BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pendahuluan Pada saat ini motor diesel sudah dipakai dimana-mana terutama sektor industri sebagai penggerak mula dan disektor transportasi darat dan laut. Hal ini dikarenakan dibandingkan motor bensin, motor diesel mempunyai efisiensi thermal lebih tinggi, selain itu bahan bakar motor diesel lebih murah dan daya yang dihasilkan lebih bervariasi. 2.2 Teori Motor Diesel Siklus dari motor diesel yang digunakan dalam penelitian adalah siklus motor diesel 4 (empat) langkah, dengan penjelasan sebagai berikut :
Gambar 2.1 Siklus kerja motor diesel 4 langkah
5
6 Adapun penjelasan untuk tiap tahap siklusnya adalah sebagai berikut : • Langkah Pemasukan (Intake Stroke) Piston bergerak dati Titik Mati Atas (TMA) menuju Titik Mati Bawah (TMB) dengan posisi intake valve terbuka dan exhaust valve tertutup. Gerakan piston menyebabkan tekanan di dalam piston menjadi rendah sehingga udara akan masuk ke dalam silinder. • Langkah Kompresi (Compression Stroke) Piston bergerak dari TMB menuju TMA dengan posisi intake dan exhaust valve tertutup. Udara di ruang bakar dikompresi, sehingga terjadi kenaikan temperatur dan tekanan. Pada saat piston mencapai TMA, bahan bakar akan diinjeksikan ke dalam ruang bakar sehingga terbentuk campuran bahan bakar dan udara. • Langkah Kerja (Expansion or Power Stroke) Piston bergerak dari TMA menuju TMB dengan posisi intake dan exhaust vavle tertutup. Piston dapat bergerak akibat dari tekanan yang meningkat yang dihasilkan dari energi bahan bakar yang terbakar di ruang bakar. • Langkah Pembuangan (Exhaust Stroke) Piston bergerak dari TMB menuju TMA dengan posisi exhaust valve terbuka dan intake valve tertutup. Pada tahap ini gas hasil pembakaran akan terdorong keluar oleh piston melalui exhaust valve. 2.2.1 Tahap-tahap proses pembakaran Pembakaran pada motor diesel terjadi karena adanya bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam silinder yang berisi udara dengan temperatur tinggi akibat langkah kompresi dan membentuk kabut bahan bakar. Akibat kontak udara dengan bahan bakar maka temperatur bahan bakar meningkat sehingga mulai terjadi penyalaan bahan bakar di bagian yang telah
7 mencapai temperatur penyalaannya dan segera menyebabkan kenaikan temperatur dan tekanan yang cepat dalam silinder. Menurut penelitian, proses pembakaran pada motor diesel dibagi atas 4 tahapan :
Gambar 2.2 Tahap pembakaran mesin diesel 4 . 1. Tahapan Pertama Ignition delay period adalah waktu dimana bahan bakar siap terbakar namun belum dinyalakan. Periode ini dimulai dari titik A ketika bahan bakar mulai diinjeksikan ke dalam silinder dan berakhir sampai titik B dan selama periode tersebut belum terjadi pembakaran. 2. Tahapan Kedua Rapid or uncontrolled combustion adalah periode awal dari pembakaran hingga flame mulai berkembang yaitu dari titik B hingga titik C. Selama periode ini, bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang bakar berupa droplet-droplet yang diselubungi oleh udara bertemparatur tinggi, akibatnya droplet-droplet tersebut mulai terbakar dengan cepat secara tidak beraturan. Pembakaran tadi menyebabkan kenaikan tekanan yang cukup besar. 4
Mathur, M. L., Sharma, R. P., “A Course In Internal Combustion Engines”, Dhanpat Rai & Sons, 3rd Edition, Delhi, 1980
