Karakterisasi Pembentukan Deposit pada Ruang Bakar Mesin Diesel Dengan Metode Tetesan Pada Pelat Panas

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

Karakterisasi Pembentukan Deposit pada Ruang Bakar Mesin Diesel Dengan Metode Tetesan Pada Pelat Panas Bambang Sugiarto1*, M Taufiq Suryantoro2, M Makruf3 1

Departemen Teknik Mesin, Fakultas teknik, Universitas Indonesia, Depok, Indonesia

2

BTMP BPPT, gd. 230 komplek Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan, Banten, Indonesia

3

BTMP BPPT, gd. 230 komplek Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan, Banten, Indonesia [email protected]*, [email protected], [email protected]

Abstrak Mandatori biodiesel oleh kementrian ESDM sebesar 15% pada tahun 2015 memaksa pabrik kendaraan menyiapkan engine yang cocok buat biodisel. Penggunaan biodiesel dengan prosentase besar (> 15%) sangatlah beresiko, khususnya pembentukan deposit di ruang bakar mesin diesel. Pembentukan deposit pada injektor selain ditentukan oleh faktor jenis bahan bakar juga dipengaruhi oleh kondisi lingkungan, antara lain suhu ruang bakar, suhu impingement area dan juga pola penyemprotan bahan bakar. Untuk mengetahui karakter pembentukan deposit pada ruang bakar dapat didekati dengan model paling sederhana yaitu model tetesan (Yusmady). Potensi pembentukan deposit dari bahan bakar biodiesel dikaji dengan melakukan proses deposisi dan evaporasi bahan bakar pada plat panas stainless steel (SS). Variasi aditif antioksidan dan bahan baku biodiesel dilakukan untuk mengetahui efek yang ditimbulkan terhadap pembentukan deposit. Riset awal dengan menggunakan Antioksidan PG, BHA dan BHT, sedangkan bahan baku biodiesel yang divariasikan adalah biodiesel sawit dan biodiesel jarak. Karakterisasi deposit pada plat dilakukan dengan menggunakan FTIR, hasil FTIR deposit biodiesel sawit menunjukkan adanya kemiripan gugus fungsi bila dibandingkan dengan deposit yang terbentuk pada injektor dari data referensi. Biodiesel sawit yang memiliki ikatan tidak jenuh dan angka asam lebih kecil menghasilkan deposit yang jauh lebih sedikit bila dibandingkan dengan biodiesel jarak dengan ikatan tak jenuh dan angka asam yang tinggi. Akan tetapi riset awal tersebut tidak mampu membedakan pertumbuhan deposit berbagai additive yang digunakan dalam bahan bakar. Secara stuktur morphology deposit tidak cukup baik apabila dibandingkan dengan deposit yang dihasilkan oleh uji engine. Beberapa tahapan dan kondisi riil tidak terakomodasi pada test rig tetesan model yusmady. Penggunaan test yang lebih mirip dengan kondisi ruang bakar mulai saat tetesan keluar dari jarum, penempelan precursor sampai oksidasi lanjut deposit pada plat panas sangat diperlukan untuk menjelaskan tahapan pembentukan deposit lebih presisi. Penggunaan suhu ruang yang sesuai dengan kondisi riil bahan bakar masuk ke engine menjadi point krusial pada morphology deposit. Suhu ruang yang panas dan suhu plat empingement yang cenderung lebih rendah dari suhu ruang akan membuat tetesan bahan bakar teroksidasi terlebih dahulu sebelum menempel ke dinding piston dan area ruang bakar. Struktur morphology dan komposisi deposit dari test rig ini lebih mirip dengan test engine. Kata kunci: biodiesel, deposit, test rig, morphology, antioksidan

hanya dibagian tertentu dipermukaan bumi, maka sebagian negara yang tidak punya sumber energi berpacu dalam pengembangan sumber energi alternatif. Agar efisien secara ekonomis maka sumber energi yang banyak dikembangkan saat ini banyak mengacu ke sumber yang banyak tersedia secara lokal di masing masing negara. Indonesia dan

