PENGARUH PEMANASAN BAHAN BAKAR BIODIESEL (MINYAK JARAK-SOLAR) TERHADAP KANDUNGAN EMISI GAS BUANG MESIN DIESEL

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XVIII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 27 Juli 2013

PENGARUH PEMANASAN BAHAN BAKAR BIODIESEL (MINYAK JARAK-SOLAR) TERHADAP KANDUNGAN EMISI GAS BUANG MESIN DIESEL Achmad Aminudin, Sukarni, dan Retno Wulandari Program Studi Teknik Mesin, FT-UM Jl. Surabaya 6 Malang 65145 e_mail : [email protected] ABSTRAK Pemanasan terhadap bahan bakar biodiesel (minyak jarak-solar) sebelum diinjeksikan ke dalam ruang bakar dengan tujuan untuk menurunkan viskositasnya agar nantinya setelah diinjeksikan ke dalam ruang bakar dapat membentuk butiran-butiran yang lebih halus untuk campuran bahan bakar dan udara yang lebih homogen. Selain itu untuk melihat bagaimana perubahan yang terjadi pada kandungan gas buang mesin diesel. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh interaksi antara pemanasan bahan bakar dengan variasi putaran mesin terhadap kandungan gas buang mesin diesel. Perlakuan putaran mesin yang digunakan adalah rentangan 1300 rpm, 1600 rpm, 1900 rpm, 2200 rpm, dan 2500 Rpm. Minyak jarak yang digunakan sebagai bahan bakar biodiesel (20% minyak jarak 80% solar) dalam penelitian ini diperoleh dari Lembaga Penilitian Universitas Negeri Malang, yaitu minyak jarak yang telah melalui proses transesterifikasi. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa pemanasan bahan bakar biodiesel berpengaruh terhadap kandungan gas buang mesin diesel. Pada saat bahan bakar diberi pemanas, kadar emisi CO dan O2 lebih rendah jika dibandingkan dengan tidak menggunakan pemanas. Sedangkan kadar CO2 lebih tinggi jika dibandingkan dengan tidak menggunakan pemanas. Kata kunci: pemanasan, biodiesel, mesin diesel, gas buang.

PENDAHULUAN Biodiesel mempunyai banyak keunggulan dibandingkan dengan bahan bakar diesel dari minyak bumi. Bahan bakar biodiesel dapat diperbarui. Selain itu, juga dapat memperkuat perekonomian negara dan menciptakan lapangan kerja. Biodiesel merupakan bahan bakar ideal untuk industri transportasi karena dapat digunakan pada berbagai mesin diesel, termasuk mesin-mesin pertanian. Biodiesel dapat dicampur dengan bahan bakar diesel dengan berbagai rasio. Campuran 20% biodiesel dan 80% bahan bakar diesel minyak bumi disebut dengan B20. Campuran B20 merupakan bahan bakar alternatif yang terkenal di Amerika Serikat, terutama untuk bus dan truk B20 dapat mengurangi emisi, harganya relatif murah, dan tidak memerlukan modifikasi mesin. Biodiesel tidak secara spontan meletup atau menyala dalam keadaan normal karena mempunyai titik bakar yang tinggi, yaitu 1500 C. Hal ini berbeda dengan bahan bakar diesel minyak bumi yang titik bakarnya hanya 520 C. Energi yang ada dalam biodiesel 12% lebih rendah dari pada bahan bakar diesel minyak bumi. Biodiesel mengandung energi sekitar 37 MJ/Kg, sedangkan diesel ISBN : 978-602-97491-7-5 A-19-1


