BAB III METODE PENELITIAN
A. Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap di tempat yang berbeda, yaitu: 1) Tahap preparasi, dilakukan di Laboratorium Riset Kimia Lingkungan Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA UPI; 2) Tahap karakterisasi, dilakukan di Laboratorium Kimia Instrumen Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA
UPI; 3)
Tahap uji kinerja (aplikasi), dilakukan di Laboratorium Thermodinamika LIPI Serpong. B. Tahapan Penelitian Penelitian penggunaan minyak cengkeh, eugenol dan eugenil asetat sebagai bioaditif pada bahan bakar solar pada mesin kendaraan bermotor meliputi 4 tahapan, yaitu: 1) Karakterisasi dengan GC-MS pada komponen solar. 2) Proses pencampuran solar dengan bioaditif masing-masing pada komposisi 0,2%. 3) Karakterisasi campuran solar dengan bioaditif (uji sifat fisik). 4) Uji kinerja mesin kendaraan bermotor dengan beberapa parameter antara lain; daya, kecepatan putaran, konsumsi bahan bakar spesifik (BSFC), emisi smoke, HC, NOx, dan CO.
28
29
C. Diagram Kerja Penelitian
Bioaditif
Solar
GCMS Solar + Bioaditif 0,2%
Uji Karakterisasi
Campuran
Data
Uji Kinerja Mesin
Data
Analisa
Kesimpulan Gambar 3.1. Diagram Kerja Penelitian
D. Alat dan Bahan 1. Alat 1) Peralatan plastik antara lain kompan ukuran 20 L dan 4 L masing-masing 4 buah untuk tempat penyimpanan solar-aditif, ember 30 L untuk tempat penyampuran solar dengan aditif, drum ukuran 200 L dan corong. 2) Peralatan gelas standar antara lain gelas ukur 1 liter, gelas ukur 20 mL, gelas kimia 2 L, gelas kimia 300 mL, buret ukur 20 mL, batang pengaduk dan pipet mikro 5 mL.
30
3) Peralatan untuk analisa karakterisasi yaitu GC-MS (Gas ChromatographicMass Spectrometer). Piknometer termo 25 mL, dan viskometer ostwald. 4) Pengujian kinerja pada mesin kendaraan bermotor LIPI Serpong. 5) Peralatan penunjang yaitu stopwatch. 2. Bahan Bioaditif yang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak cengkeh, eugeunol, dan eugenil asetat yang diperoleh dari PT. Sindawangi di Purwakarta. Minyak solar yang digunakan dalam penelitian ini merupakan bahan bakar yang diperoleh dari SPBU Parompong No.8003642294. E. Prosedur Kerja 1. Tahap Pencampuran Solar Dengan Bioaditif (komposisi 0,2%) Tahap pencampuran bahan bakar solar dengan eugenol adalah sebagai berikut: 1) Solar sebanyak 22 liter dimasukkan dalam ember lalu ditambahkan 44 mL bioaditif. 2) Diaduk selama 5 menit agar homogen. 3) Diuji pada mesin diesel LIPI Serpong
2. Tahap Karakterisasi (Uji Sifat Fisik) Solar dan Campuran Solar Dengan Bioaditif Tahap karakterisasi campuran solar dengan bioaditif dilakukan dengan beberapa uji sifat fisik diantaranya adalah massa jenis (specific gravity), viskositas, titik nyala (flash point), indeks setana, nilai kalori, dan titik anilin.
31
a. Penentuan Massa Jenis (specific gravity) Penentuan massa jenis dilakukan pada dua suhu yang berbeda yakni 25 oC dan 15,5 oC (60 F).