PENDAHULUAN Dengan berkembangnya industrialisasi dan transportasi di hampir seluruh belahan dunia menyebabkan kenaikan permintaan energi yang berbasis sumber daya alam fosil seperti minyak bumi dan batu bara. Akan tetapi karena terbatasnya dan terkonsentrasinya cadangan sumber alam KE-40


beberapa negara tropis banyak menghasilkan sumber energi dari tumbuhan baik pangan maupun non pangan antara lain kelapa sawit, kelapa, jarak, nyamplung, biji karet, kosambi dan berbagai macam tumbuhan lain. Sumber tersebut dapat diubah menjadi biodiesel ataupun bioethanol. Dampak Ekonomi Pemanfaatan energi reversible yang berasal dari palm oil ataupun non pangan akan sangat membantu dalam memecahkan ketergantungan energi yang berasal dari fosil. Penggunaan bahan bakar yang berasal dari tumbuhan akan membantu dalam keseimbangan emisi Carbon Dioksida (CO2) di alam.

laboratorium maupun skala industri. Akan tetapi sampai saat ini penggunaan biodiesel masih menjadi pertanyaan besar bagi orang khususnya dari Engine maker dalam hal ketahanan mesin. Saat ini pabrikan mesin/kendaraan di eropa hanya menyarankan penggunaan biodiesel maksimal 5% v/v, hal tersebut sangat erat hubungannya dengan garansi engine yang diterima oleh konsumen.

Gambar 2. Riset penggunaan bahan bakar Biodiesel 20% di Indonesia tahun 2014-2015

Gambar 1. Biodiesel 20 % akan diimplementasikan di Indonesia tahun 2016

Dengan menggunakan mikroskop elektron (SEM & TEM) perbedaan struktur deposit dari ketiga bahan bakar akan dapat diidentifikasi. Berdasarkan riset yang dilakukan A. Liati (2012), pengggunaan SEM & TEM dapat membuka struktur dan komposisi deposit pada Soot [2].

Akan tetapi dalam pelaksanaannya, penggunaan biodiesel sebagai alternatif campuran bahan bakar diesel bukan tidak mengalami kendala. Salah satu kendala penting dalam penggunaan biodiesel pada mesin diesel adalah pembentukan carbon deposit pada ruang bakar yang berlebihan. Deposit tersebut akan menyebabkan efek yang signifikan pada perubahan perpindahan panas permukaan [1], emisi hidrokarbon, proses pembakaran dan juga menaikkan maintenace cost. Akan tetapi biodiesel mempunyai banyak jenis yang berbeda propertiesnya. Hal tersebut akan menghasilkan perilaku pembakaran yang berbeda pula. Dilihat dari fuel properties, biodiesel mempunyai sifat stabilitas thermal lebih rendah, densitas dan viskositas yang lebih tinggi dari bahan bakar diesel. Dari sifat biodiesel yang seperti yang dijelaskan diatas, maka kecenderungan timbulnya deposit akan semakin besar. Banyak peneliti di berbagai negara telah beberapa tahun melakukan penelitian dalam penggunaan biodesel dalam skala

Gambar 3. Deposit karbon di injektor running 35 jam menggunakan B5 (UI-BTMP-2013)

KE-40


Gambar 4. Struktur deposit dari soot dengan bahan bakar diesel dengan menggunakan SEM (A. Liati, 2012)

menyebabkan terbentuknya lapisan film bahan bakar. Pembentukan lapisan film tersebut merupakan salah satu faktor yang berperan dalam pembentukan deposit. Proses penyemprotan bahan bakar akan terus berulang selama engine beroperasi sehingga lapisan film bahan bakar akan terus terbentuk. Kondisi tersebut akan meningkatkan pembentukan deposit, dimana lapisan film akan mengalami perubahan lebih lanjut baik perubahan fisika seperti evaporasi, atau perubahan kimia seperti degradasi termal, polimerisasi dll [3]. Pada penelitian ini, pembentukan deposit pada engine didekati dengan melakukan proses deposisi dan evaporasi bahan bakar secara berulang pada suatu plat panas. Metode sederhana ini dibuat untuk mengatasi kompleksitas pengujian deposit pada engine, menghemat waktu, biaya serta sampel bahan bakar yang terbatas. Metode yang hampir sama juga pernah digunakan oleh peneliti pada referensi [4]. Pembentukan deposit pada plat panas dilakukan untuk variasi bahan bakar biodiesel dengan aditif dan bahan baku berbeda untuk mengetahui bahan bakar biodiesel dengan potensial deposit paling rendah. Berdasarkan riset awal tersebut tidak mampu membedakan berbagai additive yang digunakan dalam bahan bakar dan juga tahapan Secara stuktur morphology deposit tidak cukup baik apabila dibandingkan dengan deposit yang dihasilkan oleh uji engine. Karena tahapan & kondisi saat pembentukan deposit tidak sama dengan kondisi aslinya. Beberapa tahapan dan kondisi tersebut tidak terakomodasi pada test rig tetesan model yusmady. Sehingga perlu dibuat test yang lebih mirip dengan kondisi ruang bakar mulai saat tetesan keluar dari jarum penempelan precursor sampai oksidasi lanjut deposit pada plat panas. Penggunaan suhu ruang yang sesuai dengan kondisi riil bahan bakar masuk ke engine menjadi point krusial pada morphology deposit. Suhu ruang yang panas dan suhu plat empingement yang cenderung lebih rendah dari suhu ruang akan membuat tetesan bahan bakar teroksidasi terlebih dahulu sebelum menempel ke dinding piston dan area ruang bakar. Droplet bahan