mengandung energi sekitar 42 MJ/Kg. Pengurangan energi tersebut diimbangi oleh peningkatan efisiensi pembakaran biodiesel sebesar 7%. Rata-rata, penggunaan biodiesel menghasilkan 5% penurunan torsi, tenaga, dan efisiensi bahan bakar. Namun kinerja sebagian besar kendaraan yang menggunakan biodiesel tidak menunjukkan pengaruh yang berarti. Nur Alam Syah, Andi (2006:50) menyimpulkan ”Emisi biodiesel jauh lebih rendah daripada emisi diesel minyak bumi. Biodiesel mempunyai karakteristik emisi seperti, emisi karbon dioksida netto (CO2) berkurang 100%, emisi sulfur dioksida berkurang 100%, emisi debu berkurang 40-60%, emisi karbon monoksida (CO) berkurang 10-50%, emisi hidrokarbon berkurang 10-50%, Hidrokarbon Aromatik Polisiklik (PAH) berkurang terutama PAH yang beracun, seperti phenanthren berkurang 97%, benzofloroanthen berkurang 56%, benzapyren berkurang 71%, serta aldehida dan senyawa aromatic berkurang 13%, dan meningkatkan emisi nitro oksida (NOx) sebesar 5-10%, tergantung umur kendaraan dan modifikasi mesin”. Muhammad Nizam Tristino (2006), menarik kesimpulan sebagai berikut. Semakin besar persentase campuran biodiesel dalam solar, maka makin besar harga densitas suatu bahan bakar, viskositas bahan bakar mempengaruhi mutu dari semprotan bahan bakar yang diinjeksikan ke ruang bakar, seiring kenaikan komposisi biodiesel dalam solar maka flash point akan semakin naik. Calculated Cetane Index (CCI) berpengaruh terhadap proses pembakaran bahan bakar. CCI dipengaruhi panjang rantai struktur kimia biodiesel. Semakin panjang rantainya, maka makin berkurang double bondnya. Double bond pada rantai struktur kimia akan menyebabkan sulit terbakar, kadar sulfur (SO)x dalam bahan bakar dapat menyebabkan terjadinya korosi pada knalpot mesin serta menyebabkan timbulnya gas buang sulfat dioxide yang mencemari lingkungan. Permasalahan yang dihadapi dunia dewasa ini adalah masalah pencemaran udara karena penggunaan bahan bakar serta krisis bahan bakar mineral (minyak bumi). Sebagaimana diketahui bahwa kemampuan negara-negara di dunia untuk menyediakan bahan bakar semakin lama semakin berkurang dan pada suatu saat akan mencapai puncaknya, karena hampir semua daerah yang mengandung minyak telah ditemukan dan dieksplorasi. Sedangkan permintaan akan bahan bakar terus meningkat dengan tajam, sehingga cadangan minyak dunia semakin menipis. Agar dapat keluar dari permasalahan tersebut dibutuhkan suatu inovasi tertentu, diantaranya mencari bahan bakar alternatif sebagai substitusi bahan bakar mineral tersebut. Salah satu bahan bakar alternatif yang berpotensi untuk mengatasi permasalahan tersebut adalah biodiesel. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh pemanasan bahan bakar biodiesel dengan gas buang terhadap kandungan gas CO, O2 dan CO2 mesin diesel, pengaruh yang signifikan variasi putaran mesin terhadap kandungan gas CO, O2 dan CO2 mesin diesel, dan pengaruh interaksi yang signifikan antara pemanasan bahan bakar dengan variasi putaran mesin terhadap kandungan gas CO, O2 dan CO2 mesin diesel. METODE Metode yang digunakan penulis untuk memperoleh data-data selama melaksanakan penelitian adalah:

ISBN : 978-602-97491-7-5 A-19-2


1. Observasi Berupa pengamatan langsung ke lapangan, yaitu verifikasi ketersedian material dan peralatan sebelum melaksanakan penelitian. 2. Studi literatur Mempelajari minyak jarak dan konsumsi bahan bakar mesin diesel dari beberapa sumber buku, internet, penelitian terdahulu, dan jurnal penelitian teknologi. 3. Studi laboratoris Studi laboratoris yang akan dilakukan meliputi pengambilan data-data dari hasil pengujian campuran bahan bakar. Dalam penelitian ini menggunakan beberapa instrumen yang terdiri dari alat dan bahan yang digambarkan pada skema penelitian berikut ini:

Gambar 1. Layout Penelitian

1. a. b. c. d. e. f.

Alat Pada penelitian ini peralatan yang digunakan adalah: Tangki pemanas bahan bakar. Lembar observasi untuk mencatat hasil pengukuran. Software SPSS 14 untuk mengolah data hasil penelitian. Tool set, yaitu peralatan yang digunakan untuk tune up. Tachometer, untuk mengukur putaran poros atau putaran mesin (rpm). Orsat apparatus, digunakan untuk mengukur emisi gas buang (CO, O2, CO2).

