energi terbarukan yang dapat diperbaharui, bersifat biodegradable, ramah lingkungan karena hampir tidak ada membuang gas karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), sulfur dioksida (SO2), hidrokarbon (HC) dan partikel-partikel lain yang mengganggu pernafasan (Bowman, M., D. Hilligoss dan S. Rasmussen, 2006). Karakteristik biodiesel itu berbeda-beda tergantung dari sumbernya apakah nabati atau hewani. Hal ini pun berhubungan dengan struktur kimianya, seperti jumlah karbon dan jumlah ikatan karbon rangkap (Conley, Shawn P, 2012). Biodiesel bisa digunakan dengan mudah karena dapat bercampur dengan segala komposisi dengan minyak solar, mempunyai sifat fisik yang hampir sama dengan solar biasa sehingga dapat diaplikasikan langsung untuk mesin-mesin diesel yang telah ada hampir tanpa modifikasi, dapat terdegradasi dengan mudah (biodegradable), memiliki angka cetana yang lebih baik dari minyak solar biasa, asap buangan biodiesel tidak hitam, tidak mengandung sulfur dan senyawa aromatik sehingga emisi pembakaran yang dihasilkan ramah lingkungan. Angka cetana adalah bilangan yang menunjukkan ukuran baik tidaknya kualitas solar berdasarkan sifat kecepatan bakar dalam ruang bakar mesin. Semakin tinggi bilangan cetana, semakin cepat pembakaran dan semakin baik efisiensi termodinamisnya. Biodiesel memiliki sifat pembakaran yang mirip dengan diesel (solar) dari minyak bumi, dan dapat menggantikannya dalam banyak kasus.


Namun, biodiesel lebih sering digunakan sebagai penambah untuk diesel petroleum, meningkatkan bahan bakar diesel petrol murni ultra rendah belerang yang rendah pelumas( Luque, Rafael dkk, 2011). Penggunaan dan produksi biodiesel meningkat dengan cepat, terutama di Eropa, Amerika Serikat, dan Asia, meskipun dalam pasar masih sebagian kecil saja dari penjualan bahan bakar. Pertumbuhan SPBU membuat semakin banyaknya penyediaan biodiesel kepada konsumen dan juga pertumbuhan kendaraan yang menggunakan biodiesel sebagai bahan bakar. Jumlah kendaraan yang beroperasi semakin meningkat dan juga jumlah perindustrian yang semakin bertambah menjadikan biodiesel manjadi bahan bakar yang sangat dibutuhkan dalam jumlah yang semakin bertambah. Di jaman sekarang ini banyak yang melakukan berbagai riset mengenai perkembangan biodiesel itu sendiri, baik dalam hal penemuan biodiesel baru maupun modifikasi atau penelitian dalam hal penggabungan dari berbagai biodiesel untuk mendapatkan biodiesel yang lebih baik lagi. Biodiesel adalah Bahan Bakar Nabati mesin/motor diesel berupa ester metil asam lemak yang terbuat dari minyak nabati/hewani yang memenuhi standar mutu yang disyaratkan. Di Indonesia Standar dan Mutu (Spesifikasi) Bahan Bakar Nabati (Biofuel) Jenis Biodiesel ditetapkan dan diatur dalam Keputusan Direktur Jenderal energi Baru, Terbarukan dan Konservasi Energi Nomor : 723 K/10/DJE/2013, yang mengacu pada SNI 7182:2012 Biodiesel (Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan, 2013). Tabel 2.1. Standarisasi Karakteristik Biodiesel Parameter

Satuan

Standar Nasional

Biodiesel

Indonesia

Standard in ASTM

Angka Asam

Mg

Maks 0.8

Maks 0.5

KOH/g


Air dan

%vol

Maks 0.05

Maks

Sedimen Korosi

0.05 %wt

Maks 0. 3

Maks 0.

Lempeng

3

Tembaga Residu

%wt

Maks 0.05

Maks

Karbon Abu

0.05 %wt

Maks 0.02

Maks

Tersulfatkan

0.02

Belerang

mg/kg

Maks 100

Maks 50

Fosfor

mg/kg

Maks 10

Maks 1

Gliserol

%wt

Maks 0.02

Maks

Bebas Gliserol

0.02 %wt

Maks 0.24

Maks

Total Kadar Ester

0.24 %wt

Min 96.5

Alkil Uji halphen

Negatif

Sumber : Badan Standarisasi Nasional (2013) Dengan berbagai riset yang dilakukan dapat mencari solusi untuk mengurangi krisis bahan bakar yang terjadi saat ini. Biodiesel juga memiliki kelebihan dibandingkan dengan solar pada umumnya dalam segi pembakaran maupun ketersediaannya. Hal ini yang menjadi acuan untuk memproduksi biodiesel dalam jumlah yang lebih banyak. Dibandingkan dengan solar, biodiesel memiliki kelebihan diantaranya (Hambali, 2007) : 1. Dapat terurai (biodegradable) 2. Tidak memerlukan modifikasi mesin diesel yang telah ada. 3. Tidak memperparah efek rumah kaca karena siklus karbon yang terlibat pendek. 4. Kandungan energi yang hampir sama dengan kandungan energi petroleum diesel.


5. Penggunaan biodiesel dapat memperpanjang usia mesin diesel karena memberikan lubrikasi lebih daripada bahan bakar petroleum. 6. Memiliki flashpoint yang tinggi, yaitu sekitar2000 C, sedangkan bahan bakar petroleum diesel flash pointnya hanya 700 C.

7. Bilangan setana(cetane number) yang lebih tinggi daripada petroleum diesel. 2.1.3. Pembuatan Biodiesel Hampir seluruh minyak nabati dapat diolah menjadi biodiesel. Minyak nabati yang dapat diolah menjadi biodiesel dapat dihasilkan oleh berbagai macam jenis tumbuhan seperti kedelai, kanola, inti sawit, kelapa, jarak pagar, bunga matahari, biji kapuk, jagung dan ratusan tanaman penghasil minyak lainnya. Namun bahan utama pembuatan biodiesel yang sering digunakan adalah minyak jarak pagar karena minyak ini bukan merupakan minyak untuk pangan karena minyak jarak ini memiliki sifat sangat beracun. Jarak pagar (Jatropha curcas) seringkali salah diidentifikasikan dengan tanaman jarak kepyar (Ricinus communis) atau “Castor Bean”. Keduanya tanaman ini dapat diperoleh ekstrak minyak dari bijinya. Hanya saja tanaman jarak Ricinus communis seringkali terkait dengan produksi “ricin” yaitu racun yang berbahaya dan banyak digunakan untuk penelitian terapi penyakit kanker, sedangkan tanaman Jatropha curcas menghasilkan racun “krusin” tetapi lebih banyak terkait dengan informasi “biodiesel” atau “biofuel”. Kedua tanaman ini berbeda baik dalam bentuk morfologi tanaman maupun minyak yang dihasilkannya(Charloq, 2008) Pada Pembuatan biodiesel skala kecil dapat dilakukan dengan bahan minyak goreng 1 liter yang baru atau bekas. Metanol sebanyak 200 ml atau 0.2 liter. Soda api atau NaOH 3,5 gram untuk minyak goreng bersih, jika minyak bekas diperlukan 4,5 gram atau mungkin lebih. Kelebihan ini diperlukan untuk menetralkan asam lemak bebas atau FFA yang banyak pada minyak goreng bekas. Dapat pula mempergunakan KOH namun mempunyai harga lebih mahal dan diperlukan 1,4 kali lebih banyak dari soda. Proses pembuatan; Soda api dilarutkan dalam Metanol dan kemudian dimasukan kedalam minyak dipanaskan sekitar 55 oC, diaduk dengan cepat selama 15-20 menit kemudian dibiarkan