8 3. Tahapan Ketiga Controlled combustion adalah periode flame berkembang hingga akhir langkah penginjeksian bahan bakar. Setelah titik C, bahan bakar masih tetap diinjeksikan. Dropletdroplet yang sudah mulai terbakar pada tingkat kedua merambatkan pembakaran pada droplet lain, sehingga flame bergerak secara bersama menuju droplet-droplet yang baru diinjeksikan oleh injektor. 4. Tahapan keempat After burning merupakan proses pembakaran lanjut. Secara teori, setelah tingkat ketiga atau sudah berakhirnya bahan bakar diinjeksikan, pembakaran sudah berakhir. Tetapi dikarenakan masih terdapatnya sisa-sisa bahan bakar yang belum terbakar pada tingkat ketiga, maka pembakaran terus berlanjut. Bila sisa bahan bakar belum habis, sedangkan piston sudah melakukan langkah buang maka bahan bakar tadi menjadi unburn fuel. 2.3 Parameter Unjuk Kerja Motor Pembakaran Dalam Pada penelitian ini, ada beberapa parameter unjuk kerja dan emisi gas buang yang dapat digunakan sebagai pembanding antara mesin diesel berbahan bakar solar dan mesin diesel berbahan bakar minyak nabati murni dari bunga matahari, kedelai, canola dan jagung. Beberapa parameter tersebut adalah : a. Daya Motor (Ne) b. Tekanan efektif rata-rata (bmep) c. Torsi (T) d. Konsumsi bahan bakar (sfc) e. Efisiensi thermal (ηth) f. Emisi gas buang (m-1) g. Air Fuel Ratio (AFR) h. Suhu gas buang (oC).
9 2.3.1 Daya Motor (Ne) Daya motor merupakan daya yang diberikan ke poros penggerak oleh motor persatuan waktu. Besarnya daya motor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: V ×I (hp)...............................................(2.1) Ne = 746 × η gen Dimana : Ne = daya motor (hp) V = tegangan listik (Volt) I = arus listrik (Ampere) ηgen= efisiensi generator (0.548) 2.3.2 Torsi (T) Torsi (T) merupakan ukuran kemampuan engine menghasilkan kerja. Torsi adalah hasil perkalaian gaya tangensial dengan panjang lengan. Rumus untuk menghitung torsi adalah sebagai berikut : 71620.Ne (kg.cm)............................................. (2.2) T= n Dimana : T = torsi (kg.cm) Ne = daya motor (hp) n = putaran motor (rpm)
2.3.3 Tekanan efektif rata-rata (break mean effective pressure) Tekanan efektif rata-rata (bmep) didefinisikan sebagai tekanan tetap rata-rata teoritis yang bekerja sepanjang volume langkah piston sehingga menghasilkan daya yang besarnya sama dengan daya efektif. Besarnya bmep dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
10
bmep =
60.Ne.z (kPa) .....................................(2.3) A.L.n.i.1,34
Dimana : bmep Ne z A L n i
= tekanan efektif rata-rata (kPa) = daya motor (hp) = 2 (4 langkah) dan 1 (2 langkah) = luas penampang piston = panjang langkah piston = putaran motor (rpm) = jumlah silinder.
2.3.4 Konsumsi bahan bakar spesifik (spesific fuel consumption) Spesific fuel consumption adalah masa bahan bakar yang dikonsumsi mesin untuk menghasilkan daya efektif sebesar 1 hp selama 1 jam. Perumusan sfc adalah sebagai berikut: 3600 .mbb (kg/hp.jam).....................................(2.4) sfc = Ne.s Dimana : sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/hp.jam) mbb = massa bahan bakar (kg) Ne = daya motor (hp) s = waktu yang untuk menghabiskan sejumlah mbb (s). 2.3.5 Efisiensi Thermal Efisiensi thermal (ηth) adalah ukuran besarnya pemanfaatan energi panas dari bahan bakar untuk diubah menjadi daya efektif oleh motor. Tenaga yang terpakai ηth = × 100% Panas yang diberikan
11
η th =
632 × 100 % ........................................... (2.5) sfc ⋅ NKB
2.3.6 Opasitas Opasitas adalah emisi gas buang yang dikeluarkan mesin diesel dalam ketebalan asap. Untuk mengukur opasitas digunakan alat opacimeter atau smoke tester. Nilai dari opasitas diterjemahkan dalam satuan % atau m-1. 2.3.7 Air Fuel Ratio (AFR) Air fuel ratio adalah perbandingan massa udara terhadap massa bahan bakar yang masuk ke ruang bakar.