2. Bahan Pada penelitian ini bahan yang digunakan adalah minyak jarak yang dicampur dengan solar dengan persentase 20% serta solar murni. 3. Mesin Kendaraan a. Mesin yang digunakan dalam penelitian ini adalah engine stand mesin diesel direct injeksi 4 langkah jenis Nissan. Spesifikasi mesin:  Siklus : 4 langkah  Jumlah silinder :4  Volume langkah torak total : 2164 cm3 ISBN : 978-602-97491-7-5 A-19-3


       

Diameter silinder Panjang langkah torak Perbandingan kompresi Bahan bakar Pendingin Daya poros Merk Model

: 83 mm : 100 mm : 22 : 1 : Solar : Air : 47 BHP / 3200 RPM : Nissan, Tokyo Co Ltd : DWE – 47 – 50 – HS – AV

b. Kondisi mesin dalam keadaan standart (oversize 0). c. Sebelum pengambilan data, mesin diesel yang akan digunakan obyek penelitian sebaiknya di tune-up terlebih dahulu. Tune- up tersebut meliputi pembersihan filter udara, filter bahan bakar (solar), injektor, kerenggangan katup sehingga dapat berfungsi dengan baik sesuai dengan yang ada dalam buku manual. Setelah alat-alat dan mesin diesel disiapkan seperti pada kondisi di atas, maka langkah selanjutnya adalah langkah pengambilan data, yaitu: 1) Pengisian bahan bakar solar yang telah dicampur dengan minyak jarak dengan kadar 20% 2) Pemasangan saluran aliran gas buang dari knalpot kendaraan untuk disalurkan kedalam orsat apparatus 3) Pemasangan saluran aliran gas buang dari knalpot kendaraan untuk disalurkan kedalam tangki pamanas 4) Pemasangan tachometer pada kabel busi sebagai alat pencatat putaran mesin 5) Mesin dihidupkan dengan pemanasan awal mesin untuk meyakinkan kondisi kerja mesin dan melakukan pemasangan perlengkapan penelitian 6) Pengujian dilakukan sesuai dengan rancangan penelitian 7) Data emisi gas CO  Diperoleh dari kode X1, X4, X7, X10, X13 yang dilakukan sebanyak 8 kali melalui pemanasan bahan bakar pada pemakaian campuran minyak jarak 20% pada putaran mesin 1300 rpm, 1600 rpm, 1900 rpm, 2200 rpm, dan 2500 rpm.  Diperoleh dari kode X’1, X’4, X’7, X’10, X’13 yang dilakukan sebanyak 8 kali tanpa melalui pemanasan bahan bakar pada pemakaian campuran minyak jarak 20% pada putaran mesin 1300 rpm, 1600 rpm, 1900 rpm, 2200 rpm, dan 2500 rpm. 8) Data emisi gas O2  Diperoleh dari kode X2, X5, X8, X11, X14 yang dilakukan sebanyak 8 kali melalui pemanasan bahan bakar pada pemakaian campuran minyak jarak 20% pada putaran mesin 1300 rpm, 1600 rpm, 1900 rpm, 2200 rpm, dan 2500 rpm.  Diperoleh dari kode X’2, X’5, X’8, X’11, X’14 yang dilakukan sebanyak 8 kali tanpa melalui pemanasan bahan bakar pada pemakaian campuran minyak jarak 20% pada putaran mesin 1300 rpm, 1600 rpm, 1900 rpm, 2200 rpm, dan 2500 rpm. 9) Data emisi gas CO2  Diperoleh dari kode X3, X6, X9, X12, X15 yang dilakukan sebanyak 8 kali melalui pemanasan bahan bakar pada pemakaian campuran minyak jarak 20% pada putaran mesin 1300 rpm, 1600 rpm, 1900 rpm, 2200 rpm, dan 2500 rpm. ISBN : 978-602-97491-7-5 A-19-4


 Diperoleh dari kode kode X’3, X’6, X’9, X’12, X’15 yang dilakukan sebanyak 8 kali tanpa melalui pemanasan bahan bakar pada pemakaian campuran minyak jarak 20% pada putaran mesin 1300 rpm, 1600 rpm, 1900 rpm, 2200 rpm, dan 2500 rpm. HASIL DAN PEMBAHASAN Setelah mengadakan penelitian, data yang diperoleh perlu dideskripsikan/ dipaparkan terlebih dahulu kemudian setelah dianalisis hasilnya ditabelkan, tujannya adalah untuk menjelaskan data yang diperoleh agar tidak terjadi perbedaaan dalam mempersepsikan data. Hasil Analisis Emisi CO

