PEMBUATAN DAN PENGUJIAN BIODIESEL BIJI NYAMPLUNG PADA MESIN DIESEL MULTI INJEKSI DENGAN VARIASI KOMPOSISI CAMPURAN BIODIESEL DAN BIOSOLAR

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XX Program Studi MMT-ITS, Surabaya 1 Februari 2014

PEMBUATAN DAN PENGUJIAN BIODIESEL BIJI NYAMPLUNG PADA MESIN DIESEL MULTI INJEKSI DENGAN VARIASI KOMPOSISI CAMPURAN BIODIESEL DAN BIOSOLAR Amin Jakfar dan Bambang Sudarmanta. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS- Keputih, Sukolilo, Surabaya 60111 e-mail : [email protected] ABSTRAK Biji nyamplung (calophyllum inophyllum) merupakan salah satu tanaman yang dapat dipakai sebagai sumber bahan bakar yang terbarukan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui proses pembuatan biodiesel dari minyak biji nyamplung karena rendemen minyak yang di hasilkan dari bijinya lebih besar dari biji tumbuhan lain yaitu mencapai 70% dan pengaruh komposisi campurai biodiesel dengan biosolar terhadap unjuk kerja mesin diesel stasioner dengan sistem injeksi bertingkat dengan karakteristik semprotan.Penelitian ini menggunakan bahan bakar biodiesel minyak biji Nyamplung dengan komposisi campuran dari B0, B20, B40, B60, B80, dan B100 dengan mengaplikasikan injektor solenoid pada mesin diesel empat langkah Diamond tipe Di 800. Pengujian dilakukan dengan injeksi bertingkat pada 75%-25%. Pengujian dilakukan di Laboratorium Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar yang berada di Teknik Mesin FTI ITS Surabaya. Penelitian diawali dengan proses pembuatan biodiesel Minyak Biji Nyamplung dan pengujian properties karakteristik biodiesel sebelum dilakukannya pengujian pada mesin diesel. Kemudian, dilakukan pengujian unjuk kerja pada putaran konstan (2000rpm), pengambilan data pada pembebanan 200 Watt sampai 2.000 Watt dengan interval 200 Watt. Hasil yang didapatkan dari penelitian adalah dengan menggunakan variasi komposisi campuran dari B0 sampai dengan B100 yaitu daya, torsi, dan bmep mengalami penurunan rata 0.21% sedangkan sfc mengalami peningkatan seiring bertambahnya variasi komposisi campuran. Effisiensi thermis mengalami penurunan pada pembebanan 1200 watt sampai dengan 2000 watt. Temperatur gas buang mengalami peningkatan dan temperature engine,oli dan radiator mengalami penurunan pada variasi komposisi campuran B100. Kata kunci: Biodiesel Biji Nyamplung,Komposisi Biodiesel dan Biosolar, Mesin Diesel Multi Injeksi.

PENDAHULUAN Krisis energi dunia yang terjadi pada dekade terakhir memberikan dampak yang signifikan pada meningkatnya harga bahan bakar minyak (BBM), Eksplorasi yang terusmenerus dan meningkat menyebabkan cadangan minyak bumi semakin menipis.Khususnya di Indonesia yang diperkirakan cadangan sumber daya minyak bumi yang ada tinggal 7,99 miliar barel dan dengan tingkat produksi 346 juta barel per tahun, maka cadangan ladang minyak bumi Indonesia tinggal 23 tahun mendatang [1]. Pemanfaatan sumber energi sebagai salah satu bentuk energi alternatif adalah biofuel, bioethanol dan biodiesel sebagai pengganti bensin dan solar. Sumber energi yang digunakan sebagai pengganti solar salah satunya adalah biodiesel yaitu sumber energi yang terbuat dari