A/ F =
mu .................................................... (2.6) mbb
2.3.8 Suhu gas buang Suhu yang dibaca alat ukur digunakan untuk mengetahui apakah engine sudah mencapai suhu kerja, sehingga pengambilan data bisa dalam keadaan engine bekerja secara optimal. Selain itu, pengukuran suhu pada gas buang ini juga bertujuan untuk mengetahui efek penggunaan vegetable oil terhadap pembakaran yang terjadi ruang bakar dibandingkan dengan penggunaan minyak solar. Nilai dari suhu diterjemahakan dalam satuan oC. 2.4 Bahan Bakar Mesin Diesel Vegetable oil merupakan bahan bakar alternatif sebagai pengganti solar. Dinamakan demikian karena terbuat dari bahan yang paling mudah diurai oleh lingkungan dan dapat digunakan sebagai bahan bakar pada mesin diesel. Sumber ini bisa merupakan minyak tumbuh-tumbuhan atau lemak hewani.
12 2.4.1 Klasifikasi dan Spesifikasi Bahan Bakar Mesin Diesel ASTM mengklasifikasikan bahan bakar diesel menjadi lima tingkatan, yaitu 5 : 1. Tingkat Low Sulfur No. 1-D. Dihasilkan dari tingkat penyulingan tertinggi, yang digunakan khusus untuk bahan bakar mesin diesel otomotif yang membutuhkan kandungan sulfur rendah dan sifat volatilitas yang lebih tinggi dari bahan bakar tingkat low sulfur No. 2-D. 2. Tingkat Low Sulfur No. 2-D. Dihasilkan dari tingkat penyulingan menengah, yang dapat digunakan secara umum untuk bahan bakar mesin diesel otomotif yang membutuhkan kandungan sulfur rendah. Juga cocok digunakan untuk aplikasi mesin diesel non otomotif yang membutuhkan kondisi kecepatan yang berubah-ubah serta beban bervariasi. 3. Tingkat No. 1-D. Dihasilkan dari tingkat penyulingan tertinggi, yang digunakan khusus untuk bahan bakar mesin diesel otomotif yang membutuhkan sifat volatilitas yang lebih tinggi dari bahan bakar tingkat low sulfur No. 2-D. 4. Tingkat No. 2-D Dihasilkan dari tingkat penyulingan menengah, yang dapat digunakan secara umum untuk bahan bakar mesin diesel otomotif, yang juga cocok untuk aplikasi mesin diesel non otomotif, khususnya yang membutuhkan kondisi kecepatan yang berubah-ubah serta beban bervariasi. 5. Tingkat No. 4-D Dihasilkan dari tingkat penyulingan terendah atau pencampuran hasil penyulingan dengan residual oil. Digunakan untuk bahan bakar mesin diesel non otomotif 5
Annual Book Of ASTM Standards, 1994
13 kecepatan rendah dan menengah yang membutuhkan kondisi kecepatan serta beban konstan. Pada tabel 2.1 di bawah ini ditunjukkan spesifikasi standar bahan bakar diesel menurut ASTM D 975-93 untuk masingmasing tingkatan yang ditetapkan. Standar bahan bakar pada tabel 2.1. merupakan batas minimum yang dibutuhkan untuk menjamin kinerja dari mesin diesel. Tabel 2.1 Spesifikasi bahan bakar diesel menurut ASTM D 975-93 6 . Property Flash point °C, min Water sediment, % vol, max Distillation temperature. (C 90% vol) Recovered min. max. Kinematic viscosity, mm²/sat 40 °C min. max. Ash % mass. max. Sulphur % mass. max Copper strip corrosion rating max 3 h at 50 °C Cetane number. min One of the following properties must be met : (1) Cetane index. Min (2) Aromaticity. % vol. max Cloud point °C. max Ramsbotton carbon residue on 10 % distillation residure. % mass max Bahan bakar minyak PERTAMINA yang mendekati
Grade Low Grade Low ASTM Test Grade Sulphur No Sulphur No Methods No 1-D 1-D 2-D D 93 D 1796
Grade No 2-D
Grade No 3-D
38 0.05
52 0.05
38 0.05
52 0.05
55 0.5
228
282 338
228
282 338
1.3 2.4 0.01 0.05
1.9 4.1 0.01 0.005
1.3 2.4 0.01