Gambar 2. Grafik Kadar Emisi CO pada Variasi Putaran Mesin dan Kondisi Pemanas

Berdasarkan grafik di atas, kadar emisi CO mengalami kenaikan dan penurunan baik pada saat mesin diberi pemanas maupun tidak diberi pemanas seiring dengan bertambahnya putaran mesin. Pada saat mesin diberi pemanas terjadi kenaikan dan penurunan kadar emisi CO. Pada saat putaran mesin 1300 rpm sampai putaran mesin 1600 rpm kadar emisi CO terjadi penurunan yang signifikan. Kemudian pada saat putaran mesin 1900 rpm kadar emisi CO mengalami kenaikan cukup signifikan. Pada saat putaran mesin 2200 rpm kadar emisi CO mengalami penurunan tidak signifikan. Pada putaran mesin 2500 rpm kadar emisi CO mengalami kenaikan yang cukup signifikan dan kadar emisi CO mencapai titik tertinggi pada putaran tersebut. Kadar emisi CO mencapai titik paling rendah terjadi pada saat putaran mesin 1600 rpm. Sedangkan kadar emisi CO mencapai titik tertinggi pada putaran mesin 2500 rpm. Pada saat mesin tanpa pemanas terjadi kenaikan dan penurunan kadar emisi CO. Pada saat kenaikan putaran mesin mulai 1300 rpm sampai putaran mesin 1900 rpm kadar emisi CO terjadi penurunan. Terdapat kesamaan kadar emisi CO pada saat putaran mesin 1900 rpm dan 2200 rpm. Pada saat putaran mesin 2500 rpm kadar emisi CO naik drastis dan mencapai titik tertinggi. Kenaikan dan penurunan pada saat mesin tidak diberi pemanas dapat dikatakan cukup signifikan.

ISBN : 978-602-97491-7-5 A-19-5


Hasil Analisis Emisi O2

Gambar 3. Grafik Kadar Emisi O2 pada Variasi Putaran Mesin dan Kondisi Pemanas

Berdasarkan grafik di atas, kadar emisi O2 mengalami kenaikan dan penurunan baik pada saat mesin diberi pemanas maupun tidak diberi pemanas seiring dengan bertambahnya putaran mesin. Pada saat mesin diberi pemanas, kadar emisi O2 mengalami peningkatan dan penurunan yang signifikan. Pada saat putaran mesin 1300 rpm sampai putaran mesin 1600 rpm kadar emisi O2 terjadi penurunan yang signifikan. Kemudian kadar emisi O2 meningkat sampai putaran mesin 2200 rpm. Setelah itu kadar emisi O2 menurun drastis pada saat putaran mesin 2500 rpm dan mencapai titik terendah. Pada saat mesin tanpa diberi pemanas kadar emisi O2 meningkat seiring dengan bertambahnya putaran mesin. Peningkatan ini dapat dikatakan cukup signifikan sampai putaran mesin 2200 rpm. Tetapi pada saat putaran mesin 2500 rpm kadar emisi O2 menurun sangat drastis dan mencapai titik terendah. Pada saat mesin dengan pemanas atau tanpa pemanas, putaran mesin pada saat mencapai titik terendah terjadi pada saat mesin berputar 2500 rpm. Hasil Analisis Emisi CO2

Gambar 4. Grafik Kadar Emisi CO2 pada Variasi Putaran Mesin dan Kondisi Pemanas

Pada saat menggunakan pemanas, kadar emisi CO2 mengalami kenaikan dan penurunan. Pada saat putaran 1600 rpm, kadar emisi CO2 mengalami penurunan yang signifikan. Kemudian pada saat 1900 rpm, kadar emisi CO2 mengalami kenaikan hingga titik 2500 rpm dimana di titik tersebut, kadar emisi CO2 berada di titik tertinggi. Pada saat mesin tanpa diberi pemanas, kadar emisi CO2 meningkat seiring bertambahnya putaran mesin. Namun pada saat putaran mesin 2200 rpm kadar emisi ISBN : 978-602-97491-7-5 A-19-6