Deposit pada injektor merupakan bagian yang mendapatkan banyak perhatian dari para peneliti karena efek yang ditimbulkan sangat signifikan terhadap performa engine, mulai dari berubahnya karakteristik spray, penurunan power, meningkatnya konsumsi bahan bakar, meningkatnya emisi, tingginya noise bahkan tersumbatnya lubang injektor.

Gambar 5. Efek deposit pada sistem injektor terhadap karakteristik spray (ITWAAMTech 2012) Hingga saat ini studi mengenai mekanisme pembentukan deposit biodiesel masih sedikit. Kemudahan biodiesel untuk terdegradasi merupakan salah satu faktor yang diduga kuat meningkatkan terbentuknya deposit biodiesel. Penambahan aditif antioksidan yang dilakukan yusmady telah terbukti dapat meningkatkan nilai stabilitas biodiesel yang diuji melalui accelerated test pada keadaan standard 1100C, akan tetapi efek penggunaan antioksidan tersebut terhadap pembentukan deposit belum banyak dilaporkan. Pembentukan deposit pada engine merupakan fenomena yang cukup kompleks dan sangat tergantung pada kombinasi berbagai macam parameter seperti bahan bakar, permukaan material, temperatur, tekanan, kondisi ruang bakar dll. Selama engine beroperasi terdapat butiran kecil bahan bakar yang tak terhitung jumlahnya yang terjadi pada saat penyemprotan bahan bakar. Pada kondisi high load, lebih dari 50% bahan bakar terdeposisi pada permukaan logam (piston bowl). Interaksi antara butiran bahan bakar dengan permukaan logam akan KE-40


bakar mengalami evaporasi, menempel pada plat panas, terpapar api pembakaran, tekanan tinggi dan pusaran udara. Proses yang sangat rumit perlu disimulasikan didalam test rig agar mendapatkan kualitas deposit yang mendekati riil diengine. Sehingga jumlah deposit yang terbentukpun mampu menggambarkan kondisi sesungguhnya. Hal tersebut dapat menjelaskan tahapan & proses pembentukan deposit dengan lebih baik.

METODE PENELITIAN Dari berbagai literature dan paper bahwa penggunaan biodiesel menyebabkan beberapa problem, salah satunya pembentukan deposit. Untuk dapat mengurangi atau menghilangkan pembentukan deposit pada ruang bakar maka perlu adanya studi awal tentang proses pembentukan dan struktur deposit. Pada riset ini digunakan dua jenis bahan baku yaitu biodiesel dari kelapa sawit dan dari Jarak. Keduanya memiliki sifat fisik yang berbeda. Biodiesel yang berasal dari kelapa sawit memiliki nilai Iodine yang lebih kecil yang berarti lebih tahan terhadap oksidasi dibanding dengan biodiesel yang berasal dari Jarak.