dalam keadaan dingin semalam. Maka akan diperoleh biodiesel pada bagian atas

dengan

warna

jernih kekuningan dan sedikit bagian bawah campuran

antara sabun dari FFA, sisa metanol yang tidak bereaksi dan gliserin sekitar 79 ml. Biodiesel merupakan cairan kekuningan pada bagian atas dipisahkan dengan mudah dengan menuang dan menyingkirkan bagian bawah dari cairan. Untuk skala besar produk bagian bawah dapat dimurnikan untuk memperoleh gliserin yang berharga mahal, juga sabun dan sisa metanol yang tidak bereaksi. Diagram alir pembuatan biodisel di tunjukkan pada Gambar 2.2 dibawah.

Gambar 2.2 Diagram Alir Biodiesel (Fauzi Odi dan Niamul Huda. 2014) Pembuatan biodiesel dapat dilakukan dengan cara berikut ini: 1. Proses reaksi kimia Reaksi kimia dalam pembuatan biodiesel bisa dilakukan dengan 2 cara, yaitu : 1.a. Reaksi Trans-esterifikasi Transesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) adalah tahap konversi daritrigliserida (minyak nabati) menjadi alkyl ester, melalui reaksi dengan alkohol, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol. Di antara alkohol-alkohol monohidrik yang menjadi kandidat sumber/pemasok gugus alkil, methanol adalah yang paling umum digunakan, karena harganya


murah dan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksi disebut metanolisis). Jadi, di sebagian besar dunia ini, biodiesel praktis identik dengan ester metil asam-asam lemak (Fatty Acids Metil Ester, FAME). Reaksi transesterifikasi di tunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Reaksi Trans-esterifikasi(Gerhard Knothe, Jon Van Gerpen, Jurgen Krahl, 2005) Tahapan reaksi transesterifikasi pembuatan biodiesel selalu menginginkan agar didapatkan produk biodiesel dengan jumlah yang maksimum. Beberapa kondisi reaksi yang mempengaruhi konversi serta perolehan biodiesel melalui transesterifikasi adalah sebagai berikut (Freedman, B., dan E. H. Pryde, 1982): a. Pengaruh air dan asam lemak bebas Minyak nabati yang akan ditransesterifikasi harus memiliki angka asam yang lebih kecil dari 1. Banyak peneliti yang menyarankan agar kandungan asam lemak bebas lebih kecil dari 0.5% (<0.5%). Selain itu, semua bahan yang akan digunakan harus bebas dari air. Karena air akan bereaksi dengan katalis, sehingga jumlah katalis menjadi berkurang. Katalis harus terhindar dari kontak dengan udara agar tidak mengalami reaksi dengan uap air dan karbon dioksida. b. Pengaruh perbandingan molar alkohol dengan bahan mentah Secara stoikiometri, jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi adalah 3 mol untuk setiap 1 mol trigliserida untuk memperoleh 3 mol alkil ester dan 1 mol gliserol. Perbandingan alkohol dengan minyak

nabati

4, 8:1

dapat

menghasilkan


konversi

98%. Secara umum ditunjukkan bahwa semakin banyak jumlah

alkohol yang digunakan, maka konversi yang diperoleh juga akan semakin bertambah. Pada rasio molar 6:1, setelah 1 jam konversi yang dihasilkan adalah 98-99%, sedangkan pada 3:1 adalah 74-89%. Nilai perbandingan yang terbaik adalah 6:1 karena dapat memberikan konversi yang maksimum. c. Pengaruh jenis alcohol. Pada rasio 6:1, metanol akan memberikan perolehan ester yang tertinggi dibandingkan dengaan menggunakan etanol atau butanol. d. Pengaruh jenis katalis Alkali katalis (katalis basa) akan mempercepat reaksi transesterifikasi bila dibandingkan dengan katalis asam. Katalis basa yang paling populer untuk reaksi transesterifikasi adalah natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), natrium metoksida (NaOCH3), dan kalium metoksida (KOCH3).Katalis sejati bagi reaksi sebenarnya adalah ion metilat (metoksida) Reaksi transesterifikasi akan menghasilkan konversi yang maksimum dengan jumlah katalis 0,5-1,5%-b minyak nabati. Jumlah katalis yang efektif untuk reaksi adalah 0,5%-b minyak nabati untuk natrium metoksida dan 1%-b minyak nabati untuk natrium hidroksida. e. Metanolisis Crude dan Refined Minyak Nabati Perolehan metil ester akan lebih tinggi jika menggunakan minyak nabati refined. Namun apabila produk metil ester akan digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel, cukup digunakan bahan baku berupa minyak yang telah dihilangkan getahnya dan disaring. f. Pengaruh temperature Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan pada temperatur 30 - 65° C (titik didih metanol sekitar 65° C). Semakin tinggi temperatur, konversi yang diperoleh akan semakin tinggi untuk waktu yang lebih singkat. 1.b. Reaksi Esterifikasi


Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester. Esterifikasi mereaksikan minyak lemak dengan alkohol. Katalis-katalis

yang

cocok adalah zat berkarakter asam kuat, dan karena ini, asam sulfat, asam sulfonat organik atau resin penukar kation asam kuat merupakan katalis-katalis yang biasa terpilih dalam praktek industrial (Soerawidjaja, 2006). Untuk mendorong agar reaksi bisa berlangsung ke konversi yang sempurna pada temperatur rendah (misalnya paling tinggi 120° C), reaktan metanol harus ditambahkan dalam jumlah yang sangat berlebih (biasanya lebih besar dari 10 kali nisbah stoikhiometrik) dan air produk ikutan reaksi harus disingkirkan dari fasa reaksi, yaitu

fasa

minyak.