ISBN : 978-602-97491-9-9 A-22-1


tumbuhan dan hewan. Dari jenis tumbuhan yang dapat dikembangkan untuk biodiesel yang ada di Indonesia salah satunya adalah pohon nyamplung (calophyllum inophyllum). Biodiesel digunakan dalam bentuk campuran antara biodiesel murni dengan biosolar. Pengkodean pencampuran biodiesel dalam biosolar ditulis dengan huruf B diikuti dengan prosentase biodiesel yang dicampurkan. Sebagai contoh B20 adalah campuran bahan bakar yang mengandung 20% volume biodiesel dan 80% volume biosolar. Setiap campuran biodiesel-biosolar akan mempunyai karakteristik masing-masing pada saat digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel [2]. Pohon Nyamplung (calophyllum inophyllum) merupakan salah satu sumber bahan baku biodiesel. Bagian dari pohon Nyamplung yang dapat digunakan sebagai biodiesel adalah inti bijinya. Bahan ini (biji Nyamplung) selain tidak dapat dikonsumsi, tanaman jenis tersebut juga terdapat hampir di semua Negara tropis dan subtropis, termasuk Indonesia. Biji buah Nyamplung yang sering dianggap masyarakat tidak berguna, ternyata dapat dimanfaatkan sebagai sumber bahan bakar alternatif minyak pengganti solar. Tanaman Nyamplung tersebut memiliki biji yang berpotensi menghasilkan minyak Nyamplung, terutama biji yang sudah tua. Kandungan minyaknya mencapai 50% hingga 70% (yang diperoleh secara mekanik, yaitu dengan proses pengepresan) dan mempunyai ketahanan bakar dua kali lipat lebih lama dibandingkan minyak tanah [8]. Selain itu juga karena kandungan sulfur yang dimiliki oleh minyak Nyamplung tergolong sangat rendah, sehingga jika dijadikan bahan bakar alternatif maka emisi gas buang yang dihasilkan dari proses pembakaran juga akan lebih ramah lingkungan [3]. Penelitian Jornalis Bambang Prastyanto [4], Institut Teknologi Sepuluh Nopember, FTI, jurusan Teknik Mesin dari penelitian tentang pengaruh penambahan biodiesel dari minyak biji nyamplung pada bahan bakar solar terhadap hasil uji unjuk kerja mesin diesel generator set dengan prosentase volumetris10%, 20%, 30% dan 100% (B10, B20, B30 dan B100) yang telah dilakukan menyimpulkan bahwa:  untuk daya, torsi dan bmep terjadi penurunan yang sama. Nilai penurunan rata-rata secara berturut-turut: 2,82%, 10,31%, 11,85% dan 30,23%.  untuk sfc terjadi kenaikan, nilai kenaikan rata-rata secara berturut-turut : 1,87%, 20,88%, 20,72% dan 69,15%.  untuk efisiensi thermis terjadi penurunan setelah penambahan lebih dari 10% biodiesel, dimana pada penambahan 10% biodiesel terjadi kenaikan 5,92%. Sedangkan nilai penurunan rata-rata secara berturut-turut: 7,90%, 12,80%, 36,23%.  untuk temperatur exhaust terjadi kenaikan seiring dengan penambahan %biodiesel. Penelitian S. M. Ashrafur Rahman, et all [6], Universitas Malaysia, Fakultas Teknik, tentang Pembuatan Biodiesel dari kelapa sawit dan Calophyllum inophyllum serta investigasi kinerja campuran dan pembuangant emisi dalam mesin diesel dimodifikasi pada kondisi idle tinggi. Menyimpulkan bahwa;  Brake Spesific Energi Consumsi (BSEC) biodiesel calophyllum lebih baik daripada biodiesel kelapa sawit karena memiliki nilai kalor yang lebih tinggi.  Emisi CO dan HC menurun dengan meningkatnya presentase campuran.  Peningkatan emisi NOx untuk persentase kecil campuran diabaikan dibandingkan dengan diesel, bagaimanapun.  Untuk kondisi 1000 RPM beban 10% dan 1200 RPM 12% beban BTE untuk kedua campuran biodiesel-solar menurun signifikan. Penelitian yang dilakukan Sudarmanta, B, et all,[5] Institut Teknologi Sepuluh Nopember,FTI, jurusan Teknik Mesin, tentang Pengaruh Penambahan Biodiesel Terhadap Unjuk Kerja dan Emisi Motor Diesel Pada Derajat Waktu Injeksi Advanced, Menyimpulkan bahwa; ISBN : 978-602-97491-9-9 A-22-2