CO2 menurun drastis dan mencapai titik terendah kemudian meningkat dan mencapai titik tertinggi pada saat putaran mesin 2500 rpm. Dari keduanya, dapat dilihat bahwa kadar emisi CO2 tertinggi terjadi ketika mesin berputar 2500 rpm. Sedangkan titik terendah pada mesin dengan pemanas terjadi pada saat mesin berputar 1600 rpm sedangkan pada mesin tanpa pemanas titik terendah terjadi pada saat mesin berputar 2200 rpm. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Berdasarkan hasil analisis data dan pembahasan, dapat disimpulkan bahwa: 1. Putaran mesin mempengaruhi kadar emisi CO, O2, dan CO2 . Dimana dari berbagai variabei putaran mesin titik tertinggi kadar emisi CO terjadi pada putaran mesin 2500 rpm, O2 terjadi pada putaran mesin 2200 rpm dan CO2 terjadi pada putaran mesin 2500 rpm. Sedangkan titik terendah kadar emisi CO terjadi pada putaran mesin 1600 rpm, O2 terjadi pada putaran mesin 2500 rpm dan CO2 terjadi pada putaran mesin 2200 rpm. 2. Kondisi pemanas mempengaruhi kadar emisi CO, O2, dan CO2. Dimana pada saat mesin diberi pemanas, kadar emisi CO dan O2 mengalami penurunan sedangkan kadar emisi CO2 mengalami peningkatan dibandingkan pada saat mesin tidak diberi pemanas. 3. Interaksi antara putaran mesin dan kondisi pemanas mempengaruhi kadar emisi CO, O2, dan CO2. Dimana untuk kadar CO nilai tertinggi terjadi ketika mesin diberi pemanas dan memiliki putaran mesin 2500 rpm, untuk kadar O2 terjadi ketika mesin tidak diberi pemanas dan memiliki putaran 2200 rpm dan untuk kadar CO2 terjadi ketika mesin tidak diberi pemanas dan memiliki putaran mesin 2500 rpm. Sedangkan nilai terendah untuk kadar CO terjadi ketika mesin diberi pemanas dan memiliki putaran mesin 1600 rpm, untuk kadar O2 diberi pemanas dan memiliki putaran 2500 rpm dan untuk kadar CO2 terjadi ketika mesin tidak diberi pemanas dan memiliki putaran mesin 1300 dan 2200 rpm. Saran Berdasarkan kesimpulan yang diperoleh, beberapa hal yang perlu ditindak lanjuti antara lain: 1. Pada penelitian berikutnya, ada peluang untuk melakukan penelitian pemanasan bahan bakar biodiesel terhadap persentase kandungan minyak jarak pada solar dengan berbagai macam persentase dan perlu ditingkatkan sampai kandungan 100%. 2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang kandungan emisi gas buang yang lain terutama gas-gas yang beracun yang dapat menimbulkan polusi. 3. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pengaruh kenaikan suhu bahan bakar terhadap kandungan emisi gas buang. 4. Penelitian pemanasan bahan bakar ini dapat diaplikasikan pada jenis mesin diesel yang lainnya.

ISBN : 978-602-97491-7-5 A-19-7


DAFTAR PUSTAKA Arismunandar, Wiranto. 1983. Motor Diesel Putaran Tinggi, Jakarta: P.T Pradnya Paramita. Laboratorium Mortor Bakar. 2008. Panduan Lengkap Motor Bensin dan Diesel. Malang: Universitas Brawijaya. Karyanto. E. 1999. Panduan Reparasi Mesin Diesel Dasar Operasi Service. Jakarta: Pedoman Ilmu Jaya. Mohlis, M. 2007. Pengaruh Pemanasan Bahan Bakar Solar Melalui Upper Tank Radiator terhadap Konsumsi Bahan Bakar dan Kepekatan Asap Gas Buang pada Mesin Isuzu Panter. Semarang: Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang. Muhammad Nizam Tristino. 2006. Studi Experimen Pengaruh Penambahan Biodiesel Jatropha Curcas Linn ( 0-30 ) % Pada Solar Terhadap Unjuk Kerja Mesin Putaran Konstan. Surabaya: Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Nur Alam Syah, Andi. 2006. Biodiesel Jarak Pagar. Bogor: Agromedia Pustaka. Petrucci, Ralp.H. 1987. Kimia Dasar-Prinsip dan Terapan Modern. Edisi 4. Erlangga. Prihandana, Rama. 2006. Menghasilkan Biodiesel Murah. Jakarta: Agromedia Pustaka. Sudarmanta, Bambang., Rachimoellah, M. & Winardi, S. 2007. Karakterisasi Pembakaran Campuran Biodiesel dan Fossil Diesel pada Motor Diesel Ijeksi Langsung Melalui Pendekatan Analisis Heat Release. Surabaya: Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS. Tirtoatmojo, R. & Williyanto. 1999. Peningkatan Unjuk Kerja Motor Diesel dengan Penambahan Pemanasan Solar. Surabaya: Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Petra. Wardhana, I.N.G. 1995. Bahan Bakar dan Teknologi Pembakaran. Malang: Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya.

ISBN : 978-602-97491-7-5 A-19-8

PENGARUH PEMANASAN BAHAN BAKAR BIODIESEL (MINYAK JARAK-SOLAR) TERHADAP KANDUNGAN EMISI GAS BUANG MESIN DIESEL

Recommend Documents