1.9 4.1 0.01
2
No. 3 40
0.5 No. 3 40
0.5
No. 3 40
40
30
40 35
40 35
0.15
0.35
D 86
D 445
D 482 D 2622 D 129 D 130 D 613 D 976 D 1319 D 2500 D 524
5.5 24 0.1
0.15 0.35 Minyak Minyak Minyak Solar Solar Diesel
Di Indonesia, bahan bakar untuk mesin diesel yang diproduksi Pertamina dibagi dalam 3 jenis 7 : a. Minyak solar. Minyak Solar biasa juga disebut High Speed Diesel (HSD) atau Automotive Diesel Oil (ADO) atau Marine
6
Direktorat Pembekalan dan Pemasaran Dalam Negeri, Bahan Bakar Minyak, Pertamina,hal 11 Mei 1997. 7 www.pertamina-bunker.com
14 Gas Oil (MGO), digunakan untuk jenis mesin diesel putaran tinggi (lebih dari 1.000 rpm). Minyak Solar juga dapat digunakan sebagai bahan bakar pada pembakaran langsung dalam dapur-dapur kecil dan menghasilkan pembakaran yang bersih. b. Minyak diesel. Minyak Diesel (Diesel Fuel), biasa juga disebut Industrial Diesel Oil (IDO), digunakan untuk jenis mesin diesel putaran sedang atau lambat dengan kecepatan (300 - 1.000 rpm), atau dapat juga digunakan sebagai bahan bakar pada pembakaran langsung di dalam dapur (furnace) boiler. c. Minyak bakar. Minyak Bakar biasa juga disebut Fuel Oil (FO), digunakan untuk jenis mesin diesel putaran rendah dengan kecepatan kurang dari 300 rpm, atau dapat juga digunakan untuk pembakaran pada dapur (furnance) boiler. Minyak bakar lebih kental dan mempunyai titik tuang (pour point) yang lebih tinggi dibandingkan dengan minyak diesel. Bahan bakar mesin diesel produksi Pertamina didasarkan pada pembagian menurut jenis putaran mesin diesel. 2.5 Vegetable Oil Bahan bakar terbarukan merupakan bahan bakar alternatif yang sampai saat ini merupakan bahan bakar yang sangat berpotensi sebagai pengganti bahan bakar fosil. Salah satunya merupakan biofuel. Biofuel terbagi menjadi dua macam yakni vegetable oil dan biodiesel. Biodiesel menggunakan bahan baku vegetable oil yang nantinya diproses lebih lanjut sehingga diperoleh bahan bakar biodiesel. Proses lebih lanjut ini antara lain
15 proses blending, microemulsification, cracking dan transesterfikasi. 8 Pemanfaatan vegetable oil sebagai bahan bakar mesin diesel sudah dilakukan oleh Rudolf Diesel hampir seratus tahun yang lalu. Beliau menggunakan minyak dengan bahan baku kacang pada mesin temuannya pada World’s fair tahun 1900. Sejak krisis minyak dunia pada tahun 1970 yang berdampak kenaikan harga dan kekhawatiran akan ketersediaan minyak yang akan datang, penelitian mengenai penggunaan bahan bakar vegetable oil menjadi sangat diminati. Adapun kelebihan dari vegetable oil yakni ketersediaanya diseluruh dunia sesuai dengan agrikultur suatu negara, bahan bakar yang dapat diperbaharui, dan lebih ramah lingkungan. 2.6 Spesifikasi Vegetable Oil Standar yang ada mengenai bahan bakar vegetable oil belum dikeluarkan pemerintah, namun pemerintah telah menunjuk Badan Standarisasi Nasional (BSN) dan dirumuskan Panitia Teknis untuk merumuskan standar yang berlaku secara nasional di Indonesia, yang dalam hal ini khususnya standar spesifikasi bahan bakar biodiesel. Untuk standar vegetable oil baru dikeluarkan oleh Abteilung Technologie nachwachsender Rohstoffe Arbeitsgruppe Pflanzenöle,Department of Technology. Tujuan dari adanya standar ini adalah melindungi konsumen dari segi mutu dan disamping itu juga melindungi produsen dan mendukung perkembangan industri biodiesel dan vegetable oil. Berikut merupakan tabel SNI No. 04-7182-2006 dan tabel standar rapeseed oil sebagai pembanding.