Melalui

kombinasi-

kombinasi yang tepat dari kondisi-kondisi reaksi dan metode penyingkiran air, konversi sempurna asam-asam lemak ke ester metilnya dapat dituntaskan dalam waktu 1 sampai beberapa jam. Reaksi esterifikasi dari asam lemak menjadi metil ester pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Reaksi Esterifikasi Hal-hal yang Mempengaruhi Reaksi Esterifikasi a. Waktu Reaksi Semakin lama waktu reaksi maka kemungkinan kontak antar zat semakin besar sehingga akan menghasilkan konversi yang besar. Jika kesetimbangan reaksi sudah tercapai maka dengan bertambahnya waktu reaksi tidak akan menguntungkan karena tidak memperbesar hasil. b. Pengadukan Pengadukan akan menambah frekuensi tumbukan antara molekul zat pereaksi dengan zat yang bereaksi sehingga mempercepat reaksi dan reaksi terjadi sempurna.


c. Katalisator Katalisator berfungsi untuk mengurangi tenaga aktivasi pada suatu reaksi sehingga pada suhu tertentu harga konstanta kecepatan reaksi semakin besar. Pada reaksi esterifikasi yang sudah dilakukan biasanya menggunakan konsentrasi katalis antara 1 - 4 % berat sampai 10 % berat campuran pereaksi. Namun, untuk jumlah katalis yang tinggi, konversi tetap stabil dan hanya menambah biaya produksi(Kiakalaieh, A. Talebian, N.A.S Amin, A. Zarei dan H. Jaliliannosrati, 2013). d. Suhu Reaksi Semakin tinggi suhu yang dioperasikan maka semakin banyak konversi yang dihasilkan, hal ini sesuai dengan persamaan Archenius. Bila suhu naik maka harga k makin besar sehingga reaksi berjalan cepat dan hasil konversi makin besar. 2. Proses Lanjutan (Pencucian) Banyak cara “washing” biodiesel, yang paling banyak digunakan adalah “The Bubblewash Methode”, caranya adalah ditambahkan air seperempat sampai setengah volume oil (campur H3PO410% 10 ml per galon) pada suhu tetap. Masukkan pompa akuarium, nyalakan 24 jam. Lakukan lagi sekitar 3 - 4 kali hingga pH air netral. 2.2. Komposisi Bahan Baku Berdasarkan

asal-usul

penyebarannya,

petunjuk-petunjuk

arkeologi

mengarah pada budidaya jagung primitif di bagian selatan Meksiko, Amerika Tengah, sejak tahun 7000 tahun lalu. Sisa-sisa tongkol jagung yang ditemukan di Gua Guila Naquitz, Lembah Oaxaca berusia sekitar 6250 tahun. Tongkol utuh tertua ditemukan di gua-gua dekat Tehuacan, Puebla, Meksiko, berusia sekitar 3450 SM. Bangsa Olmek dan Maya sudah membudidayakan di seantero Amerika Tengah sejak 10000 tahun yang lalu dan mengenal berbagai teknik pengolahan hasil. Teknologi ini dibawa ke Amerika Selatan (Ekuador) sekitar 7000 tahun


yang lalu, dan mencapai daerah pegunungan di selatan Peru pada 4000 tahun yang lalu. Pada saat inilah berkembang jagung yang beradaptasi dengan suhu rendah di kawasan Pegunungan Andes. Sejak 2500 SM, tanaman ini telah dikenal di berbagai penjuru Benua Amerika. Kedatangan orang-orang Eropa sejak akhir abad ke-15 membawa serta jenis-jenis jagung ke Eropa maupun Asia. Pengembaraan jagung ke Asia dipercepat dengan terbukanya jalur barat yang dipelopori oleh armada pimpinan Ferdinand Magellan melintasi Samudera Pasifik. Di tempat-tempat baru ini jagung relatif mudah beradaptasi karena tanaman ini memiliki plastisitas fenotipe yang tinggi. Jagung masuk Nusantara diperkirakan pada abad ke-16 oleh penjajahan Portugis. Di Indonesia, berbagai macam nama dipakai untuk menyebut jagung. Kata “jagung” menurut Denys Lombard merpakan penyingkatan dari jawa agung, yang berarti “jewawut besar”, nama yang digunakan orang Jawa. Beberapa nama daerah adalah jagong (Sunda, Aceh, Batak, Ambon), jago (Bima), jhaghung (Madura), rigi (Nias), eyako (Enggano), wataru (Sumba), latung (Flores), fata (Solor), pena (Timor), gandung (Toraja), kastela (Halmahera), telo (Tidore), binthe atau binde (Gorontalo dan Buol), dan barelle (Bugis). Dikawasan timur Indonesia juga dipakai luas istilah milu, yang jelas berasal dari milho berarti “jagung” dalam bahasa Portugis. Jagung yang bahasa latinnya ialah Zea mays ssp. mays merupakan salah satu tanaman pangan penghasil karbohidrat, selain gandum dan padi. Pada masa kini, jagung juga sudah menjadi komponen penting pakan ternak. Penggunaan lainnya adalah sebagai sumber minyak pangan dan bahan dasar tepung maizena. Berbagai produk turunan hasil jagung menjadi bahan baku berbagai produk industri. Menurut Tjitrosoepomo, 1991 tanaman jagung dalam tata nama atau sistematika (Taksonomi) tumbuh-tumbuhan jagung diklasifikasi sebagai berikut : Kingdom : Plantae Divisi : Spermatophyta Kelas : Angiospermae


Kelas : Monocotyledoneae Ordo : Graminae Famili : Graminaceae Genus : Zea Spesies : Zea mays L. Biji jagung kaya akan karbohidrat. Sebagian besar berada pada endospermium. Kandungan karbohidrat dapat mencapai 80% dari seluruh bahan kering biji. Karbohidrat dalam bentuk pati umumnya berupa campuran amilosa dan amilopektin. Pada jagung ketan, sebagian besar atau seluruh patinya merupakan amilopektin. Perbedaan ini tidak banyak berpengaruh pada kandungan gizi, tetapi lebih berarti dalam pengolahan sebagai bahan pangan. Jagung manis diketahui mengandung amilopektin lebih rendah tetapi mengalami peningkatan fitoglikogen dan sukrosa. Untuk ukuran yang sama, meski jagung mempunyai kandungan karbohidrat yang lebih rendah, namum mempunyai kandungan protein yang lebih banyak. Jagung merupakan tanaman semusim (annual). Satu siklus hidupnya diselesaikan dalam 80-150 hari. Diantara beberapa varietas tanaman jagung memiliki jumlah daun rata-rata 12 - 18 helai. Varietas yang dewasa dengan cepat mempunyai daun yang lebih sedikit dibandingkan varietas yang dewasa dengan lambat yang mempunyai banyak daun. Panjang daun berkisar antara 30 - 150 cm dan lebar daun dapat mencapai 15 cm. beberapa varietas mempunyai kecenderungan unutk tumbuh dengan cepat. Kecenderungan ini tergantung pada kondisi iklim dan jenis tanah (Berger, 1962 ). Batang tanaman jagung padat, ketebalan sekitar 2 – 4 cm tergantung pada varietasnya. Genetik memberikan pengaruh yang tinggi pada tanaman. Tinggi tanaman yang sangat bervariasi ini merupakan karakter yang sangat berpengaruh pada klasifikasi karakter tanaman jagung (Singh, 1987). Biji jagung merupakan jenis serealia dengan ukuran biji terbesar dengan berat rata-rata 250-300 mg. biji jagung memiliki bentuk tipis dan bulat melebar yang merupakan hasil pembentukan dari pertumbuhan biji jagung. Biji jagung diklasifikasikan sebagai kariopsis. Hal ini disebabkan biji jagung memiliki struktur embrio yang sempurna. Serta nutrisi yang dibutuhkan oleh calon individu