TINJAUAN PUSTAKA Sifat deposit sangat dipengaruhi oleh suhu dimana deposit tersebut terbentuk. Dengan perbedaan suhu struktur deposit juga berbeda. Nagao,et.al.[5] menyatakan bahwa kualitas deposit dipengaruhi oleh temperatur dinding. Pada suhu tinggi (> 550deg C) deposit yang terbentuk bersifat sangat tipis, lembut dan kering dan mudah terbawa oleh aliran gas di ruang bakar. Bahan deposit berasal dari carbon. Pada suhu dibawah 200 deg C deposit berasal dari bahan bakar, adhesive, dan karbon. Berdasarkan Leperhoff struktur deposit yang dihasilkan <200 deg C, karbon gelap (dark carbon), karbon basah dan soot terlihat pada studi ini. Berdasarkan riset Yusmady [6] kecepatan evaporasi droplet bahan bakar yang menempel pada dinding panas merupakan faktor terpenting dari pembentukan deposit yang berlebihan. Yusmady memperoleh kecepatan evaporasi droplet pada bahan bakar referensi hanya berkisar 1 milisecond, sedang biodiesel mencapai 9 mili second. Akan tetapi test rig yang digunakan yusmady dengan meniadakan pengaruh suhu ruang bakar, sehingga hasil tersebut kurang mampu menghasilkan test yang mirip dengan test engine. Akan tetapi sebagai tahap awal riset ini akan membandingkan desain rig Yusmady dengan desain yang disempurnakan. Hasil yang diharapkan adalah test rig yang dapat membedakan pengaruh bahan bakar dan additive terhadap pembentukan deposit di ruang bakar. Kedua adalah mengetahui fenomena pembentukan deposit secara detail agar dapat mengegahnya secara efektif.

Gambar 6. Sumber biodiesel Sawit dan Jarak yang digunakan untuk penelitian pembentukan deposit Dengan variasi bahan bakar yang mempunya komposisi, sifat kimia fisik yang berbeda aktifitas riset bertujuan untuk meneliti hubungan parameter tersebut dalam hal pembentukan deposit. Proses pembentukan deposit dimulai saat bahan bakar disemprotkan de dalam ruang bakar. Bahan bakar mengalami evaporasi oleh suhu ruang bakar dan sisanya menempel pada dinding dinding ruang bakar. Saat di dinding ruang bakar, fuel mengalami evaporasi lanjutan dan oksidasi oleh oksigen. Saat bahan bakar yang terevaporasi terbakar, fuel yang menempel di dinding terpapar oleh api dengan suhu diatas 1500 0C. Kemudian dilanjutkan dengan penyerapan gas buang dan smoke. Selain itu masih terdapat proses shear oleh aliran udara akibat swirling (percampuran udara dan bahan bakar). Berdasarkan riset dari Yusmady [6] penempelan bahan bakar di dinding dan proses evaporasi merupakan faktor utama terjadinya deposit di ruang bakar. Sehingga memperoleh data evaporasi (waktu, suhu) bahan bakar di plat panas KE-40


merupakan hal penting untuk diteliti lebih lanjut. Bagaimana pengaruh penambahan additive terhadap kecepatan evaporasi bahan bakar terhadap suhu plat. Riset awal menggunakan test rig seperti yang dilakukan oleh Yusmady.

(55x55x0.02 mm)

Keterangan: : Modul termokopel tipe K (Max6675)

2

: Mikrokontroler Arduino Uno R3

3

: Power Supply 24 V DC & Relay Solenoid

4

: Laptop, penyimpan data temperatur & pemrogram mikrokontroler

5

: Droping bahan bakar (Prinsip Mariote Siphon )