8
Ramadhas, A.S., S. Jayaraj, C. Muraleedharam, 2003,”Use Of Vegetable Oil as I.C.Engine”, Calicut:India
16 Tabel 2.2 9 Spesifikasi bahan bakar biodiesel menurut SNI No. 047182-2006. No. Parameter 1 Massa jenis pada 40 °C
Satuan
Nilai 850 – 890
3
kg/m 2
mm /s (cSt)
2,3 – 6,0
Titik nyala (mangkok tertutup)
°C
min. 100
5
Titik kabut
°C
6
Korosi lempeng tembaga (3 jam pada 50 °C)
7
Residu karbon
2
Viskositas kinematik pd 40 °C
3
Angka setana
4
maks. 18 maks. no 3
%-massa
- dalam contoh asli
maks 0,05
- dalam 10 % ampas distilasi
(maks. 0,3)
8
Air dan sedimen
9
Temperatur distilasi 90 %
10
min. 51
%-vol.
Abu tersulfatkan
maks. 0,05*
°C
maks. 360
%-massa
maks.0,02 maks. 100
11
Belerang
ppm-m
12
Fosfor
ppm-m
maks. 10
13
Angka asam
mg-KOH/g
maks.0,8
14
Gliserol bebas
%-massa
maks. 0,02
15
Gliserol total
%-massa
maks. 0,24
16
Kadar ester alkil
%-massa
min. 96,5
17
Angka iodium
%-massa
maks. 115
18
Uji Halphen
Negatif
Tabel 2.3. Standar Rapeseed Oil menurut RK-Qualitätsstandard (DIN 51605). No. Parameter 1 Massa jenis pada 15 °C
Satuan kg/m3
Nilai 900 – 930
mm2/s (cSt)
max. 36
Standard DIN EN ISO 3675 DIN EN ISO 12185 DIN EN ISO 3104
2
Viskositas kinematik pd 40 °C
3
Angka setana
4
Titik nyala (mangkok tertutup)
°C
min. 220
5
Titik kabut
°C
-
-
6
Korosi lempeng tembaga (3 jam pada 50 °C)
-
-
7
Residu karbon - dalam contoh asli
-
%-massa
(maks. 0,4)
DIN EN ISO 10370
%-massa
maks. 0,075
DIN EN 12662
°C
-
%-massa
maks.0,01
DIN EN ISO 6245
mg/kg
maks. 10
DIN EN ISO 20884
mg/kg
maks. 12
DIN EN 14107
mg-KOH/g
maks. 2
DIN EN 14104
%-massa
min.6
DIN EN 14112
%-massa
min. 96,5
- dalam 10% ampas distilasi 8
Air dan sedimen
9
Temperatur distilasi 90 %
10
Abu tersulfatkan
11
Belerang
DIN EN ISO 2719
DIN EN ISO 20846 12
Fosfor
13
Angka asam
14
Stabilitas oksidasi (110oC) Kadar ester alkil
15 16
9
Angka iodium
17
Kontaminasi
18
Nilai Kalor
%-massa (g Iod/100 g) mg/kg
95-125
DIN EN 14111
24
DIN EN 12662
min. 3600
DIN 51900-1,-2,-3
Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan Energi, Departemen Pertambangan dan Energi, Standar Syarat Mutu Biodiesel, 2006.