Pada pemakaian 100 % biodiesel dapat mengurangi durasi ignition delay sampai 4 deg, durasi premixed combustion sampai 2 deg, heat release total sampai 26 %, emisi soot sampai 30 % serta meningkatkan durasi diffusion combustion sebesar 3 deg dibandingkan dengan fossil diesel.  Pada pengukuran unjuk kerja mesin menunjukkan bahwa penambahan persentase biodiesel kedalam campuran bahan bakar menghasilkan penurunan unjuk kerja (torsi, daya, bmep dan effisiensi thermis) 1–3 % untuk setiap penambahan 20% biodiesel pada campuran bahan bakar dan kenaikan bsfc 2-4 % untuk setiap penambahan 20% biodiesel pada campuran bahan bakar.  Pada pengukuran emisi mesin menunjukkan bahwa penambahan persentase biodiesel kedalam campuran bahan bakar menghasilkan penurunan emisi partikel soot 4–6 % untuk setiap penambahan 20% biodiesel pada campuran.

METODE PENELITIAN Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui cara pembuatan dan pengujian biodiesel biji nyamplung yang diuji pada mesin diesel stasioner multi injeksi. Pengujian dilakukan dengan memvariasikan campuran biodiesel biji nyamplung dengan biosolar dari pertamina.Variasi campuran yang digunakan adalah B0, B20, B40, B60, B80 dan B100. Sebelum pengujian dilakukan, terlebih dahulu dilakukan pencampuran bahan bakar biosolar dari pertamina dengan biodiesel nyamplung.Sebagai contoh dengan perbandingan 80% solar + 20% biodiesel adalah untuk memperoleh campuran biodiesel B20. Berikut skema engine dan alat ukur yang digunakan dalam penelitian ini (Gambar.1).

Gambar 1. Skema engine alat ukur

Gambar 1 Skema engine dan alat ukur

Dari Gambar 1 dapat dilihat skema pengujian pada engine diesel Diamond tipe Di 800, dimana engine dan generator dihubungkan dengan menggunakan v-belt. Alat ukur dipasangkan seperti terlihat pada gambar, dimana pada generator dipasangkan voltmeter dan amperemeter untuk pembacaan arus dan tegangan. Penelitain ini menggunakan metode pengujian kecepatan konstan (constant speed test). Pengujian dilakukan dengan menaikkan putaran mesin hingga mesin mencapai putaran optimum, kemudian generator dinyalakan dan diberikan pembebanan dengan menggunakan lampu secara betahap. Kemudian dilakukan pengukuran tegangan dan arus output dari generator, pengukuran waktu konsumsi 25ml bahan bakar dan mengukur temperatur gas buang, temperatur engine, temperatur oli pelumas, dan temperatur radiator. Prosedur untuk pengujian adalah pertama dilakukan pencampuran bahan bakar dari B0 sampai dengan B100. Kemudian dilakukan pengecekan pada komponen engine dan juga alat ukurnya. Setelah itu mesin dihidupkan dengan settingan injeksi bertingkat 75%-25% pada putaran idle (+ 800 rpm) selama + 5 menit sampai mesin mencapai suhu kerja. Kemudian putaran engine dinaikkan hingga putaran 2000 rpm dan diberikan beban dari generator yang ISBN : 978-602-97491-9-9 A-22-3