Gambar 3.2. Alat Piknometer
Langkah-langkah untuk menentukan specific gravity bahan bakar pada suhu 25 oC adalah sebagai berikut: 1) Kalibrasi volume piknometer pada suhu 25 oC, langkah ini dilakukan dengan cara menimbang sejumlah aquades di dalam piknometer yang selanjutnya akan digunakan untuk penentuan rapat jenis campuran bahan bakar. Volume piknometer diperoleh dengan mengkonversi massa aquades menggunakan data specific gravity air pada suhu 25 oC yaitu yaitu 0,9971 g/mL. V piknometer =
m aquadest 0,9971 g / mL
2) Penentuan specific gravity bahan bakar solar (0% bioaditif) pada suhu 25 oC menggunakan piknometer terkalibrasi. Kemudian dari selisih antara massa piknometer yang terisi sampel dengan piknometer yang kosong akan diperoleh data massa bahan bakar (mBB), maka specific gravity bahan bakar (ρBB) dihitung dengan menggunakan persamaan:
ρ BB =
mBB V piknometer
32
3) Penentuan specific gravity campuran bahan bakar dengan bioaditif pada suhu 25
o
C
dilakukan
pada
masing-masing
komposisi
bioaditif
dengan
menggunakan piknometer yang telah terkalibrasi. Pengukuran dan perhitungan menggunakan cara yang sama seperti pada penentuan specific gravity bahan bakar tanpa bioaditif (0%). 4) Masing-masing langkah dilakukan triplo. Langkah dalam penentuan specific gravity bahan bakar pada suhu 15,5 oC (60 F) dilakukan seperti pada langkah penentuan specific gravity pada suhu 25 oC sebelumnya, namun dilakukan pada suhu 15,5 oC (60 F) dimana specific gravity aquades pada suhu 60 F adalah 0,9990 g/mL. b. Penentuan Viskositas Penentuan viskositas dilakukan pada suhu 25 oC . Viskositas ostwald terlebih dahulu dikondisikan dalam penangas air (suhu penangas 25 oC) selama 15 menit.
Gambar 3.3. Alat Viskositas
33
Langkah-langkah untuk menentukan viskositas bahan bakar pada suhu 25 oC adalah sebagai berikut: 1) Aquades yang akan diukur viskositasnya diisikan ke dalam alat hingga 2/3 bagian cekungan. Dengan menggunakan ball pipet larutan dihisap hingga melewati 1cm di atas tanda batas atas. Ball pipet dicabut, saat larutan melewati tanda batas atas stopwacth dinyalakan hingga melewati batas bawah alat. Waktu yang diperlukan oleh larutan untuk melewati tanda batas dan tanda bawah dicatat. 2) Kemudian dilakukan langkah yang sama pada solar dan campuran solarbioaditif. Waktu yang diperlukan oleh larutan untuk melewati tanda batas dan tanda bawah dicatat. 3) Masing-masing sampel dilakukan secara triplo. Viskositas larutan dihitung dengan menggunakan persamaan:
η1 ρ 1t1 = η2 ρ 2t2 Kemudian kalibrasi satuan viskositas dari sentipoise kedalam sentistokes (cSt) ditentukan dengan menggunakan persamaan: Viskositas kinematika (cSt) = dimana: z:
viskositas (sentipoise)
s:
specific gravity bahan bakar
z s
34
c. Penentuan Titik Nyala (Flash Point) Penentuan flash point dilakukan di B4T (Balai Besar Bahan dan Barang Tehnik) dengan menggunakan prosedur Pensky-Martens closed cup tester. Adapun cara kerjanya sebagai berikut, pada cup alat Pensky-Martin diisikan sampel sebanyak 75 ml kemudian dialirkan gas asetilen ke dalam cup alat PenskyMartin dan api dinyalakan pada moncong alat pembakar. Percobaan dilakukan pada suhu kamar (27 oC). Pada wadah sampel, pemanas diatur dengan kenaikan 6 o
C/menit dan untuk menghomogenkan suhu dilakukan pengadukan menggunakan
pengaduk elektrik. Termometer dipasang pada sampel dan setiap kenaikan 1 oC, termometer diangkat lalu nyala api dipaparkan pada permukaan sampel. Suhu ketika sampel terbakar dengan sendirinya pada parcobaan yang pertama dicatat tetapi tidak dijadikan hasil pengukuran. Percobaan diulangi sebanyak 3 kali pada suhu awal kurang 23 derajat dari suhu pada percobaan pertama (suhu patokan). Gambar alat untuk pengukuran flash point yang digunakan di dalam percobaan ini dapat dilihat pada Gambar 3.4 berikut:
Gambar 3.4. Alat Flash Point
35
d. Penentuan Indeks Setana Pengukuran harga indeks setana bahan bakar melibatkan dua parameter yang telah diukur sebelumnya, yaitu titik anilin dan API Gravity. Pengukuran harga indeks setana ini dilakukan di B4T. e. Penentuan Kalori Pengukuran kalori dilakukan di Laboratorium Kimia Instrumen ITB dengan menggunakan alat kalorimeter bom dan pengujiannya secara adiabatik. Tahap pertama menentukan kapasitas panas kalorimeter yaitu 1 gram asam benzoate dimasukkan ke dalam chamber calorimeter dengan cara dikaitkan menggunakan kawat sepanjang 12 cm, kemudian ditutup rapat. Setelah itu chamber kalorimeter diisi oksigen sebanyak 2x, yang pertama untuk mengeluarkan udara sebelumnya yang berada didalam chamber kalorimeter dan yang kedua untuk mengisinya dengan oksigen. Kemudian chamber dimasukkan ke dalam tabung kalorimeter yang disekat dengan alumunium dan berisikan air sebagai penangas. Masing-masing suhu diukur, baik suhu sistem maupun suhu lingkungan (penangas air). Setelah itu dilakukan pengukuran suhu per 30 detik, suhu awal ditunggu hingga konstan, lalu dinyalakan pematik api dan terjadi kenaikan suhu yang sangat tinggi hingga akhirnya didapatkan suhu akhir yang konstan, dan suhu akhir dikurangi suhu awal disebut sebagai ∆T. Pengujian kalori sampel sama halnya seperti pengujian yang dilakukan pada asam benzoat diatas. Pengukuran harga kalori ini menggunakan persamaan (2.4).