6

: Valve

7

: Termokopel tipe K

8

: Solenoid Valve Shako PU220AR0224V

9

: Cover transparan

10

: Jarum

11

: Holder plat tipis stainless steel

12

: Shim Plate Stainless steel SUS 304

: Indikator seting temperatur hot plate

14

: Pengatur temperatur dengan skala 50C

15

: Sensor IR

16

: Video Camera

Pada tahap ini dihasilkan pengaruh suhu terhadap kecepatan evaporasi suatu bahan bakar. Kedua pengaruh penambahan additive terhadap suhu evaporasi. Ketiga untuk mengetahui suhu optimum untuk mendapatkan deposit yang paling sedikit. Keempat adalah mengetahui stuktur morphology deposit yang dihasilkan oleh plat panas dan dibandingkan dengan deposit uji riil engine. Pembentukan deposit dilakukan dengan cara meneteskan bahan bakar secara berulang pada permukaan plat SS pada temperatur tertentu melalui sebuah jarum. Sebagai tahap awal perlu dilakukan seraingkaian pengujian untuk mengetahui karakteristik & kondisi optimum pembentukan deposit biodiesel pada plat SS. Kondisi optimum tersebut akan digunakan untuk membandingkan deposit dari variasi bahan bakar biodiesel yang berbeda. Tahap kedua dalam riset ini akan menggunakan test rig sudah sempurnakan. Penyempurnaan meliputi suhu ruang test rig yang disesuaikan dengan suhu ruang bakar mesin diesel 200-600 0C. Selain itu suhu plat juga divariasikan dibawah suhu suhu ruang bakar. Hal tersebut dibuat semirip mungkin dengan kondisi nyata diruang bakar. Dari riset ini hasil yang diharapkan antara lain:  Laju evaporasi saat droplet jatuh sebelum menyentuh hot plate dengan variasi suhu ruang bakar dan plate  Laju evaporasi saat di hot plate  Jumlah deposit yang dihasilkan dengan multi droplet  Perbedaan jumlah & morphology deposit dengan dan tanpa additive

Gambar 7. Skema Test Rig Hot Plate Deposit Test

1

13

KE-40


HASIL YANG DICAPAI Pembentukan deposit biodiesel pada plat SS dilakukan dengan tujuan sebagai seleksi tahap awal terhadap variasi bahan bakar biodiesel yang digunakan, baik itu variasi bahan baku biodiesel maupun variasi aditif antioksidan yang ditambahkan. Penggunaan metode ini menjadi test tahap awal untuk mengetahui potensial deposit dari suatu variasi bahan bakar dengan waktu dan biaya pengujian yang lebih sedikit bila dibandingkan dengan pengujian menggunakan durability engine. Metode ini akan dianalisa bagaimana sensitifitasnya terhadap penggunaan additive yang berbeda dan akan dibandingkan dengan metode yang lebih mendekati real engine. Pada tahap awal dilakukan pengukuran waktu evaporasi dari satu tetes biodiesel. Data waktu evaporasi satu tetes biodiesel digunakan untuk membantu penetapan jeda waktu tetesan saat dilakukan proses deposisi berulang..

Gambar 8. Profile waktu evaporasi satu tetes bahan bakar biodiesel dan solar pertamina Profile waktu evaporasi bahan bakar biodiesel yang lebih lama pada plat panas dibandingkan dengan solar dapat menjelaskan mengapa penggunaan bahan bakar biodiesel berdasarkan beberapa laporan literatur mengalami peningkatan dalam pembentukan deposit. Salah satu mekanisme pembentukan deposit diawali dengan terbentuknya lapisan film/ pembasahan dinding ruang bakar, waktu tinggal yang lebih lama dan jumlah bahan bakar yang cenderung lebih banyak tertinggal pada permukaan dinding ruang bakar akan mengalami reaksi lebih lanjut dan membentuk deposit dengan kecenderungan lebih banyak.

a) Karakteristik waktu evaporasi tetesan bahan bakar pada plat Stainless Steel (SS) Dari grafik 8 dibawah terlihat bahwa waktu evaporasi bahan bakar solar lebih cepat bila dibandingkan dengan bahan bakar biodiesel, hal ini berkaitan dengan karakteristik kurva destilasi dan titik didih bahan bakar solar yang lebih rendah bila dibandingkan dengan biodiesel.

Untuk mendapatkan deposit yang optimum pada plat panas, plat panas harus dikondisikan selalu dalam keadaan basah dengan cara mengatur jeda waktu tetesan bahan bakar. Berdasarkan kurva waktu evaporasi tersebut, maka jeda tetesan pada kondisi temperatur plat lebih besar dari 3100 C harus < 15 detik. Berdasarkan hasil percobaan jeda tetesan terkecil yang paling mungkin untuk digunakan adalah 3 detik. Apabila jeda waktu tetesan diperkecil lagi maka jumlah bahan bakar yang membasahi plat akan terlalu banyak dan melebihi luas area plat yang digunakan.