diatur dengan menyalakan lampu sebesar 200 Watt sampai dengan 2000 Watt dengan interval 200 Watt. Pada setiap perubahan pembebanan lampu dilakukan pencatatan data sebagai berikut : Tegangan, Arus, Waktu konsumsi bahan bakar setiap 25 ml, Temperatur oli, gas buang, engine dan radiator.. Selanjutnya dilakukan penggantian bahan bakar dari B0, B20, B40, B60, B80 dan B100 yang dibuang melalui saluran bahan bakar yang kemudian dilakukan pengujian ulang. Setelah semua variasi campuran bahan bakar selesai diuji, putaran engine diturunkan perlahan. Kemudian engine dimatikan, ECU dan semua alat ukur elektronik dimatikan. HASIL DAN DISKUSI Berikut grafik unjuk kerja dan temperatur hasil perhitungan data penelitian setelah pengambilan semua data dilakukan pada masing-masing variasi campuran bahan bakar: 1. Daya efektif (Ne) Dari grafik diatas terlihat bahwa daya yang dihasilkan meningkat seiring dengan meningkatnya beban yang diberikan. Pada putaran motor yang konstan untuk mengatasi beban yang semakin besar maka bahan bakar yang diinjeksikan akan semakin banyak. Sehingga pembakaran bahan bakar yang terjadi diruang bakar lebih besar. Sehingga energi kalor yang dimiliki bahan bakar yang diubah menjadi energi mekanik juga akan semakin meningkat..Dari grafik terlihat penambahan % biodiesel minyak biji nyamplung pada biosolar memiliki kecenderungan menurunkan daya. Hal ini disebabkan kurang tercapainya pembakaran yang sempurna dikarenakan semakin tingginya nilai viskositas, yang dapat menyebabkan semakin rendahnya kemampuan untuk membentuk campuran yang homogen dengan udara. Meskipun biodiesel mengandung kadar O2, yang dapat membantu proses pembakaran lebih sempurna, namun hal ini masih belum mencukupi untuk tercapainya pembakaran yang optimal seperti halnya pada biosolar.

Daya (hp)

Daya Vs Beban 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0

B0 B20 B40 B60 0

Gambar 2. Grafik daya terhadap beban 500

1000

1500

2000

Beban (Watt)

2500

B80 B100

Gambar 2. Grafik daya terhadap beban

2. Torsi (T) Dari Gambar 3 terlihat bahwa nilai torsi meningkat seiring dengan meningkatnya beban yang diberikan. Hal ini disebabkan karena dengan penambahan beban maka terjadi penambahan konsumsi bahan bakar pada engine. Penambahan bahan bakar tersebut dimaksudkan untuk mengatasi beban dan menjaga putaran engine tetap konstan, sehingga terjadi pembakaran yang lebih besar. Energi kalor bahan bakar yang diubah menjadi energi mekanik juga bertambah besar, yang merupakan representasi gaya dorong pada piston. Bila gaya dorong pada piston besar, maka torsi juga akan besar.Dengan semakin besarnya ISBN : 978-602-97491-9-9 A-22-4


penambahan % biodiesel dari minyak biji nyamplung pada biosolar hal ini mengakibatkan nilai torsi semakin menurun. Hal ini disebabkan semakin besar % penambahan biodiesel minyak biji nyamplung pada biosolar mengakibatkan menurunnya nilai kalor. Sehingga semakin besar penambahan % biodiesel pada solar akan dapat menurunkan nilai torsi.

Torsi (N.m)

Torsi Vs Beban 70 60 50 40 30 20 10 0

B0 B20 B40 B60

Gambar 3. Grafik torsi terhadap beban 0

500

1000

1500

2000

B80 2500

B100

Beban (Watt)

Gambar 3. Grafik torsi terhadap beban

3. Tekanan Efektif Rata-rata (bmep)

bmep Vs Beban 300 bmep (kPa)

250

B0

200

B20

150

B40

100

B60

50

B80

0 0

500

1000

1500

2000

2500

B100

Beban (Watt)

Gambar 4. Grafik bmep terhadap beban

Dari Gambar 4 terlihat bahwa besarnya bmep meningkat seiring dengan meningkatnya beban yang diberikan, hal ini disebabkan karena injeksi bahan bakar yang masuk kedalam ruang bakar yang semakin besar, sehingga pembakaran yang terjadi semakin besar, yang merupakan kompensasi untuk menjaga putaran engine konstan.dari gambar 4 menunjukkan bahwa penambahan biodiesel minyak biji nyamplung pada biosolar dapat menurunkan nilai bmep. Penyebab turunnya nilai bmep karena faktor nilai kalor. Karena penambahan % biodiesel minyak biji nyamplung pada biosolar dapat menurunkan nilai kalor, maka hal ini dapat menyebabkan nilai bmep turun.