baru

untuk

pertumbuhan

dan

perkembangan

menjadi tanaman

jagung

(Johnson,1991).

Gambar 2.5 Jagung

Tanaman jagung ialah tanaman semusim (annual) yang dalam budidaya menyelesaikan satu daur hidupnya dalam 80-150 hari. Istilah "seumur jagung" menggambarkan usia rata-rata jagung yang berkisar tiga sampai empat bulan. Sekitar paruh pertama dari daur hidup merupakan tahap pertumbuhan vegetatif dan paruh kedua untuk tahap reproduktif. Sebagian jagung merupakan tanaman hari pendek yang pembungaannya terjadi jika mendapat penyinaran di bawah panjang penyinaran matahari tertentu, biasanya 12,5 jam. Tinggi tanaman jagung sangat bervariasi. Rata-rata dalam budidaya mencapai 2,0 sampai 2,5 m, meskipun ada kultivar yang dapat mencapai tinggi 12 m pada lingkungan tumbuh tertentu. Tinggi tanaman biasa diukur dari permukaan tanah hingga ruas teratas sebelum rangkaian bunga jantan (malai). Meskipun ada yang dapat menghasilkan anakan (seperti padi), pada umumnya jagung tidak memiliki kemampuan ini. Tangkai batang beruas-ruas dengan tiap ruas kira-kira 20 cm. Dari buku melekatlah pelepah daun yang memeluk tangkai batang. Daun tidak memiliki tangkai. Helai daun biasanya lebar 9 cm dan panjang dapat mencapai 120 cm. Kandungan karbohidrat dapat mencapai 80% dari seluruh bahan kering biji. Karbohidrat dalam bentuk pati umumnya berupa campuran amilosa dan amilopektin. Kandungan gizi Jagung per 100 gram bahan adalah:


Tabel 2.2. Kandungan Gizi Jagung (Dahyaningsih, Endah,dkk. 2010) Kandungan Gizi Kalori Protein Lemak Karbohidrat Kalsium Fosfor Besi Vitamin A Vitamin B1

Nilai 355 9,2 3,9 73,7 10 256 2,4 510 0,38

Satuan Kalori Gr Gr Gr Mg Mg Mg Mg Mg

Sebagai salah satu daerah yang memiliki potensi alam yang baik dalam sektor pertanian, Indonesia menjadi tempat yang cocok untuk pembudidayaan jenis tumbuhan ini. Sebagai suatu kepulauan yang terletak di daerah tropis sekitar khatulistiwa, Indonesia memiliki beragam jenis tahan yang mampu menyuburkan tanaman, sinar matahari yang konsisten sepanjang tahun, konsisi alam yang memenuhi persyaratan tumbuh tanaman, dan curah hujan rata-rata per tahun yang cukup tinggi, semua kondisi itu merupakan faktor-faktor ekologis yang baik untuk membudidayakan tanaman perkebunan. Minyak jagung adalah minyak yang diekstraksi atau diperas dari biji jagung, bersifat setengah kering, berwarna kekuningan dan digunakan untuk membuat sabun, dan pelumas. Minyak ini mulai mengeluarkan asap pada kisaran suhu 204 °C - 213 °C. Karena tahan dalam suhu tinggi tanpa mengeluarkan asap, minyak jagung cocok digunakan untuk memasak banyak jenis makanan dan nilai gizinya sangat tinggi yaitu 250 kilo kalori/ons. Minyak jagung seringkali digunakan sebagai alternatif pengganti minyak sawit karena diduga memiliki kandungan asam lemak jenuh yang lebih rendah minyak jagung juga memiliki rasa yang hampir hambar. Minyak jagung mengandung asam oleat 20%-50%, asam linoleat 35%60%, fosfolipid 2% serta bahan tak tersabunkan 2% (tokoferol,sitosferol dan lilin). Selain itu, zat-zat yang terkandung dalam minyak jagung murni adalah 99% triasilgliserol dengan asam lemak tak jenuh ganda (PUFA) 59%, Asam lemak tak jenuh tunggal 24% dan asam lemak jenuh (SFA) 13%. Minyak jagung juga


mengandung ubiquinon, alfatokoferol tinggi dan gamma-tokoferol yang tinggi sehingga dapat menghindarkan dari "ketengikan" oksidatif. Nutrisi penting lain dalam minyak jagung yang tidak kalah penting adalah vitamin E yang sangat baik untuk meningkatkan sistem kekebalan tubuh dan juga bertindak sebagai antioksidan dengan mencegah kerusakan akibat radikal bebas. Minyak jagung diperoleh dari bagian bakal biji dari butiran-butiran jagung. Di pabrik, biji jagung direndam dalam air panas selama satu atau dua hari. Setelah selesai dari tahap perendaman, dilakukan penggilingan kasar untuk melepaskan bakal buahnya. Bakal tanaman kemudian dipisahkan dengan cara diapungkan lalu dipres untuk menghasilkan minyak jagung. Minyak ini menyediakan asam lemak esensial dan energi. Asam linoleat dalam minyak jagung merupakan asam lemak esensial yang digunakan untuk integritas kulit, membran sel, sistem kekebalan dan untuk sintesis icosanoid. Icosanoid merupakan unsur yang penting untuk unsur-unsur reproduksi, kardiovaskuler, ginjal, pencernaan dan ketahanan terhadap penyakit. Mengkonsumsi minyak jagung efektif untuk menurunkan kadar kolesterol darah. Untuk mendapatkan manfaat yang optimal, perlu dipilih minyak jagung yang berbahan jagung non-transgenik. Produk utama jagung adalah bijiannya. Bijian sebenarnya adalah buah dan biji yang menyatu. Massa bijian terbesar diisi oleh endosperma yang kaya oleh karbohidrat. Dari bijian yang dihasilkan, jagung menjadi sumber pangan pokok manusia ketiga setelah gandum dan beras/padi. Bijian jagung dimanfaatkan sebagai pakan hewan, baik untuk unggas maupun ternak besar. Serapan terbesar di Indonesia sekarang adalah sebagai sumber pakan ternak. Olahan bijian juga diserap dalam industri pangan, farmasi, kosmetika, dan industri kimia.