T
17 RK-Qualitätsstandard merupakan standar yang digunakan di Jerman yang dikeluarkan oleh Bavarian State Institute of Agricultural Engineering, Weihenstephan, sebagai standar dalam perdagangan bahan bakar nabati yang mencakup 18 parameter standar pengujian dan metode yang nantinya digunakan sebagai bahan bakar. Standar ini merupakan satu-satunya standar yang ada sampai saat ini untuk bahan bakar nabati tanpa dilakukan proses esterfikasi (straight vegetable oil). 2.7 Karakteristik Bahan Bakar Minyak Diesel Karakteristik yang umum perlu diketahui untuk menilai kinerja bahan bakar mesin diesel antara lain: a. Density, specific gravity adan API gravity. Densitas menunjukkan perbandingan berat per satuan volume dari suatu zat atau bahan tertentu. Sedangkan specific gravity (SG) adalah merupakan harga relatif dari densitas suatu zat atau bahan terhadap air atau udara. SG terhadap air =
ρ bahanbakar ..................................(2.7) ρ air
Hubungan antara specific gravity dengan API gravity adalah untuk mencari nilai API gravity harus terlebih dahulu mengetahui besarnya specific gravity dari bahan yang akan kita hitung nilai API gravitynya. API gravity =
b.
141,5 − 131,5 ................................... (2.8) SG
Density, specific gravity dan API gravity diukur pada temperatur 60˚F atau 15˚C. Viscosity (viskositas). Viskositas adalah tahanan yang dimiliki fluida yang dialirkan dalam pipa kapiler terhadap gaya gravitasi, biasanya dinyatakan dalam waktu yang diperlukan
18 untuk mengalir pada jarak tertentu. Jika viskositas semakin tinggi, maka tahanan untuk mengalir akan semakin tinggi. Karakteristik ini sangat penting karena mempengaruhi kinerja injektor pada mesin diesel. Jika viskositas terlalu tinggi akan menyebabkan atommisasi yang rendah sehingga mesin sulit di start, sedangkan jika terlalu rendah akan menyebabkan pompa injeksi cepat aus. Persamaan mencari kinematic viscosity: c.
d.
e.
νFlash = C.point t .......................... (titik nyala). .......................................... (2.9)
Flash point atau titik nyala adalah suatu angka yang menyatakan temperatur terendah dari bahan bakar minyak dimana akan timbul penyalaan api sesaat, apabila pada permukaan minyak tersebut didekatkan pada nyala api. Flash point mengindikasikan tinggi rendahnya volatilitas dan kemampuan untuk terbakar dari suatu bahan bakar. Pour point (titik tuang). Pour point atau titik tuang adalah suatu angka yang menyatakan suhu terendah dari bahan bakar minyak sehingga minyak tersebut masih dapat mengalir karena gaya gravitasi. Pour point merupakan ukuran daya atau kemampuan bahan bakar pada temperatur rendah, yang berarti bahwa kendaran dapat menyala pada temperatur rendah karena bahan bakar masih dapat mengalir. Selain itu terkait dengan proses penyimpanan dalam tangki dan pengaliran pada suatu pipa. Sulphur content (kandungan belerang). Kandungan belerang dalam bahan bakar diesel dari hasil penyulingan sangat tergantung pada asal minyak mentah yang akan diolah. Keberadaan belerang tidak diharapkan karena sifatnya merusak yaitu apabila oksida belerang kontak dengan air merupakan bahan yang korosif terhadap logam di ruang bakar. Hal lain yang
19
f.
g.