Berdasarkan riset sebelumnya penggunaan biodiesel B50 akan menghasilkan banyak deposit pada injektor seperti terlihat pada gambar 7 (insert). Khususnya pada suhu rendah akan menghasilkan deposit yang lebih banyak, hal tersebut jelas terlihat pada gambar

b)

Optimasi Pembentukan deposit pada Plat SS Optimasi dilakukan untuk mengetahui temperatur paling optimum pembentukan deposit pada plat SS. Range temperatur yang akan divariasikan adalah antara 310 - 4200C yang diperkirakan merupakan range KE-40


temperatur pada dinding ruang bakar/injektor tip berdasarkan pada data TGA deposit dari literatur [7]. Titik temperatur optimum tersebut akan digunakan untuk pengujian bahan bakar biodiesel dan aditif antioksidan.

c)

Pengaruh Penambahan Aditif Antioksidan Terhadap Sifat Fisik Biodiesel dan Pembentukan Deposit pada Plat SS

Aditif yang digunakan dalam penelitian ini adalah PG, BHA dan BHT , masing masing ditambahkan ke dalam biodiesel dengan kadar 1000 ppm. Salah satu mekanisme terbentuknya deposit pada ruang bakar adalah melalui pembentukan lapisan film bahan bakar yang dapat terjadi karena kondensasi ataupun pembasahan dinding ruang bakar oleh bahan bakar. Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk menghambat terbentuknya deposit adalah dengan mempercepat proses evaporasi kembali bahan bakar yang membasahi dinding sebelum reaksi lebih lanjut terjadi. Dari grafik 10 terlihat bahwa penambahan aditif antioksidan pada biodiesel sawit maupun jarak mampu mengeser waktu evaporasi bahan bakar pada beberapa titik temperatur, sehingga diharapkan aditif tersebut mampu menghambat pembentukan deposit dengan cara menguapkan bahan bakar yang membasahi dinding ruang bakar. Dari grafik terlihat bahwa penambahan ketiga antioksidan pada biodiesel sawit mampu menurunkan deposit dalam plat panas. Akan tetapi perbedaan waktu yang terjadi masih terlalu kecil. Sehingga perlu adanya pemanasan saat bahan bakar mencapai pelat panas, hal tersebut sesuai dengan kondisi riil pada ruang bakar. Akan tetapi pada suhu tinggi penambahan additive tidak banyak berpengaruh terhadap waktu evaporasi bahan bakar.

Gambar 9. Pengaruh suhu plat terhadap pembentukan deposit biodiesel Pembentukan deposit biodiesel sawit pada plat tipis dengan interval tetesan 3s terjadi pada temperatur mendekati  340oC mendekati titik didih T90 dari FAME biodiesel sawit yang disebutkan pada referensi. Hasil analisa TGA (Termal Gravimetri Analisis) yang pernah dilakukan oleh peneliti [7] terhadap deposit bahan bakar emulsi biodiesel pada injektor menunjukkan bahwa komposisi utama deposit sebagian besar dapat menguap pada temperatur di sekitar 350-400 oC. Hal ini hampir mendekati dengan hasil pada plat SS dimana pembentukan deposit optimum pada o temperatur  340 C, dan menurun secara tajam ketika temperatur dinaikkan antara 350 -400 oC.

Gambar 10. Pengaruh additive terhadap waktu dan suhu evaporasi d) Pengaruh Bahan Baku Biodiesel Terhadap Pembentukan Deposit Pada Plat SS Bahan baku biodiesel yang berbeda akan memiliki komposisi asam lemak yang berbeda. Stabilitas biodiesel dan kemudahan membentuk prekursor deposit berkaitan dengan komposisi ikatan rangkap pada biodiesel. FAME dengan ikatan rangkap atau KE-40


dikenal dengan ikatan tidak jenuh, cenderung lebih mudah mengalami degradasi menghasilkan asam dan sludge yang diakibatkan karena adanya oksigen dan panas [8].

Gambar 11. Contoh ikatan rangkap C=C

pada

biodiesel

Tabel 1. Deposit biodiesel pada plat tipis stainless steel pada temperatur  3400C dengan deposisi 1000 tetes: deposit biodiesel sawit (a), deposit biodiesel jarak (b). Biodiesel jarak dengan jumlah ikatan rangkap / ikatan tidak jenuh yang lebih tinggi, ditambah dengan kondisi angka asam yang sudah tinggi tampak menghasilkan deposit dengan jumlah yang sangat banyak bila dibandingkan dengan biodiesel sawit. Data deposit pada plat SS tersebut mampu mengkonfirmasi mekanisme pembentukan deposit yang dikemukakan oleh Omori, et.al. dimana polimerisasi ikatan rangkap dan degradasi ikatan rangkap menjadi asam karboksilat merupakan prekursor terbentuknya deposit.