Gambar 2.6. Biji Jagung


Produk jagung lainnya adalah tongkol jagung. Setelah hasil pemisahan biji jagung, tongkol yang sudah terpisah dari bijinya juga masih dapat digunakan untuk berbagai jenis produksi, baik untuk pakan ternak ataupun pembuatan minyak dari tongkol jagung. Selain itu, jagung tongkol juga dapat dipanen dalam usia sekitar tiga minggu setelah penyerbukan untuk dijadikan sayuran atau direbus serta dibakar. Jagung manis biasanya mengisi pangsa ini. Tongkol jagung yang masih muda dan belum berkembang penuh dipanen sebagai sayuran segar yang dikenal sebagai jagung semi atau babycorn. Tanaman jagung yang masih hijau atau tidak layu masih dapat dijadikan sebagai pakan ternak sapi dan kerbau. Kadungan protein yang tinggi menjadi kelebihan tanaman ini sehingga baik dijadikan untuk pakan ternak.

2.3. Solar Akra Sol Solar Akra Sol ialah salah satu Bahan Bakar Minyak dari perusahaan bernama PT.AKR Corporindo Tbk atau sering juga disebut AKR. PT.AKR Corporindo Tbk menjadi salah satu distributor swasta terbesar untuk bahan kimia dasar, Bahan Bakar Minyak (BBM), logistik dan solusi rantai pasokan di Indonesia. PT.AKR Corporindo Tbk mengalokasikan bahan bakar minyak ke daerah Smatera Utara, Lampung, Jakarta, Kalimantan Selatan dan Kalimantan Timur. Pengalokasian terdiri dari 625000 KL diesel dan 20000 KL bensin premium.

Gambar 2.7. SPBU P.T AKR Corporindo Tbk AKR saat ini mengembangkan jaringan ritel-nya dalam negara dengan lebih membangun SPBKB dan SPBN yang sesuai untuk pengalokasian Bahan


Bakar Minyak (BBM) yang telah disetujui oleh BPH Migas. Perseroan juga melihat ke dalam pengembangan distribusi pelayanan untuk Bahan Bakar Minyak (BBM) nonsubsidi ke berbagai lokasi. Produk BBM retail AKR adalah High Speed Diesel di bawah nama merek MINYAK SOLAR AKRA SOL dan BENSIN PREMIUM AKRA 88 dengan nama merek BENSIN PREMIUM AKRA 88. SPBN outlet nelayan menawarkan MINYAK SOLAR AKRA SOL. Selain itu, AKRA baru-baru ini memperkenalkan produk barunya BENSIN AKRA 92. Berikut karakteristik dari Solar Akra Sol.

Gambar 2.8. Karakteristik Solar Akra Sol

2.4. Mesin Diesel Mesin diesel juga disebut “Motor Penyalaan Kompresi” oleh karena penyalaannya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara yang telah bertekanan dan bertemperatur tinggi sebagai akibat dari proses kompresi di dalam ruang bakar. Agar bahan bakar diesel dapat terbakar dengan sendirinya, maka perbandingan kompresi mesin diesel harus berkisar antara 15 – 22, sedangkan tekanan kompresinya mencapai 20 – 40 bar dengan suhu 500 – 700 0

C.


Aplikasi dari motor diesel banyak pada industri-industri sebagai motor stasioner ataupun untuk kendaraan-kendaraan dan kapal laut dengan ukuran yang besar. Hal ini dikarenakan motor diesel mengkonsumsi bahan bakar ± 25% lebih rendah dari motor bensin, lebih murah dan perawatannya lebih sederhana (Kubota, S., dkk, 2001). Mesin diesel menghasilkan tekanan kerja yang tinggi, itu sebabnya konstruksi motor diesel lebih kokoh dan lebih besar. Disamping itu, mesin diesel menghasilkan bunyi yang lebih keras, warna dan bau gas yang kurang menyenangkan. Namun dipandang dari segi ekonomi, bahan bakar serta polusi udara, motor diesel masih lebih disukai (Mathur, 1980). Siklus diesel (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan dengan pemasukan panas pada volume konstan (Y. A. Çengel and M. A. Boles, Thermodynamics: An Engineering Approach, 5th ed, McGraw-Hill, 2006.). Siklus diesel tersebut ditunjukkan pada gambar 2.9 dan 2.10 berikut ini.

Gambar 2.9. Diagram P-v(Y. A. Cengel and M. A. Boles, 2006) Keterangan Gambar: P = Tekanan (atm) V = Volume Spesifik (m3/kg) T = Temperatur (K) S = Entropi (kJ/kg.K)


Diagram T-S

Gambar 2.10. Diagram T-S(Y. A. Cengel and M. A. Boles, 2006) Keterangan Grafik: 1-2 Kompresi Isentropik 2-3 Pemasukan Kalor pada tekanan Konstan 3-4 Ekspansi Isentropik 4-1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan

2.4.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel Prinsip kerja mesin diesel 4 tak sebenarnya sama dengan prinsip kerja mesin otto, yang membedakan adalah cara memasukkan bahan bakarnya. Pada mesin diesel bahan bakar di semprotkan langsung ke ruang bakar dengan menggunakan injektor(Nakoela Soenarta dan Shoichi Furuhama, 1995). Dibawah ini adalah langkah dalam proses mesin diesel 4 langkah : 1. Langkah Isap Pada langkah ini piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah). Saat piston bergerak ke bawah katup isap terbuka yang menyebabkan tekanan udara di dalam silinder seketika lebih rendah dari tekanan atmosfer ,sehingga udara murni langsung masuk ke ruang silinder melalui filter udara.