lebih penting adalah timbulnya polusi bagi lingkungan hidup yang merupakan hasil pembakaran. Distilation (distilasi). Karakteristik distilasi dari bahan bakar menunjukkan kemampuan bahan bakar berubah menjadi uap (volatility) pada temperatur tertentu. Nilai dari mid boiling atau 50% recovery dapat digunakan untuk menghitung nilai cetane index. Cetane number (angka cetana). Angka cetana merupakan derajat kemampuan suatu bahan bakar untuk dapat terbakar dengan sendirinya karena tekanan dan temperatur tinggi. Angka cetana menyatakan perlambatan penyalaan (ignition delay) dibandingkan campuran volumetris cetane (C16H34) dan α-methylnaphthalene (C10H7CH3) yang diuji pada CFR engine pada kondisi yang sama. Cetane mempunyai nilai 100 dan α-methylnaphthalene mempunyai nilai 0, tetapi referensi yang digunakan sekarang adalah heptamethylnonane yang mempunyai nilai 15. Angka cetane merupakan ukuran kemampuan penyalaan dari bahan bakar mesin diesel. Nilai cetana yang tinggi menyebabkan ignition delay yang pendek, sedangkan nilai cetane yang rendah menimbulkan knocking pada diesel. Karena keterbatasan peralatan nilai cetana bisa diperkirakan dengan menggunakan perhitungan cetane index. Berikut persamaan Cetane index : CCI = 454 .74 − 1641 .416 D + 774 .74 D 2 − 0 .554 B + 97 .803 (log B ) .......... .......... .......... .......... .......... ..( 2 .10 ) 2
Dimana : B = temperatur mid-boiling (oC) berdasarkan metode uji D 86 D = densitas pada 15oC (g/ml) berdasarkan metode uji 1298
20 Calorific value (nilai kalor). Nilai kalor merupakan suatu angka yang menyatakan jumlah panas atau kalori yang dihasilkan dari proses pembakaran sejumlah tertentu bahan bakar dengan udara atau oksigen. Dari bahan bakar yang ada dibakar, nilai kalor yang terkandung akan diubah menjadi energi mekanik melalui kerja komponen mesin. Besarnya nilai kalor atas diuji menggunakan bomb calorimeter. Sedangkan untuk nilai kalor bawah (NKB) menggunakan persamaan :
⎛ m ⎞ NKB = NKA − ⎜ air xLH ⎟ ...........................(2.11) ⎜m ⎟ ⎝ sample ⎠ Dimana : NKA mair msample LH
= nilai kalor atas (kal/gram) = massa uap air (gram) = massa sample uji bahan bakar (gram) = panas lantent penguapan air (kal/gram)
2.8 Penelitian Terdahulu 1. Penelitian Roberto G. Pereira et al, 2006 Penelitian unjuk kerja engine berupa emisi gas buang dilakukan menggunakan variasi campuran soybean Biodiesel dengan minyak diesel dengan prosentase campuran 20%, 50%, 75%, dan 100% soybean Biodiesel serta 100% minyak diesel (B.0, B.20, B.50, B.75, B.100) pada Diesel Stationery Engine (GenSet). Tabel dibawah ini merupakan properties dari bahan bakar yang digunakan dalam penelitian ini.
21 Tabel 2.4 Properties dari biodiesel kacang kedelai dan solar.
Hasil pengujian emisi gas buang ditunjukkan pada tabel 2.5 berikut: Tabel 2.5 Nilai Emisi Gas buang. Parameters
Diesel
B20
B50
B75
B100
O2 (%)
19.1
19.1
19.2
19.2
19.3
CO2 (%)
1 38
1 45
1 39
1 77
1 68
CO (ppm)
174
144
102
160
156
SO2 (ppm)
57
3
2
13
27
NO (ppm)
446
410
438
445
407
NOx (ppm)
460
420
452
450
419
CxHy (ppm)
103
102
102
84
70
Exhaust gas Temp. 0C
141.4
129.5
129
132.7
135
room temperature 0C
32.4
34.4
39.1
28.3
27.8
Kandungan CO2 mengalami peningkatan dengan bertambahnya campuran bahan bakar yang mengindikasikan pembakaran yang terjadi semakin mendekati sempurna. Sedangkan kandungan CO, SO2, CxHy, NO, dan NOx cenderung mengalami penurunan seiring dengan bertambahnnya campuran biodiesel.