36
f. Penentuan Titik Anilin Tahap pertama penentuan titik anilin yaitu anilin segar dimasukkan ke dalam tabung reaksi yang kering dan bersih sebanyak 2 mL. Sampel ditambahkan dengan volume yang sama dengan volume anilin. Pada tabung akan terbentuk dua fasa, yaitu fasa anilin dan fasa solar. Lalu tabung yang berisi anilin dan sampel tadi dipanaskan dalam penangas, dan diaduk menggunakan termometer naik turun hingga kedua larutan tersebut saling melarutkan (larutan berwarna bening jernih). Setelah larutan saling melarutkan tabung reaksi dikeluarkan dari penangas sambil diaduk. Suhu ketika mulai terbentuk kembali dua fasa dinyatakaan sebagai titik anilin dalam F. 3. Tahap Uji kinerja Bahan Bakar Solar + Bioaditif Pada Mesin Diesel LIPI Serpong. Pengujian solar dengan komposisi bioaditif sebesar 0,2% dilakukan pada mesin diesel Hydra satu silinder (Gambar 3.5) di Balai Termodinamika Motor dan Sistem
Propulsi
(BTMP
BPP
Teknologi),
kawasan
Puspitek
Serpong.
Laboratorium Motor Bakar BTMP telah mendapatkan sertifikasi ISO 17025 dari badan akreditasi nasional KAN. Prosedur uji solar dan reformulasi bioaditif yaitu dilakukan pengukuran kinerja mesin dan combustion analysis.
Gambar 3.5. Mesin Diesel Riset Hydra Silinder Tunggal
37
Spesifikasi mesin diesel yang digunakan dalam pengujian terdapat pada Tabel 3.1. Tabel 3.1. Spesifikasi Mesin Diesel Hydra Silinder Tunggal Bore x Stroke Max. Power Compression Ratio Max. Speed Fuel Injection Pump Injector Nozzle Operating Pressure
80.26 mm x 88.9 mm 9 kW/3600 rpm 20,3 : 1 4.500 rpm VE 1/11 F2250 RV 14061 Bosch KBEL 88PV 1 870 005 546 250 bar
a. Uji Kinerja Mesin Pengujian bioaditif terhadap kinerja mesin dilakukan pada kondisi beban penuh, waktu injeksi (SIT) optimal, dan putaran mesin konstan pada (1500, 2500, 3000 dan 3500 rpm). Parameter utama yang diukur adalah BSFC dan tingkat emisi smoke. Sedangkan parameter-parameter lain sebagai parameter pendukung seperti daya, emisi CO, NOx, dan HC. b. Combustion Analysis Formulasi Bahan Bakar Pada Mesin Combustion analysis formulasi bahan bakar pada mesin diperlukan untuk mendalami proses pembakaran dengan melakukan pengukuran terhadap perubahan tekanan dalam ruang bakar. Combustion analysis juga merupakan konfirmasi dari hasil pengujian unjuk kerja mesin dan emisi gas buang. Data uji combustion analysis terdiri dari beberapa parameter, meliputi kurva heat release, ignition delay, dan durasi pembakaran.
38
F. Teknik Analisa Data 1. Penentuan massa jenis Selisih berat antara piknometer kosong dan isi adalah berat larutan yang akan dihitung berat jenisnya melalui persamaan: W larutan = Wisi – W kosong Ρ
= Wlarutan / V
2. Penentuan Viskositas Viskositas larutan dihitung dengan menggunakan persamaan:
t air .ρ air 25 C η air = ηx t x .ρ x 25 C o
o
ηx =
t x .ρ x 25o C .η air t air .ρ air 25o C
η kinematik =
ηx ρx
3. Penentuan Nilai Kalori Nilai kalori dihitung dengan menggunakan persamaan: ∆U T =
− C.∆T − (U 1+U 2 ) 2 m