2. Langkah kompresi Pada langkah ini piston bergerak dari TMB menuju TMA dan kedua katup tertutup. Karena udara yang berada di dalam silinder didesak terus oleh piston, menyebabkan terjadi kenaikan tekanan dan temperatur, sehingga udara di dalam silinder menjadi sangat panas. Beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA, bahan bakar di semprotkan ke ruang bakar oleh injektor yang berbentuk kabut. 3. Langkah Usaha Pada langkah ini kedua katup masih tertutup, akibat semprotan bahan bakar di ruang bakar akan menyebabkan terjadi ledakan pembakaran yang akan meningkatkan suhu dan tekanan di ruang bakar. Tekanan yang besar tersebut akan mendorong piston ke bawah yang menyebkan terjadi gaya aksial. Gaya aksial ini dirubah dan diteruskan oleh poros engkol menjadi gaya radial (putar). 4. Langkah Buang Pada langkah ini, gaya yang masih terjadi di flywheel akan menaikkan kembali piston dari TMB ke TMA, bersamaan itu juga katup buang terbuka sehingga udara sisa pembakaran akan di dorong keluar dari ruang silinder menuju exhaust manifold dan langsung menuju knalpot Begitu seterusnya sehingga terjadi siklus pergerakan piston yang tidak berhenti. Siklus ini tidak akan berhenti selama faktor yang mendukung siklus tersebut tidak ada yang terputus. Untuk lebih jelas, prinsip kerja mesin diesel dapat dilihat pada gambar 2.11.

Langkah isap

Langkah kompresi Langkah usaha

Langkah Buang

Gambar 2.11. Prinsip Kerja Mesin Diesel (Soenarta, Nakoela dan Furuhama, Shoichi. 1995)


2.4.2 Performansi Mesin Diesel A. Nilai Kalor Bahan Bakar Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Berdasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor bawah. Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Secara teoritis Menurut William H, Crouse(2002), besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong yang ditunjukkan pada persamaan 2.1 di bawah ini: 𝑂𝑂

HHV = 33950 + 144200 (H 2 - 2 ) + 9400 S ………………………………..…..(2.1) 8

Dimana: HHV H2

= Nilai kalor atas (kJ/kg) = Persentase hidrogen dalam bahan bakar

O2

= Persentase oksigen dalam bahan bakar

S

= Persentase sulfur dalam bahan bakar

Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya. Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada


tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan 2.2. berikut : LHV = HHV – 2400 (M + 9 H 2 ) ………………………………………..…….(2.2) Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg) M

= Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

Dalam pengujian bahan bakar dengan Bom Kalori Meter, hasil HHV yang didapatkan masih merupakan nilai bruto kalori bahan bakar maka untuk nilai netto kalori bahan bakar yang kita gunakan nilai LHV (Low Heating value) dari bahan bakar dengan persamaan : LHV = HHV – 2400 ( 0 + 9 x 0,15) sehingga didapat LHV = HHV – 3240 kj/kgoC……………………………………………..….(2.3)

Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).

B. Daya Poros 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. 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. Menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines (2000) dengan

demikian besar daya poros itu ditunjukkan pada persamaan 2.4 :

𝑃𝑃𝐵𝐵 =

2𝜋𝜋.(𝑛𝑛.𝑇𝑇) 60

Dimana :

…………………………….…………………………….....(2.4)

PB

= daya ( W )

T

= torsi ( Nm )

n

= putaran mesin ( Rpm )

C. Torsi Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Selama proses usaha maka tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menimbulkan suatu gaya yang luar biasa kuatnya pada torak. Gaya tersebut dipindahkan kepada pena engkol melalui batang torak, dan mengakibatkan adanya momen putar atau torsi pada poros engkol. Untuk

mengetahui besarnya torsi digunakan alat

dynamometer. Biasanya motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara menghubungkan poros motor pembakaran dengan poros dynamometer dengan menggunakan kopling elastik. Menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines (2000) untuk mencari daya dan torsi ditunjukkan oleh

persamaan 2.5 dan 2.6 di bawah ini.

PB = T=

2𝜋𝜋.( 𝑛𝑛.𝑇𝑇 ) 60

𝑃𝑃𝐵𝐵 .60 2𝜋𝜋.𝑛𝑛

………………………………………………………………....(2.5)

……………………………………………………………..………..(2.6)

D. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi yang penting di dalam suatu motor bakar. Parameter ini biasa dipakai sebagai ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya


kuda yang dihasilkan. Menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines(2000) untuk mencari konsumsi bahan bakar spesifik ditunjukkan

oleh persamaan 2.7 di bawah ini:

SFC =

𝑚𝑚 ̇ 𝑓𝑓 𝑥𝑥 10 3

Dengan :

𝑃𝑃𝐵𝐵

…………………………………..…………………………..(2.7)

SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.h) P B = daya (W) ṁf = konsumsi bahan bakar sgf = spesicific gravity t = waktu (jam) E. Laju Aliran Bahan Bakar (mf) Laju aliran bahan bakar merupakan banyaknya bahan bakar yang habis terpakai selama satu jam pemakaian, menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines(2000) dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini.

ṁf =

𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑥𝑥 8 𝑥𝑥 10 −3

Dengan :

𝑡𝑡

𝑥𝑥 3600 ........................................................................(2.8)

SFC

= konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.h)

PB

= daya (W)

ṁf

= konsumsi bahan bakar

Sgf

= spesicific gravity

t

= waktu (jam)

F. Rasio udara bahan bakar (AFR) Menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines(2000)

Rasio udara bahan bakar (AFR) dari masing-masing jenis pengujian dihitung berdasarkan rumus berikut :


𝑚𝑚𝑚𝑚

𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 =

𝑚𝑚𝑚𝑚

……………………………………………….…………………......(2.9)

dimana: AFR = air fuel ratio ma

= laju aliran massa udara. Besarnya laju aliran udara (ma) diperoleh dengan membandingkan

besarnya tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow manometer terhadap kurva viscous flow meter calibration seperti pada Gambar 2.12 berikut.

Gambar 2.12. Viscous Flow Meter Pada pengujian ini dianggap tekanan udara sebesar 100 kPa dan temperatur udara 27oC. Kurva kalibrasi dikondisikan untuk pengujian pada tekanan 101.3 kPa dan temperatur 20oC. Maka menurut Manual Book of TD 110115 Test Bed Instrument for Small Engines (2000) besarnya laju aliran udara yang

diperoleh harus dikalikan dengan faktor pengali berikut: 𝐶𝐶𝑓𝑓 = 3654𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥

(𝑇𝑇𝑇𝑇 +144 ) 𝑇𝑇𝑎𝑎2.5

……………..………...…………………………….(2.10)


𝐶𝐶𝐶𝐶 = 3654𝑥𝑥1𝑥𝑥 Cf = 0.94

(27 + 273 + 114) (27 + 273)2.5

G. Efisiensi Volumetris Menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines (2000) Efisiensi volumetris untuk motor bakar 4 langkah dihitung dengan persamaan berikut: 𝜂𝜂𝑣𝑣 =