Gambar 12. Grafik komposisi FAME biodiesel sawit dan biodiesel jarak berdasarkan jumlah ikatan rangkap

Dari hasil analisa GC-FID, biodiesel jarak memiliki komposisi ikatan rangkap yang lebih banyak bila dibandingkan dengan biodiesel sawit, sehingga biodiesel jarak memiliki pote nsi untuk lebih mudah terdegradasi dan Menghasilkan deposit lebih banyak bila dibandingkan dengan biodiesel sawit. Hasil pengujian biodiesel sawit dan jarak pada plat panas dapat dilihat pada tabel 1.

e) Tingkat Pertumbuhan Deposit Pertumbuhan deposit pada injector dapat dilihat pada gambar dibawah ini Pada BS 50 tidak terlihat basah. Akan tetapi apabila diteliti secara fisik BS 50 juga cukup basah (oily). Pada pekanisme pembentukan deposit oleh Lepperhorff (1993) [9] dan dikuatkan oleh riset Taufiq dkk (2013), deposit akan mengalami pembentukan /penempelan dan pelepasan. Pelepasan tersebut terjadi akibat dari beberapa faktor antara lain suhu naik, gaya geser dan aliran fluida di dalam ruang bakar. Sehingga semakin banyak yang

Gambar 13. Pertumbuhan deposit pada injektor BS50 dan B100 Dari kedua set gambar diatas (gb 13) terlihat adanya perbedaan yang mencolok. KE-40


lepas maka akan semakin banyak yang dibuang lewat exhaust atau menempel di lokasi lain. Apabila deposit deposit tersebut masuk kedalam ring piston maka akan menaikkan kecenderungan ring macet. Berdasarkan riset dari Taufiq (2013) terlihat dengan bertambahnya prosentase biodiesel akan membentuk deposit yang lebih banyak jumlahnya. Deposit tersebut akan tumbuh dan terlepas sejalan dengan berjalannya waktu uji. Jumlah deposit yang lebih banyak sehingga akan menyumbat lubang semprotan bahan bakar. Selain itu sifat deposit BS50 yang lengket akan meningkatkan kecenderungan penumpukan deposit. Pada riset tersebut (200 jam) hampir semua lubang tertutup sehingga mempengaruhi pola semprotan bahan bakar. Semprotan /spray terganggu akan mengakibatkan menaikkan prosentase pembasahan pada piston crown dan dinding liner. Dengan demikian akan menaikkan jumlah deposit pada ring piston. Dengan naiknya jumlah deposit pada ring piston akan mempercepat terjadinya macet pada ring piston.

Gambar 14. Pola pertumbuhan & pelepasan deposit kurun 200 jam durability Pada B100 deposit pada tip terlihat basah dan volume lebih sedikit dari BS50. Hal tersebut akibat dari evaporasi yang tidak sempurna atau akibat lubang injektor yang tertutup. Jumlah deposit yang sedikit akibat dari luruhnya deposit yang terbentuk oleh cairan bahan bakar yang tidak terbakar. Sehingga deposit yang luruh akan terbuang ke saluran gas buang atau menempel ke lokasi lainnya. Apabila luruhan tersebut masuk kedalam ring piston maka akan menaikkan kecendrungan macetnya ring piston. Selain itu dengan basahnya deposit pada injektor merupakan indikasi adanya evaporasi yang tidak sempurna. Hal tersebut akibat dari viskositas yang tinggi ataupun oleh evaporasi yang terganggu antara lain oleh tertutupnya lubang injeksi. Dengan spray buruk akan meningkatkan pembasahan di dinding ruang bakar. Berdasarkan riset dari Yusmady (2010)[10] pembasahan dinding ruang bakar akan meningkatkan potensi pembentukan deposit pada komponen komponen di ruang bakar, seperti silinder

Gambar 15. Pertumbuhan volume deposit selama 200 jam Kesimpulan head, piston crown maupun ring piston. Dengan adanya pembasahan piston crown dan ring piston oleh bahan bakar akan menyebabkan masuknya bahan bakar biodiesel pada oli mesin.