ISBN : 978-602-97491-9-9 A-22-5


4. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) Dari Gambar 5 dapat dilihat bahwa pemakaian bahan bakar spesifik cenderung menurun seiring dengan bertambahnya beban. Hal ini disebabkan karena campuran bahan bakar dan udara yang terlalu miskin, sehingga untuk menghasilkan daya 1 hp dalam 1 jam membutuhkan lebih banyak bahan bakar. Seiring dengan bertambahnya beban serta peningkatan daya, engine semakin efektif dalam mengkonsumsi bahan bakar.

sfc (kg/hp.jam)

sfc Vs Beban 1.400 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000

B0 B20 B40 B60

Gambar 5. Grafik sfc terhadap beban 0

500

1000

1500

2000

B80 2500

B100

Beban (Watt)

Gambar 5. Grafik sfc terhadap beban

4. Efisiensi Thermal (ηth)

Eff thermal Vs Beban Eff thermal (%)

20 B0

15

B20

10

B40

5 0

B60

Gambar 6. Grafik efisiensi thermal terhadap beban 0

500

1000

1500

2000

2500

Beban (Watt)

B80 B100

Gambar 6. Grafik efisiensi thermal terhadap beban

Dari Gambar 6 dapat dilihat terjadinya peningkatan efisiensi thermal dengan bertambahnya beban. Pada beban rendah, efisiensi thermal engine bernilai rendah, hal ini terjadi akibat campuran udara bahan bakar yang miskin sehingga pembakaran yang terjadi kurang baik, sehingga pemanfaatan energi bahan bakar yang belum optimal. Seiring dengan naiknya pembebanan, pemanfaatan energi yang semakin baik, sehingga proses pembakaran semakin optimal yang berdampak pada efisiensi thermal pada engine yang naik. Penambahan % campuran biodiesel minyak biji nyamplung pada biosolar mengakibatkan penurunan nilai efisiensi thermis. Menurunnya nilai sfisiensi thermis disebabkan oleh rendahnya nilai kalor. Selain itu tingginya nilai viscositas biodiesel menjadikan kemampuannya untuk membentuk campuran homegen dengan udara menjadi rendah karena ISBN : 978-602-97491-9-9 A-22-6


penambahan biodiesel pada bahan bakar solar pada dasarnya dapat mempengaruhi karakterisasi berupa diameter rata-rata droplate yang lebih besar dan penetrasi semprotan yang lebih panjang. Hal ini menyebabkan pembakaran menjadi kurang sempurna dan efisiensi thermis menjadi lebih rendah. 5. Temperatur Exhaust (⁰C) Dari gambar 7 di bawah dapat dilihat bahwa temperatur gas buang cenderung naik seiring dengan bertambahnya beban. Hal ini disebabkan karena dengan bertambahnya jumlah kebutuhan bahan bakar untuk meningkatkan daya yang bertujuan kompensasi dari kenaikan beban. Volume bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam ruang bakar semakin banyak sehingga pembakaran yang terjadi akan semakin besar, sehingga temperatur gas buang ikut meningkat.

T. Exhaust Vs Beban 300

B20

200

B40

100 0

100

B0

B60

Gambar 7. Grafik temperatur gas buang B80 beban 1500 terhadap beban 0 terhadap 500 1000 2000 2500 Beban (Watt)

T. Engine (⁰C)

T. Exhaust (⁰C)

400

T. Engine Vs Beban 80

B0

60

B20

40

B40

20

B60

Gambar 8. Grafik temperatur engine 0 0

B100

Gambar 7. Grafik temperatur gas buang terhadap beban terhadap beban

1000

2000

3000

Beban (Watt)

B80 B100

Gambar 8. Grafik temperatur engine

6. Temperatur Engine, Oli Pelumas dan Radiator (⁰C) Dari Gambar 8, 9 dan 10 dapat dilihat tren grafik yang menunjukkan temperatur engine, oli dan radiator cenderung naik seiring dengan bertambahnya beban. Hal ini dikarenakan meningkatanya temperatur gas buang sehingga beban pendinginan juga semakin besar yang mengakibatkan temperatur pada engine, Oli pelumas dan Radiator juga mengalami peningkatan meskipun tidak signifikan.