22 2. Penelitian B. Kayisoglu,P. Ulger dkk.(2006) Penelitian ini menggunakan bahan bakar sunflower dan soybean vegetable oil pada diesel engine stationer (5.52kW), single cylinder, direct injection dan 4 langkah. Penelitian ini membandingkan campuran 25% vegetable oil + 75% diesel fuel, 50% vegetable oil + 75% diesel fuel, 75% vegetable oil + 25% diesel fuel dan 100% diesel fuel sebagai kontrol tes. Spesifikasi bahan bakar uji yang digunakan tidak ditunjukkan oleh peneliti.
Gambar 2.3 Grafik campuran sunflower oil dan 100% diesel fuel Vs Kecepatan engine. Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini yaitu temperatur gas buang dan konsumsi bahan bakar lebih tinggi pada campuran 75% soybean oil + 25% diesel fuel. Campuran sunflower oil + diesel fuel akan lebih aik dibanding campuran soybean fuel + diesel fuel. Khususnya campuran 75% diesel fuel + 25% sunflower oil memiliki unjuk kerja yang hampir sama dengan 100% diesel fuel.
23 3. Penelitian N. Tippayawong, T. Wongsiriamnuay dan W. Jompakdee (2002) Penelitian ini bertujuan mengevaluasi unjuk kerja dan emisi dari diesel engine direct injection berbahan bakar vegetable oil. Engine yang digunakan yakni Mitsubishi Dr-800, 411cc, 4 langkah satu silinder, rated speed 2400 rpm dan 6 kW. Bahan bakar yang digunakan yakni palm and soybean vegetable oil, sedangkan sebagai uji kontrol digunakan bahan bakar diesel. Metode pengujian ini berupa variasi temperatur masukan bahan bakar vegetable oil dengan kisaran 40-100oC. Tabel dibawah ini merupakan properties dari bahan bakar yang digunakan dalam penelitian ini. Tabel 2.6. Properties dari bahan bakar diesel dan vegetable oil.
Dapat dilihat pada grafik, bahan bakar diesel menunjukkan BSFC yang lebih rendah dibanding minyak sawit dan kedelai vegetable oil.
24
Gambar 2.4. Pengaruh pemakain berbagai jenis bahan bakar terhadap unjuk kerja dan emisi gas buang pada berbagai variasi beban bsfc yang lebih rendah pada minyak diesel disebabkan karena energy content dari vegetable oil yang lebih rendah dibanding minyak diesel. Sedangkan untuk kandungan NOx dan smoke, vegetable oil menunjukkan hasil yang lebih rendah dibanding minyak diesel.
Gambar 2.5. Pengaruh variasi temperatur inlet terhadap emisi gas buang
25 Untuk penggunaan bahan bakar soybean oil, kenaikan temperatur akan mengurangi kadar NOx, sedangkan pada penggunaan bahan bakar palm oil kadar NOx tidak terlalu berpengaruh. Kadar smoke pengaruh kenaikan temperatur terlihat terdapat kenaikan dibanding minyak diesel. Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini yakni dengan pemanasan awal pada vegetable oil, akan menurunkan viskositas yang berdampak atomisasi yang lebih baik dan peningkatan kualitas unjuk kerja dan emisi. Peningkatan temperatur masukan bahan bakar diharapkan akan mengurangi emisi dan peningkatan unjuk kerja, akan tetapi hasil yang didapatkan dari penelitian ini tidak didapatkan hasil yang signifikan. Namun demikian, peningkatan temperatur akan berdampak pada aliran bahan bakar yang lebih baik.
26
(Halaman Kosong)