1. Pada plat panas, biodiesel sawit yang memiliki ikatan tidak jenuh dan angka asam lebih kecil menghasilkan deposit yang jauh lebih sedikit bila dibandingkan dengan biodiesel jarak dengan KE-40


ikatan tak jenuh dan angka asam yang tinggi

electron microscope study. Atmospheric Environment 49 (2012) 391e402 3. Ömer G, L.R.R. 2004, Harold H. Schobert, Morphology of carbon deposit as a function of coal-derived Jet fuel chemical composition. Prepr. Pap.-Am. Chem. Soc., Div. Fuel Chem. 2004, 49(2), 773. 4. Guralp O, H.M., Assanis D, Filipi Z, Kuo TW, Najt P, Rask R. 2006 , Characterizing the effect of combustion chamber deposits on a gasoline HCCI engine. SAEPaper 2006; No. 2006-01-3277 5. Nagao F, Ikegami M, Tokunaga A. Temperature dependence of carbon deposits in diesel combustion chamber. Bull JSME 1966;9(35):573 6. Arifin, Y. B. M.,2009, Diesel and Biodiesel Fuel Deposits on a Hot Wall Surface. A Thesis, Department Of Mechanical System Engineering Gunma University Japan 7. Lin, Y.-S., and Lin, H.-P.,2011, Spray characteristics of emulsified castor biodiesel on engine emissions and deposit formation. Renewable Energy 36 8. Fattah, I. M. R., Masjuki, H. H., Kalam, M. A., M.A. Hazrat, B. M. M., and S. Imtenan, A. M. A.,2014, Effect of antioxidants on oxidation stability of biodiesel derived from vegetable and animal based feedstocks. Renewable and Sustainable Energy Reviews 30, 356–370 9. Lepperhoff, G., Houben, M., Mechanisms of deposit formation in internal combustion engines and heat exchangers, SAE Technical Report 931032, 1993 10. Arifin, Y. M., and Arai, M.,2010, The effect of hot surface temperature on diesel fuel deposit formation. Fuel 89 11. Mokhtar, M.,2014, Analisa Pengaruh Glycerid pada Biodiesel dengan Kadar B50 Dan B100 Terhadap Pembentukan

2. Semakin tinggi suhu plat panas deposit yang dihasilkan akan semakin sedikit. Hal tersebut berhubungan dengan semakin banyaknya bahan bakar yang menempel pada plat cepat terevaporasi. 3. Pengujian dengan menaikkan suhu plat panas akan menghasilkan suhu optimum pembentukan deposit. Suhu tersebut dapat digunakan untuk titik referensi test pembentukan deposit dengan menggunakan plat panas. 4. Pada pengujian menggunakan plat panas, penambahan antioksidan PG, BHA dan BHT dengan kadar 1000 ppm cenderung memperpendek waktu evaporasi dan cenderung menurunkan jumlah deposit yang terbentuk. Akan tetapi nilai tersebut tidak cukup signifikan untuk membandingkan performa suatu additive. 5. Pengujian pada engine mengidikasikan adanya penumpukan deposit pada penggunaan biodiesel sawit maupun jarak. Pertumbuhan deposit pada biodiesel jarak disebabkan karena memiliki jumlah ikatan rangkapnya lebih banyak dibandingkan dengan biodiesel sawit. Referensi 1. Caceres D, Reisel JR, Sklyarov A, Poehlman A., Exhaust emission deterioration and combustion chamber deposits composition over the life cycle of small utility engine,. J Eng Gas Turb Power 2003;125:358–64 2. Liati a, P. Dimopoulos Eggenschwiler , E. Müller Gubler, D. Schreiber, M. Aguirre, 2005, Investigation of diesel ash particulate matter . A scanning electron microscope and transmission KE-40


Deposit di Injektor Menggunakan Siklus CECF98-08. Tesis, FT UI 12. Liaquat, A. M., Masjuki, H. H., Kalam, M. A., Fazal, M. A., 13. Claydon, D.,2013, Fuel Additives and their Application in Engines Using Biofuels. goriva i maziva 52 14. Omori, T., Tanaka, A., Yamada, K., and Bunne, S.,2011, Biodiesel deposit formation mechanism and improvement of Fuel Injection Equipment (FIE). SAE 2011-01-1935 15. Yang, Z., Hollebone, B. P., Wang, Z., Yang, C., and Landriault, M.,2013, Factors affecting oxidation stability of commercially available biodiesel products. Fuel Processing Technology 106, 366–375

KE-40

Karakterisasi Pembentukan Deposit pada Ruang Bakar Mesin Diesel Dengan Metode Tetesan Pada Pelat Panas

Recommend Documents