2𝑚𝑚𝑚𝑚

1

60𝑛𝑛 𝜌𝜌 𝑎𝑎 𝑉𝑉𝑠𝑠

……………………………………………………….…….…..(2.11)

dimana: ma = laju aliran udara (kg/jam) ρa = Kerapatan udara (kg/m3) Vs = volume langkah torak (m3) = 0.00023 (berdasarkan spesifikasi mesin) Diasumsikan udara sebagai gas ideal sehingga massa jenis udara dapat diperoleh dengan persamaaan berikut: ρa =

𝑃𝑃𝑃𝑃

𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅

……..…………………………………………………………….......(2.12)

Dimana: R = Konstanta gas (untuk udara = 287 J/kg K) Dengan memasukkan harga tekanan dan temperature udara yaitu sebesar100 kPa dan suhu 27oC, maka diperoleh massa jenis udara sebesar: ρa =

100000

287 𝑥𝑥 (27+273 )

= 1.16 kg/m3


H. Daya Aktual Daya aktual didapat dengan mengalikan daya hasil pembacaan dengan efisiensi termal actual, efisiensi volumetris dan efisiensi mekanikal, sehingga menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines(2000) didapat persamaan 2.13 berikut: Pa

=

Wb

x

ηv

ηa

x

x

η m…….. ….……………………..…..................................(2.13) dimana:

besar efisiensi mekanis (η m) adalah 0.75 – 0.95 untuk mesin diesel dan

yang diambil untuk perhitungan ini adalah 0.85 I. Efisiensi Termal Aktual Menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines (2000) Efisiensi termal aktual adalah perbandingan antara daya aktual dengan laju panas rata-rata yang dihasilkan bahan bakar, yang dapat dihitung dengan persamaan berikut: 𝑃𝑃𝑃𝑃

𝜂𝜂𝜂𝜂 =

𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑥𝑥 𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿

ηa

= efisiensi termal aktual

….……………………………………………………………...(2.14)

dimana:

LHV = nilai kalor pembakaran (kJ/kg) Dengan nilai LHV untuk masing-masing sesuai dengan variasi persentase biodiesel yang didapat melalui percobaan bom kalori meter. J. Heat Loss dan Persentase Heat Loss Heat loss in exhaust atau dapat dikatakan sebagai besar kehilangan energi yang terjadi akibat adanya aliran gas panas buang dari exhaust manifold ke lingkungan. Gas buang ini berupa aliran gas panas.


Menurut Y. A. Çengel and M. A. Boles (2006), besarnya Heat Loss dapat dihitung dengan menggunakan persamaan di bawah ini. Heat Loss = (ma x mf)x (Te – Ta )…………………………………………...(2.15) dimana: Te = suhu gas keluar exhaust manifold Ta = Suhu lingkungan (27oC) Untuk mengetahui persentase heat loss, maka dilakukan perbandingan antara besarnya heat loss dengan energi yang dihasilkan dalam pembakaran bahan bakar dimana ditunjukkan pada persamaan berikut % Heat Loss =

(ma x mf )x (Te – Ta ) 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑥𝑥 𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿

…………………………………….…….…(2.16)

2.5. Supercharger Supercharger adalah suatu mesin mekanisme untuk menyuplai udara dengan kepadatan yang melebihi kepadatan udara atmosfer ke dalam silinder pada langkah hisap. Udara yang lebih padat ini akan tinggal dalam silinder untuk ditekan pada langkah kompressi. Akibat udara yang densitasnya lebih tinggi maka lebih banyak bahan bakar yang dapat terbakar sehingga daya output mesin dapat meningkat. Tekanan udara dalam silinder sewaktu awal kompresi biasanya 6 psi. Mekanisme supercharger berbeda dengan langkah pembilasan dalam mesin 2 langkah, dimana mekanisme supercharger bertujuan untuk meningkatkan kepadatan udara segar dalam silinder dan dapat digunakan untuk mesin 2 langkah dan 4 langkah. Sedangkan penggunaan blower pada langkah pembilasan sematamata menggunakan hembusan udara untuk mengeluarkan gas hasil pembakaran (gas bekas) yang masih berada dalam silinder dan menggantinya dengan udara segar yang tekanannya relatif sama dengan tekanan atmosfer. Akan tetapi dalam semua sistem superchargering terdapat sekaligus pembilasan dan super chargering. Dengan supercharger jumlah udara atau campuran bahan bakar-udara segar biasa dimasukan lebih besar daripada dengan proses pengisapan oleh torak


pada waktu lagkah hisap. Tekanan udara masuk silinder bersekitar antara 1,2-2,2 kg/cm2. Motor 2 tak dengan supercharger akan menaikkan sekaligus tekanan isap dan tekanan buang. Tujuan utama pemakaian supercharger adalah untuk menambah daya akibat perubahan ketinggian tempat operasi (kepadatan udara rendah), ataupun untuk meningkan daya yang dapat diperoleh dari mesin tanpa supercharger, mengurangi biaya bahan bakar, dan mengurangi berat atau ruang konstruksi pada suatu daya tertentu. Peningkatan daya output yang dapat diperoleh dari suatu mesin yang dilengkapi dengan supercharger tergantung oleh beberapa faktor, tetapi yang terpenting adalah tekanan superchargering. Peningkatan daya output yang diperoleh dapat mencapai 40-100, tetapi dengan disain khusus peningkatan yang lebih besardapai dicapai. Mesin yang dilengkapi dengan supercharger seperti yang dikatakan sebelumnya juga menghemat bahan bakar karena daya yang diperolah dengan mengunakan supercharger meningkat dengan cepat dibandingkan dengan losses-losses akibat gesekan yang relatif tetap dan juga disebabkan oleh kecepatan udara yang tinggi me nyebabkan aliran turbulen dalam ruangan bakar sehingga proses pencampuran udara + bahan bakar dapat lenih cepat dan lebih baik mutunya. Dilihat dari konstruksinya dan harganya, motor diesel di bawah 100 PS tidak ekonomis menggunakan supercharger. Tetapi apabila mesin harus bekerja pada ketinggian lebih dari 1500 meter diatas laut, supercharger mempunyai arti penting dalam usaha mengatasi kerugian daya yang disebabkan berkurangnya kepadatan udara atmosfer di tempat tersebut. Mesin dengan daya diantara 100 PS dan 200 PS yang banyak dipakai pada kendaraan laut tidak memperlihatkan pembatasan yang tegas, banyak juga yang menggunakan supercharger. Dalam hal tersebut kapal laut kebanyakan memakai motor diesel tanpa supercharger. Diatas 250 PS, motor diesel untuk kendaraan darat dan kapal laut biasanya menggunakan supercharger. Unit stasioner di bawah 1000 PS, karena ukuran dan berat tidak merupakan faktor yang terlalu menentukan pada umumnya jarang menggunakan supercharger. Pada motor diesel supercharger dapat mempersingkat priode persiapan pembakaran sehingga karakteristik pembakaran menjadi lebih baik. Disamping