T. Oli Vs Beban

T. Radiator Vs Beban 80

80

B0

60

B20

40

B40 B60

20 0

Gambar 9. Grafik temperatur radiatorGambar B80 0 500 1000 Terhadap 1500 2000beban 2500 B100 Beban (Watt)

Gambar 9. Grafik temperatur radiator Terhadap beban

T. Radiator (⁰C)

T. Oli (⁰C)

100

B0

60

B20

40

B40

20

10. 0

B60

Grafik temperatur terhadap 0 1000 beban 2000

oli 3000

Beban (Watt)

Gambar 10. Grafik temperatur oli terhadap beban

ISBN : 978-602-97491-9-9 A-22-7

B80 B100


KESIMPULAN 1. Daya efektif, torsi dan bmep yang dihasilkan menurun pada variasi campuran penambahan % biodiesel yaitu rata-rata sebesar 0,21%. 2. Nilai untuk sfc terjadi kenaikan, nilai kenaikan rata-rata secara berturut-turut :1,41%, 20,78%, 20,89%, 40,98%, 50.78% dan 69,11%. 3. Nilai efisiensi thermis pada variasi komposisi campuran B0 sampai dengan B100 mengalami penurunan dari pembebanan 1200 watt sampai dengan pembebanan 2000 watt. 4. Temperatur gas buang pada variasi komposisi campuran B100 cendrung meningkat dibandingkan dengan variasi komposisi campuran B dibawahnya. 5. Pada variasi komposisi campuran B100, temperatur engine, oli pelumas dan radiator cendrung menurun dibandingkan dengan variasi komposisi campuran B dibawahnya. Dari penelitian yang telah dilakukan, saran yang dapat direkomendasikan untuk penelitian selanjutnya adalah : 1. Perlu dilakukannya penelitian tentang pengaruh percampuran jenis methanol dan kuantitas metanol pada saat proses transesterifikasi. Sehingga kualitas dari biodiesel diharapkan menjadi lebih baik. 2. Perlu dilakukannya penelitian tentang pengaruh pemakaian campuran biodiesel minyak biji nyamplung yang ditambahkan pada biosolar terhadap komponen-komponen mesin seperti pompa bahan bakar dan injektor. DAFTAR PUSTAKA 1. Annual Book of ASTM Standards, 1994 2. Ehsan Md, Taposh Rahat Miagi, Islam Mazharul Md, (2007), “Running A Diesel Engine With Biodiesel”, Proceedings of the International Conference on Mechanical Engineering, Dhaka, Bangladesh, ICME07-TH-34. 3. Hendro [Sound Recording], (2012), FMIPA KIMIA ITS, Surabaya 4. Prastyanto J. Bambang, (2012), “Pengaruh Penambahan Biodiesel dari minyak biji Nyamplung pada bahan bakar Solar terhadap hasil uji kerja Mesin Diesel Generator Set”Skripsi ITS, Surabaya. 5. Kawono Djoko Sungkono and Sudarmanta Bambang, “Diesel and Palm Methylester Atomisation Characteristic of type diesel injection suply”, [Journal]. 6. S. M. Ashrafur Rahman, et all (2013), “Pembuatan Biodiesel dari Kelapa Sawit dan Biji Nyamplung serta investigasi kinerja campuran dan pembuangan emisi dalam mesin diesl dimodifikasi pada kondisi idle tinggi”, Journal, Fakultas Teknik, Universitas Malaya, Kualalumpur Malaysia.. 7. Kawano, D. Sungkono (2011). Motor BakarTorak (Diesel). ITS Press. Surabaya. 8. Yunitasari E. P, and Arani I, (2001), “Pengaruh Jenis Solvent dan Variasi Tray Pada Pengambilan Minyak Nyamplung Dengan Metode Ekstrasi Kolom” [Book].

ISBN : 978-602-97491-9-9 A-22-8

PEMBUATAN DAN PENGUJIAN BIODIESEL BIJI NYAMPLUNG PADA MESIN DIESEL MULTI INJEKSI DENGAN VARIASI KOMPOSISI CAMPURAN BIODIESEL DAN BIOSOLAR

Recommend Documents