itu terbuka kemungkinan untuk menggunakan bahan bakar dengan menggunakan bahan bakar dengan bilangan setana yang lebih rendah. Akan tetapi jangan hendaknya melupakan tekanan dan temperatur gas pembakaranya karena hal tersebut akan menyangkut persoalan pendinginan, konstruksi, kekuatan material serta umur. Untuk mencegah terjadinya tekanan maksimum yang terlalu tinggi ada kecenderungan untuk mengurangi perbandingan kompresi yang sekaligus memperingan start mesin. Karena supercharger dapat memasukkan udara lebih banyak, dapat diharapkan menjadi lebih baik. Saat ini banyak motor diesel yang semulanya dirancang untuk bekerja tanpa supercharger dilengkapi dengan supercharger untuk mencapai tujuan tersebut. Pemakaian bahan bakar spesifik dari motor bensin yang memakai supercharger biasanya menjadi lebih besar. Hal ini disebabkan karena perbandingan kompresinya harus diperkecil untuk mencegah denotasi juga karena banyak bahan bakar yang keluar dari dalam silinder sebelum digunakan. Pemakaian supercharger pada motor bensin haruslah mencakup unsur antara efisiensi dan kebutuhan misalnya pada mesin pesawat terbang dan mobil balap. Pada mesin pesawat terbang, supercharger digunakan untuk memperoleh daya sebesar –besarnya

pada waktu tinggal landas dan untuk memampas

berkurangnya kepadatan udara pada ketinggian yang lebih tinggi. Boleh dikatakan, kecuali pada motor bensin yang kecil, semua pesawat terbang selalu menggunakan supercharger. Persoalan denotasi dapat diatasi dengan menggunakan bensin dengan bilangan oktana yang lebih tinggi (aviation-type fuels) dan dalam banyak hal dengan menyemprotkan air alkohol ke dalam arus udara pada waktu tinggal landas. Demikian juga motor bensin untuk mobil balap, yang lebih mementingkan daya daripada efisiensi, banyak memakai supercharger. Apabila motor dirancang untuk mencapai efisiensi maksimum pada daerah pembebanan tinggi, maka pembebanan rendah daya dan efisiensinya turun karena pembakaran kurang sempurna.


Gambar 2.13. Supercharger

2.5.1 Jenis- jenis Supercharger Berdasarkan

kompressor

yang

digunakan

untuk

menggerakkan

supercharger maka supercharger dapat dibagi atas : a) Supercharger, yang menggunakan positive displacement rotary compressor, dapat dibagi atas: 1. Impeler dengan 2 lobes 2. Impeler dengan 3 lobes b) Supercharger yang menggunakan centrifugal compressor. Sedangkan

berdasarkan

cara

penggerakkan

kompressor

maka

supercharger dapat dibagi atas : 1. Kompressor yang digerakkan dari crankshaft mesin itu sendiri 2. Kompressor yang digerakkan dari sumber daya luar 3. Kompressor yang digerakkan turbin dengan pemanfatan gas buang (Turbocharger) yang dapat dibagi atas : a. Turbocharger 2 tingkat (Two Stage Turbochargering) b. Turbocharger majemuk (compound Turbochargering) Jenis-jenis kompressor 1. Positive Displacement Rotary Compressor


Positve

displacement

rotary

compressor

yang

digunakan

dalam

supercharger biasanya berasal dari tipe “ROOT” yang terdiri atas dun rotor (impeler) yang bergerak secara berlawanan. Impeler dipasang pada kedua poros yang paralel dan memiliki dua atau tiga kuping (lobes) yang saling berpasangan seperti roda gigi ketika impeler ini berputar. Udara yang masuk pada awalnya akan terjebak pada ruang antara rumah dan lembah pada lobes yang saling berdekatan, yang kemudian dibawa ke saluran keluar dan udara dipaksa memasuki ruang silinder. Untuk impeler dengan 2 kuping (lobes) memiliki sifat-sifat sebagai berikut: 1. Menghasilkan kapasitas udara yang paling maksimum 2. Mengkonsumsi energi yang paling sedikit 3. Pemasukan udara yang tidak kontiniu 4. Sangat berisik terutama jika bentuk lobenya lurus Sedangkan untuk imepeler dengan 3 lobes yang berbentuk spiral, merupakan tipe root kompressor yang lebih baik dibandingkan dengan 2 lobes karena tidak besrisik dan terutama karena aliran udara lebih merata (kontiniu) 2. Centrifugal kompressor Sentrifugal kompressor merupakan tipe kompressor yang menggunakan rada kecepatan tinggi yang dilengkapi sudu-sudu dan ditiup dengan casing berbentuk valve. Udara memasuki casing melalui saluran masuk, kemudian melalui sudu-sudu roda tersebut seolah-olah dilemparkan dengan gaya sentrifugal kesaluran kompressor. Udara yang dilempar dengan kecepatan tinggi ini masuk saluran buang diubah energi kinetiknya menjadi energi tekanan melalui diffuser. Biasanya putaran 4000-5000 rpm. Keunggulan positve displacement rotary compressor dibandingkan dengan centrifugal compressor jika penggeraknya berasal dari mesin itu sendiri adalah terletak pada kapasitas udara yang dipindahkan ke ruang silinder.


Positive displacement rotary compressor secara praktis akan melapaskan udara dalam jumlah yang sama setiap putaran mesin tanpa memperhatikan kecepatan ataupun tekanan kerja dalam silinder. Tetapi untuk kompressor sentrifugal jumlah udara yang dimasukkan ke dalam silinder tiap putaran mesin akan selslu berubah-ubah karena tergantung pada kuadrat kecepatan roda putarnhya sehingga kapasitas pemasukkan udaranya akan jauh lebih sedikit dibandingkan dengan positive displacement rotary compressor terutaman pada putaran rendah. Supercharger mirip dengan turbocharger, tetapi turbocharger ditenagai oleh arus gas keluaran mesin (exhaust) yang mendorong turbin. Supercharger dapat menyerap sebanyak sepertiga tenaga crankshaft mesin dan dalam banyak aplikasi kurang efisien daripada turbocharger. Menurut Society of Automotive Engineers (SAE), turbocharger berfungsi menambah tekanan dan keperekatan dari cairan – dalam hal ini campuran udara dan bensin – yang masuk ke ruang bakar mesin bensin. Untuk itu digunakan kompresor yang digerakan turbin melalui pemanfaatan tenaga dan tekanan gas sisa pembakaran. Bila mengacu pada kamus bahasa otomotif, supercharger adalah sebuah kompresor yang bekerja secara mekanis, digerakan puli crankshaft dengan bantuan tali pengerak (belt driven).


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents