PENGARUH TEMPERATUR PENCAMPURAN PADA PROSES PEMBUATAN BIODIESEL TERHADAP KINERJA MESIN DIESEL

PENGARUH TEMPERATUR PENCAMPURAN PADA PROSES PEMBUATAN BIODIESEL TERHADAP KINERJA MESIN DIESEL

SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu (S-1), Teknik Mesin

Disusun Oleh :

NAMA : ANDRI SUSANTO NIM

: 01300-016

TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2005

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR


Oleh : Andri Susanto 01300 – 016

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam meraih gelar Sarjana Strata Satu ( S-1)

Tugas ini telah diperiksa dan disetujui oleh :

Dosen Pembimbing Tugas Akhir

( Ir. Yuriadi Kusuma, Msc. )

i

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR





Koordinator Tugas Akhir

( Ir. R. Ariosuko, DH )

ii

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR





Ketua Jurusan

( Ir. Rulli Nutranta, MEng. )

iii

SURAT PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama

: Andri Susanto

Nim

: 01300-016

Fakultas/Jurusan

: Teknologi Industri / Teknik Mesin

Perguruan Tinggi

: Universitas Mercu Buana

Dengan ini menyatakan sejujur-jujurnya serta dalam keadaan sehat jasmani dan rohani bahwa Skripsi / Tugas Akhir dengan judul “Pengaruh Temperatur Pencampuran Pada Proses Pembuatan Biodiesel Terhadap Kinerja Mesin Diesel ” adalah hasil karya dan pemikiran saya sendiri, bukan merupakan plagiyat / copy, kecuali yang telah disebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini saya buat dengan kesadaran serta tanpa dipengaruhi oleh pihak-pihak lain.

Jakarta,

Agustus 2005

Pembuat Pernyataan,

ANDRI SUSANTO NIM : 01300-016

iv

ABSTRAK


Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif pengganti solar untuk mesin diesel. Bahan pembuatnya berasal dari minyak kelapa sawit bekas ( minyak jelantah ) dicampur dengan bahan kimia yang disebut sodium methoxide berupa campuran antara methanol (CH3OH) sebanyak 25 % (1: 4) dengan sodium hidroksida ( NaOH ) sebanyak 6.5 gram setiap 1 liter minyak jelantah. Biodiesel tersebut dibuat dengan alat pembuat biodiesel ( Biodiesel Processors ) yang dibuat penulis di lab Proses Produksi Universitas Mercu Buana. Alat tersebut dilengkapi dengan pemanas ( heater ) dan pengatur suhu ( thermostat ), karena dalam proses pencampurannya memerlukan panas dan putaran adukan yang konstan. Penulis membuat tiga variasi biodiesel dengan temperatur pencampuran yang berbeda yaitu 450C, 500C dan 550C, dengan komposisi : 10 liter minyak jelantah, 250 ml methanol (CH3OH), 65 gram sodium hidroksida (NaOH), diaduk dengan putaran mixer 600 rpm selama 1 jam. Setelah itu hasilnya diuji satu persatu pada mesin penguji biodiesel guna mengetahui kinerja mesinnnya. Dari ketiga temperatur tersebut yang paling bagus untuk dipakai adalah temperatur 500C, dari segi tenaga yang dihasilkannya lebih besar dan pemakaian bahan bakarnya lebih irit. Tetapi memiliki kekurangan yaitu biodiesel yang dihasilkan lebih sedikit. Ini merupakan konsekuensi dari proses transesterifikasi yang berlangsung dengan baik. Solusinya dengan menggunakan alat pemisah 2 jenis cairan yang berbeda berat jenisnya seperti Marine / Boat Fuel Cleaning Systems.

v

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT atas berkat dan rahmat serta karunianya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir ini bertujuan agar mahasiswa dapat menggunakan teori – teori dari beberapa disiplin ilmu yang telah diperoleh selama masa perkuliahan dan merangkumnya dalam bentuk suatu karya ilmiah. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat dalam menempuh gelar sarjana strata satu (S-1) pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana. Dalam penyusunan Tugas akhir ini penulis banyak sekali menerima bantuan dan kemudahan dari berbagai pihak. Maka dengan segala kerendahan hati dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Yuriadi Kusuma, Msc. Selaku dekan Fakultas Teknologi Industri sekaligus dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan, pengarahan, kritik serta saran yang sangat bermanfaat sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. 2. Bapak Ir. Ariosuko, DH. selaku koordinator tugas akhir yang telah memberikan kesempatan untuk menyelesaikan tugas akhir ini.

vi

3. Bapak Ir. Rulli Nutranta, MEng. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin. 4. Seluruh dosen pengajar di jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan ilmunya selama masa peruliahan. 5. Kedua orang tua saya, atas doa dan dukungannya selama ini. 6. Kakak dan adik - adik saya : Mas Arif, Rini, dan Rizal atas bantuan dan dukungannya. 7. Nurhidayati, yang selalu memberikan doa, semangat dan kritiknya. 8. Bapak Firman dan Bapak Sumantri selaku asisten Lab Proses Produksi Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana yang telah banyak membantu dalam pembuatan alat serta dalam melakukan percobaan dan selalu memberikan masukan dan saran apabila penulis menghadapi masalah. 9. Dian Alamanda dan Ahmad Pahlevi selaku teman satu tim dalam pembuatan alat. 10. Taufik Iskandar Lubis, ST dan Taufik Hidayat, ST. yang telah mengijinkan kami memakai alatnya yaitu Mesin Penguji Bahan Bakar Diesel. 11. Teman – teman angkatan 2000, yaitu : Mukmin (asisten Lab PP), Adi, Aji, Pendi, Asep, Arif, Wahyu (asisten Lab PP), Encek, Jawa, Encing, Regar, Susi, serta teman – teman angatan 2000

vii

lainnya yang telah memberikan support yang sangat berarti bagi penulis ( thank’s guy’s, you’re the best ! ). 12. Warung Empo, atas doa dan makanannya, ( “smoga makin laku ya po ” ). 13. Semua staf Universitas Mercu Buana khususnya Aki dan Bang Jamal yang sudah banyak membantu. 14. Anak – anak bengkel BRC , Boting, Opah, Galuh, Budut, Sendok, Wahyu ( alm ), Yudi ( alm ), dkk, atas dukungan dan pemgertiannya.

Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih banyak memiliki kekurangan karena keterbatasan ilmu serta pengalaman penulis. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran atas segala kekurangan tersebut. Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat dan memberikan sesuatu yang bernilai bagi penullis dan pembaca.

Jakarta, Agustus 2005 Penulis,

( Andri Susanto )

viii

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN..................................................................... i LEMBAR PERNYATAAN...................................................................... iv ABSTRAK.............................................................................................. v KATA PENGANTAR............................................................................. vi DAFTAR ISI........................................................................................... ix NOMENKLATUR.................................................................................. xiv DAFTAR GAMBAR............................................................................... xvii DAFTAR TABEL................................................................................... xix DAFTAR GRAFIK.................................................................................. xxiii BAB I

PENDAHULUAN ..................................................................... 1

I.1.

Latar Belakang..................................................................... 1

I.2.

Batasan Masalah................................................................. 3

I.3.

Maksud dan Tujuan............................................................. 4

I.4.

Metode Penelitian................................................................ 4

I.5.

Sistematika Penulisan......................................................... 5

BAB II LANDASAN TEORI................................................................. 7 II.1. Methyl Ester (ME)............................................................... 7 II.1.1. Proses Transesterifikasi............................................ 8 II.1.2. Perbandingan Minyak dan Methanol......................... 10 II.1.3. Katalis Yang Digunakan............................................ 11

ix

II.2. Biodiesel Dari Minyak Jelantah Sebagai Bahan Bakar Alternatif Mesin diesel................................... 12 II.3. Karakteristik Bahan Bakar Minyak...................................... 15 II.4. Karakteristik Bahan Bakar Solar......................................... 16 II.5. Fasilitas Pengujian Dan Analisa II.5.1. Pengukuran Torsi Dan Daya Output......................... 19 II.5.2. Pengukuran Kecepatan............................................. 20 II.5.3. Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar........................ 20 II.5.4. Pengukuran Kerugian Mekanis Pada Mesin............. 24 II.5.5. Pengukuran Konsumsi Udara................................... 26 BAB III PROSES PEMBUATAN DAN UNJUK KERJA ALAT III.1. Proses Pembuatan Alat...................................................... 30 III.1.1. Pembuatan Rangka.................................................. 32 III.1.2. Pembuatan Pegangan Mixer..................................... 34 III.1.3. Pembuatan Duduan Tabung Methoxide.................... 34 III.1.4. Pembuatan Tabung Mixer.......................................... 35 III.1.5. Pembuatan Tabung Methoxide.................................. 37 III.1.6. Pembuatan Tabung Destilasai................................... 37 III.1.7. Proses Finishing........................................................ 38 III.2. Unjuk Kerja Alat Pembuat Biodiesel.................................... 39 III.2.1. Proses Penyaringan.................................................. 41 III.2.2. Proses Pemanasan................................................... 42

x

III.2.3. Proses Pencampuran Minyak Jelantah Dengan Sodium Methoxide..................................... 43 III.2.4. Proses Destilasi Methanol........................................ 45 III.2.5. Proses Pengendapan Gliserin.................................. 46 III.2.6. Proses Pemisahan Bahan Bakar Dengan Gliserin... 47 III.3. Bahan Bakar Hasil Pengujian............................................. 49 III.4. Prosedur Pengambilan Data............................................... 51 III.4.1. Tahap Persiapan...................................................... 51 III.4.2. Tahap Menjalankan Dan Mematikan Mesin............. 51 III.4.3. Tahap Pengambilan Data......................................... 52 BAB IV

PERHITUNGAN DAN ANLISA DATA

4.1. Data Pengujian.................................................................... 55 4.2. Hasil Pengujian.................................................................... 56 4.3. Perhitungan Prestasi Mesin Diesel Menggunakan Bahan Bakar Biodiesel Dengan Temperatur Pencampuran 450C.. 57 4.4.1. Perhitungan Torsi Mesin.......................................... 57 4.4.2. Perhitungan daya Mesin.......................................... 59 4.4.3. PerhitunganPemakaian Bahan Bakar...................... 60 4.4.4. Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik.......... 61 4.4.5. Perhitungan Tekanan Efektif Rata- Rata (BMEP).... 62 4.4.6. Perhitungan Laju Aliran Massa Bahan Bakar.......... 64 4.4.7. Perhitungan Efisiensi Thermal................................. 66 4.4.8. Perhitungan Laju Aliran Volume.............................. 67

xi

4.4.9. Perhitungan Efisiensi Volumetrik............................

68

4.4.10. Perhitungan Kinerja Mesin Diesel Menggunakan Biodiesel Pada Temperatur Pencampuran 450C.. 4.4.11. Perhitungan IHP, IMEP FMEP dan ηmek ..........

69

71

4.4. Perhitungan Prestasi Mesin Diesel Menggunakan Bahan Bakar Biodiesel Dengan Temperatur Pencampuran 500C.. 73 4.4.1. Perhitungan Torsi Mesin.......................................... 73 4.4.2. Perhitungan daya Mesin..........................................

73

4.4.3. PerhitunganPemakaian Bahan Bakar...................... 73 4.4.4. Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik.......... 74 4.4.5. Perhitungan Tekanan Efektif Rata- Rata (BMEP).... 74 4.4.6. Perhitungan Laju Aliran Massa Bahan Bakar........... 74 4.4.7. Perhitungan Efisiensi Thermal.................................. 75 4.4.8. Perhitungan Laju Aliran Volume............................... 75 4.4.9. Perhitungan Efisiensi Volumetrik............................ . 75 4.4.10. Perhitungan Kinerja Mesin Diesel Menggunakan Biodiesel Pada Temperatur Pencampuran 500C... 69 4.5. Perhitungan Prestasi Mesin Diesel Menggunakan Bahan Bakar Biodiesel Dengan Temperatur Pencampuran 550C.. 78 4.5.1. Perhitungan Torsi Mesin........................................... 78 4.5.2. Perhitungan daya Mesin........................................... 79 4.5.3. PerhitunganPemakaian Bahan Bakar...................... 79 4.5.4. Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik.......... 79

xii

4.5.5. Perhitungan Tekanan Efektif Rata- Rata (BMEP)..... 80 4.5.6. Perhitungan Laju Aliran Massa Bahan Bakar........... 80 4.5.7. Perhitungan Efisiensi Thermal.................................. 80 4.5.8. Perhitungan Laju Aliran Volume............................... 81 4.5.9. Perhitungan Efisiensi Volumetrik............................ . 81 4.4.10. Perhitungan Kinerja Mesin Diesel Menggunakan Biodiesel Pada Temperatur Pencampuran 550C… 81 4.6. Analisa Hasil Perhitungan………………………………….…

84

4.6.1. Analisa Torsi………………………………………….

84

4.6.2. Analisa Daya………………………………………….

85

4.6.3. Analisa Konsumsi Bahan Bakar……………………

86

4.6.4. Analisa Konsumsi Bahan Bakar Spesifik………….

87

4.6.5. Analisa Tekanan Efektif Rata – Rata………………

88

4.6.6. Analisa Laju Aliran Massa Bahan Bakar……….….

89

4.6.7. Analisa Efisiensi Thermal………………………..….

90

KESIMPULAN DAN SARAN…………………………………

92

5.1. Kesimpulan……………………………………………………

92

5.2. Saran………………………………………………………….

94

BAB V

DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………….…

96

LAMPIRAN……………………………………………………………….… 97

xiii

NOMENKLATUR

SIMBOL

VARIABEL

SATUAN

BMEP

Brake mean effective pressure

kN/m2

d

Cylinder diameter

m

D

Diameter of measuring

m

F

Balance reading

N

FMEP

Friction mean effective pressure

kN/m2

ho

Head across orifice

cmH2O

H1

Heat of combustion of fuel

J/s

H2

Enthalpy of exhaust gas

J/s

H3

Enthalpy of inlet gas

J/s

HL

Lower calorific value

J/kg

I

Indicated power

kW

IMEP

Indicated mean effective pressure

kN/m2

K1

Dynamometer constant

-

K2

Constant 2- stroke

1

4- stroke

2

K3

Orifice coefficient

-

L

Torque arm length

m

ma

Mass flow rate

kg/s

M

Mechanical losses

kW

n

Revolutions

rpm

xiv

N

Number of cylinder

-

P

Power output

kW

Pa

Barometric pressure

kN/m2

qw

Engine cooling water flow

L/s

Q1

Heat to cooling water

J/s

Q2

Other heat

J/s

r

Compression ratio

-

R

Gas constant

J/kgK

s

Piston

mm

t

Time

s

T

Torque

Nm

T1

Colling water inlet temperatur

o

C

T2

Colling water outlet temperatur

o

C

Ta

Temperature of air

K

Te

Exhaust temperatur

0

U

Velocity of air flow

m/s

v

Spesific fuel consumption

L/kWh

V

Fuel comsumption

L/h

Va

Volumetric flow rate

L/s

Vb

Volume of air box

m3

Vc

Clearance volume

m3

Vg

Fuel gauage Calibrate volume

m3

Vs

Swept volume

m3

C

xv

ρa

Density of air

kg/L

ρf

Density of fuel

kg/L

ηa

Air standart efficiency

-

ηmech

Mechanical efficiency

-

ηth

Thermal efficiency

-

ηvol

Volumetric efficiency of engine

-

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1.

Reaksi Stikhiometri Proses Transesterifikasi…...

9

Gambar 2.2.

Grafik BFC vs BMEP………………………………

26

Gambar 3.1.

Alat Pada Pandangan Isometrik/ 3 dimensi…..…

31

Gambar 3.2.

Rancang bangun alat pembuat biodiesel…….…

31

Gambar 3.3.

Rangka alat pembuat biodiesel………………….

33

Gambar 3.4.

Penahan Mesin Bor / Mixer……..………………..

34

Gambar 3.5.

Tabung mixer pada alat pembuat bidiesel………

35

Gambar 3.6.

Tabung Campuran Sodium Methoxide………….

37

Gambar 3.7.

Tabung Destilasi Methanol……………………….

38

Gambar 3 8.

Skema Proses Pembuatan Biodiesel……………

40

Gambar 3.9.

Proses Penyaringan Minyak Jelantah…………… 41

Gambar 3.10 Thermostat………………………………………….

43

Gambar 3.11. Proses Pencampuran Minyak jelantah dengan Sodium Methoxide…………………………………

44

Gambar 3.12. Proses Pencampuran Methanol Dengan Ssodium Hidroksida…………………………………………..

44

Gambar 3.13 Proses Destilasi Methanol………………………… 46 Gambar 3.14 Proses Pengendapan Gliserin……………………. 47 Gambar 3.15 Alat Penguji Biodiesel……………………………… 48 Gambar 3.16 Alat Pembuat Biodiesel……………………………

49

xvii

Gambar 3.17. Biodiesel Dengan Temperatur Pencampuran 450C………………………………..

50

Gambar 3.18. Biodiesel Dengan Temperatur Pencampuran 500C……………..…………………

50

Gambar 3.19. Biodiesel Dengan Temperatur Pencampuran 550C……….…….…………………

50

xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1.

data pengujian pada alat pembuat biodiesel

Tabel 4.2.

Data hasil pengujian pada alat penguji dengan temperatur pencampuran 450C

Tabel 4.3.


Tabel 4.4.


Tabel 4.5.

Hasil perhitungan torsi pada temperatur pencampuran 450C

Tabel 4.6.

Hasil perhitungan daya pada temperatur pencampuran 450C

Tabel 4.7.

Hasil perhitungan konsumsi bahan bakar pada temperatur pencampuran 450C

Tabel 4.8.

Hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik pada temperatur pencampuran 450C

Tabel 4.9.

Hasil perhitungan BMEP pada temperatur pencampuran 450C

Tabel 4.10.

Hasil perhitungan laju aliran massa bahan bakar pada temperatur pencampuran 450C

Tabel 4.11.

Hasil

perhitungan

efisiensi

thermal

pada

temperatur

pencampuran 450C Tabel 4.12.

Hasil perhitungan laju aliran volume pada temperatur pencampuran 450C

xix

Tabel 4.13.

Hasil perhitungan efisiensi volumetrik pada temperatur pencampuran 450C

Tabel 4.14.

Hasil perhitungan biodiesel pada temperatur pencampuran 450C

Tabel 4.15.

Hasil

perhitungan

least

square

pada

temperatur


Hasil perhitungan kinerja mesin diesel pada temperatur pencampuran 450C

Tabel 4.17.


Tabel 4.18.


Tabel 4.19.


Tabel 4.20.


Tabel 4.21.


Tabel 4.22.


Tabel 4.23.

Hasil

perhitungan

efisiensi

thermal

pada

temperatur



xx

Tabel 4.25.


Tabel 4.26.


Tabel 4.27.

Hasil

perhitungan

least

square

pada

temperatur



Tabel 4.29.


Tabel 4.30.


Tabel 4.31.


Tabel 4.32.


Tabel 4.33.


Tabel 4.34.


Tabel 4.35.

Hasil

perhitungan

efisiensi

thermal

pada

temperatur



xxi

Tabel 4.37.


Tabel 4.38.


Tabel 4.39.

Hasil

perhitungan

least

square

pada

temperatur



xxii

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1.

Grafik BHP,IHP vs n ( Temperatur pencampuran 450C )…………………………. 72

Grafik 4.2.

Grafik BMEP,IMEP, FMEP vs n ( Temperatur pencampuran 450C )…………………………. 72

Grafik 4.3.


Grafik 4.4.

Grafik BMEP,IMEP, FMEP vs n ( Temperatur pencampuran 500C )…………………………. 77

Grafik 4.5.


Grafik 4.6.

Grafik BMEP,IMEP, FMEP vs n ( Temperatur pencampuran 550C )…………………………..83

Grafik 4.7.

Grafik perbandingan τ vs n ………………………………85

Grafik 4.8.

Grafik BHP vs n ……………………….……………………… 86

Grafik 4.9.

Grafik perbandingan BFC vs n……………………………… 87

Grafik 4.10. Grafik perbandingan BSFC vs n …………………………… 88 Grafik 4.11. Grafik perbandingan BMEP vs n …………………………… 89 Grafik 4.12. Grafik perbandingan ma vs n………………………….…….. 90 Grafik 4.13. Grafik ηth vs n ………………………………………………… 91

xxiii

BAB I PENDAHULUAN

BAB I PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang Sampai saat ini sumber energi sebagai bahan bakar yang digunakan diberbagai negara berasal dari minyak bumi yang merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Semakin banyaknya eksploitasi yang dilakukan atas sumber daya alam tersebut menyebabkan keberadaannya terancam habis dan juga harganya yang meningkat tajam. Dari berbagai maam produk olahan dari minyak bumi yang digunakan sebagai bahan bakar, maka yang paling banyak pemakaiannya adalah petroleum diesel ( minyak solar ) sebagai bahan bakar mesin diesel. Kebutuhan akan solar dari tahun ke tahun semakin meningkat, sebab solar paling banyak digunakan sebagai Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA

1

1

BAB I PENDAHULUAN

bahan bakar untuk berbagai alat transportasi , berbagai alat pertanian , berbagai alat berat , berbagai jenis peralatan bengkel dan juga sebagai penggerak generator tenaga listrik. Maka dari itu perlu di cari energi alternatif yang murah, mudah didapat, terbaharui dan memenuhi regulasi seperti biodiesel. Biodiesel adalah bahan bakar mesin diesel yang berasal dari ester monoakil dari minyak tanaman ( baru ataupun bekas ) atau lemak hewan. Biodiesel merupakan hasil reaksi transesterifikasi antara minyak dari tanaman atau lemak hewan dengan alkohol monohidrat dalam suatu katalis potassium hidroksida ( KOH ) atau sodium hidroksida ( NaOH ). Namun dari segi ekonomis biaya pembuatan biodiesel masih lebih tinggi daripada solar, karena menggunakan methanol (CH3OH) dengan kandungan alkohol minimal 98%. Untuk menurunkan biaya produksi, penulis membuat biodiesel dari minyak kelapa sawit bekas ( minyak jelantah ), yang dicampurkan dengan sodium methoxide. Sodium methoxide terdiri dari dua bahan kimia yaitu methanol (CH3OH) 98% dan sodium hidroksida (NaOH). Pada prosesnya, pembuatan biodiesel memerlukan panas yang konstan, untuk memisahkan molekul yang terdapat pada minyak jelantah sehingga memudahkan proses transesterifikasi. Panas tersebut dapat berasal dari luar wadah maupun dari dalam. Dalam hal ini penulis menggunakan pemanas ( heater ) elektrik memakai

Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA

2

BAB I PENDAHULUAN

elektroda bulat yang ditempatkan didalam wadah ( tabung ) tertutup, agar proses pemanasan lebih cepat dan dapat menghemat listrik. Secara prinsip proses pengolahan biodiesel dari minyak jelantah ini bertujuan untuk mengubah komposisi kimia minyak jelantah sehingga dapat menghasilkan komposisi kimia yang mendekati sama dengan standar komposisi kimia petroleum diesel ( minyak solar ) yang beredar dipasaran.

I.2. Batasan Masalah Komposisi methanol yang digunakan sebesar 25% ( 1 : 4 ) dan sodium hidroksida sebanyak 6,5 gram setiap satu liter minyak jelantah, dengan temperatur pencampuran yang berbeda. Setelah proses pencampuran akan diperoleh bahan bakar biodiesel yang hasilnya akan diuji di mesin diesel, dan dihitung kecepatan putar mesin (rpm) serta prestasi mesin diesel. Dalam membandingkan variasi temperatur terhadap hasil dari bahan bakar biodiesel, penulis mengambil batasan masalah dengan 3 (tiga) kali pembuatan biodiesel sebagai berikut : ¾ Campuran sodium methoxide dengan komposisi methanol (CH3OH) 25% sebanyak 2.5 liter dan sodium hidroksida (NaOH) sebanyak 65 gram dalam 10 liter minyak jelantah dengan temperatur pencampuran 45ºC. ¾ Campuran sodium methoxide dengan komposisi methanol (CH3OH) 25% sebanyak 2.5 liter dan sodium hidroksida (NaOH) Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA

3

BAB I PENDAHULUAN

sebanyak 65 gram dalam 10 liter minyak jelantah dengan temperatur pencampuran 50ºC. ¾ Campuran sodium methoxide dengan komposisi methanol (CH3OH) 25% sebanyak 2.5 liter dan sodium hidroksida (NaOH) sebanyak 65 gram dalam 10 liter minyak jelantah dengan temperatur pencampuran 55ºC.

I.3. Maksud dan Tujuan Maksud penulisan ini adalah membandingkan variasi temperatur pencampuran pada pembuatan biodiesel terhadap kecepatan dan prestasi mesin diesel. Adapun tujuan penulisan ini sebagai berikut : ¾ Mencari

nilai

temperatur

pencampuran

yang

tepat

untuk

dipergunakan dalam pembuatan biodiesel. ¾ Menganalisa pengaruh variasi temperatur pencampuran terhadap hasil bahan bakar biodiesel. ¾ Mengetahui prestasi mesin diesel terhadap bahan bakar minyak jelantah dengan suhu yang bervariasi.

I.4. Metoda Penelitian Dalam penulisan tugas akhir ini penulis menggunakan metoda perbandingan yaitu membandingkan hasil dari bahan bakar biodiesel berbahan dasar minyak jelantah dengan tiga


4

BAB I PENDAHULUAN

variasi temperatur pencampuran, dan hasilnya diuji di mesin diesel untuk mengetahui kecepatan dan prestasi mesin diesel. Adapun langkah-langkah yang dilakukan adalah : 1.

Studi literatur

2.

Pesiapan alat uji dan alat pendukung lainnya.

3.

Pengujian unjuk prestasi mesin diesel berbahan bakar biodiesel dengan tiga variasi temperatur pencampuran dan pengambilan data sebagai acuan dasar.

4.

Pengolahan dan analisa data.

5.

Penulisan tugas akhir.

I.5. Sistematika Penulisan ¾

BAB I PENDAHULUAN Pada bab ini penulis memberikan gambaran secara umum tentang latar belakang masalah, maksud dan tujuan penelitian, batasan masalah, metode penulisan serta sistematika penulisan yang dilakukan dalam penulisan tugas akhir.

¾

BAB II LANDASAN TEORI Berisikan penjelasan tentang teori dasar dari biodiesel, karakteristik bahan bakar mesin diesel serta parameterparameter yang digunakan dalam unjuk prestasi mesin diesel.


5

BAB I PENDAHULUAN

¾

BAB III PROSES PEMBUATAN DANUNJUK KERJA ALAT Pada bab ini berisikan penjelasan tentang cara kerja alat, skema cara kerja alat, serta langkah-langkah proses pembuatan bahan bakar biodiesel berbahan dasar minyak jelantah.

¾

BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA Bab ini berisi perhitungan dan analisa data - data hasil pengujian untuk mengetahui kecepatan dan prestasi mesin diesel.

¾

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Merupakan bab penutup yang berisikan kesimpulan-kesimpulan yang dapat diambil berdasarkan penelitian maupun hasil pengujian dari proses pembuatan bahan bakar biodiesel berbahan dasar minyak jelantah serta saran-saran yang dapat diberikan oleh penulis.


6

BAB II LANDASAN TEORI


II.1. Metyl Ester ( ME ) Metyl ester adalah produk minyak kelapa sawit, melalui proses alkoholik asam lemak. ME adalah salah satu bahan bakar biodiesel. Biodiesel dikenal sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan, karena bersifat dapat diperbaharui dan menghasilkan emisi gas buang yang relatif lebih bersih dibandingkan bahan bakar diesel konvensional, yaitu minyak solar. Hambatan terbesar mengenai aplikasi biodiesel adalah harganya yang masih mahal. Untuk menekan harga biodiesel, pendekatan yang dilakukan adalah menggunakan bahan baku yang berkualitas rendah dalam proses pembuatannya, misalnya CPO ( crude palm oil ) berualitas rendah,


7

7


WVO ( waste vegetable oil ) atau minyak goreng bekas dan limbah dari pabrik pengolahan minyak goreng ( free fatty acid destilat ).

II.1.1. Proses Transesterifikasi Proses transesterifikasi adalah proses dengan menggunakan alkohol ( methanol atau ethanol ) dan katalis. Adapun katalis yang dipergunakan adalah sodium hidroksida ( NaOH ) atau potassium Hidroksida ( KOH ), yang dipergunakan untuk mengubah molekul – molekul asam lemak tak jenuh dalam minyak nabati menjadi asam lemak jenuh, baik dalam bentuk metyl ester ( apabila menggunakan methanol ) atau etyl ester ( apabila mengunakan ethanol ) dan glycerol. Pada minyak jelantah, komposisi asam lemak tak jenuh adalah sekitar 30% sedangkan asam lemak jenuhnya sekitar 70%. Secara merata, berat molekul dari minyak jelantah adalah sekitar 220 – 290 gram/mol. Minyak

nabati

dan

minyak

jelantah

pada

umumnya

mengandung unsur triglisserida, yang merupakan senyawa antara ester dari asam karboksilat suku tinggi dengan gliserol. Proses transesterifikasi minyak jelantah memerlukan bahan-bahan berikut : Minyak jelantah dengan kurang lebih 1 liter, methanol (CH3OH) sebanyak 25% (1:4) dari jumlah minyak jelantah dengan katalis sodium hidroksida (NaOH) sebesar kurang lebih 6.5 gr. Besarnya volume dan massa ini sangat tergantung pada reaksi stoikiometri


8


seperti yang dapat dilihat pada gambar dibawah (reaksi stoikiometri proses transesterifikasi).

Berat molekul: 857,35 CH2 – O – C – C17H33 ⎪ ⎟ ⎜ ⎪ O ⎪ CH – O – C – C15H31 ⎪ ⎟ ⎜ ⎪ O ⎪ CH2 – O – C – C17H31

96,126

861,382

92,094

C17H33 – C – OCH3 ⎟ ⎜

O + 3CH3OH (METHANOL)

C15H31 – C – OCH3 ⎟ ⎜

O C17H31 – C – OCH3

⎟ ⎜

O

⎟ ⎜

+

CH2 – OH ⎪ ⎪ ⎪ CH2 – OH ⎪ ⎪ ⎪ CH2 – OH

O METIL ESTER

TRIGLY CERIDE

GLYCEROL

Gambar 2.1. Reaksi Stoikiometri Proses Transesterifikasi

Secara kimiawai transesterifikasi berarti mengambil molekul asam lemak kompleks dari minyak nabati dan menetralkan asam lemak tak jenuhnya serta selanjutnya akan menghasilkan alkoholester. Hal ini dapat dipercepat dengan penambahan methanol atau etanol dan katalis. Penggunaan katalis potasium hidroksida dalam alkohol-ester akan membentuk potasium methoxide, sedangkan penggunaan katalis sodium hidroksida dalam alkohol-ester akan membentuk sodium methoxide. Campuran dari minyak jelantah dengan potassium methoxide ataupun

sodium

methoxide


akan

membentuk

glycerol

yang

9


mengendap dibagian bawah dan methyl / ethylester (biodiesel) yang mengapung dipermukaan. Karena kandungan asam lemak tak jenuh pada minyak nabati sangat tinggi, maka pembuatan biodiesel dengan bahan baku minyak nabati memerlukan waktu yang lebih panjang dan proses yang berulang – ulang apabila dibandingkan dengan bahan baku minyak jelantah.

II.1.2. Perbandingan Minyak dan Methanol Perbandingan antara minyak jelantah dan alkohol haruslah tepat. Terlalu banyak alkohol yang dipakai akan menyebabkan biodiesel yang dihasilkan mempunyai viskositas yang terlalu rendah dibandingkan dengan solar. Alkohol yang terlalu banyak juga akan menyebabkan titik nyala biodiesel akan turun, karena pengaruh dari sifat alkohol yang mudah terbakar. Sebagai suatu gambaran, untuk setiap liter minyak jelantah maka diperlukan methanol sebanyak 250 ml. Perkiraan komposisi minyak jelantah dan methanol yang dibutuhkan

dapat

keseimbangan

ditentukan

massa

(

dengan

stokiometri

)

menggunakan unsur

–

unsur

reaksi kimia

penyusunannya. Berdasarkan pada gambar 2.1 diatas, maka apabila digunakan 1 liter minyak jelantah dengan berat 880 gram, maka diperlukan methanol sebanyak (880/857,35) X (96,126) gram = 98,67 gram.


10


II.1.3. Katalis yang digunakan Katalis yang bisa digunakan untuk pembuatan biodiesel adalah sodium hidroksida (NaOH) atau potassium hidroksida (KOH). Katalis ini bersifat higroskonik ( menyerap air dari atmosfer ). Agar diperoleh katalis yang segar, sebaiknya katalis disimpan dalam kotak yang tertutup rapat, karena katalis juga menyerap CO2 dari atmosfer dan menjadi karbonat jika tidak disimpan dengan benar. Katalis yang digunakan harus memiliki takaran yang tepat agar didapatkan kualitas biodiesel yang bagus. Terlalu banyak pemakaian katalis akan membentuk ekstrak sabun pada biodiesel yang dihasilkan dan bisa menyebabkan reaksi kimia tidak berlangsung dengan baik serta akan menyebabkan terbentuknya jelly yang menggumpal. Sedangkan apabila terlalu sedikit katalis yang digunakan, maka akan menyebabkan sebagian minyak tertinggal dan tidak bereaksi. Jumlah katalis yang digunakan berbeda – beda, tergantung dari kandungan

asam lemak tak jenuh yang terdapat

pada minyak tersebut. Makin tinggi kandungan asam lemak tak jenuhnya maka diperlukan lebih banyak katalis untuk menetralkan kandungan asam lemak tak jenuh tersebut. Untuk minyak nabati yang masih baru memerlukan campuran sodium hidroksida (NaOH) sebanyak 3.5 gram setiap liternya. Rata – rata katalis yang digunakan berkisar antara 6 sampai 7 gram untuk sodium hidroksida


11


(NaOH), dan 4.9 gram untuk potassium hidroksida (KOH) setiap satu liter minyak jelantah.

II.2. Biodiesel Dari Minyak Jelantah Sebagai Bahan Bakar Alternatif Mesin Diesel Bahan bakar mesin diesel dapat diganti dengan bahan bakar cair lain, yang mempunyai karakteristik hampir sama dengan bahan bakar mesin diesel (minyak solar). Dimana salah satu sifatnya adalah bahan bakar tersebut harus dapat menyala sendiri pada temperatur dan tekanan tertentu yang diindikasikan dengan angka cetane. Semakin tinggi angka cetane semakin bagus pula kualitas bahan bakar tersebut. Standart angka cetane bahan bakar mesin diesel berkisar antara 35 – 55. Syarat-syarat tersebut bisa ditemukan pada biodiesel yang mana pembuatannya menggunakan bahan bakar dari minyak sawit bekas pakai (minyak jelantah). Disamping itu ada beberapa keunggulan dari bahan bakar biodiesel yang bisa didapatkan. Berikut beberapa perbedaan dan keunggulan biodiesel (bahan bakar mesin diesel dari minyak jelantah) dari petroleum diesel (minyak solar) antara lain :


12


¾ Komposisi Komposisi keduanya sangat berbeda, biodiesel terdiri dari methylester asam lemak nabati sedangkan petroleum diesel (minyak solar) terdiri dari hydrocarbon. ¾ Emisi Biodiesel dapat mengurangi emisi karbon monoksida, hidrokarbon total, partikel, dan sulfur dioksida. Sedangkan emisi nitrous oxide juga dapat dikurangi dengan penambahan katalik konventer. ¾ Tenaga Mesin Energi yang dihasilkan mesin diesel berbahan bakar biodiesel hampir sama dengan mesin diesel berbahan bakar solar (120.000 BTU vs 130.000 BTU), sehingga torsi dan tenaga kuda yang dihasilkan juga hampir serupa. ¾ Modifikasi Mesin Pada dasarnya tidak perlu ada modifikasi terhadap mesin diesel, apabila menggunakan biodiesel sebagai bahan bakarnya, bahkan kerja biodiesel dari minyak jelantah mempunyai efek pembersihan terhadap tangki bahan bakar, injector dan saluran bahan bakar. ¾ Komsumsi Bahan Bakar Komsumsi bahan bakar dengan mesin diesel berbahan bakar minyak jelantah hampir sama dengan mesin diesel berbahan bakar solar.


13


¾ Angka Cetane Nilai cetane bahan bakar minyak jelantah lebih tinggi bila dibandingkan dengan petroleum diesel (minyak solar), sehingga menghasilkan suara mesin yang lebih halus dan mesin cenderung lebih awet. ¾ Pelumasan Biodiesel menghasilkan tingkat pelumasan yang lebih tinggi dibandingkan dengan petroleum diesel (minyak solar). ¾ Penanganan dan penyimpanan bahan bakar Biodiesel lebih aman dibandingkan dengan solar karena biodiesel tidak menghasilkan uap pada suhu kamar sehingga tidak membahayakan kesehatan lingkungan. ¾ Lingkungan Biodiesel lebih aman dan tingkat toksisitasnya 10 kali lebih rendah dari garam dapur dan tingkat bio degradability-nya sama dengan glukosa. Gas buang yang dihasilkan dari mesin diesel berbahan bakar biodiesel juga tidak menambah efek rumah kaca (yang membahayakan ozon), karena berbahan dasar minyak jelantah. Seperti halnya gas buang dari mesin diesel berbahan bakar solar karena karbon yang dihasilkan masih dalam siklus karbon.


14


¾ Keamanan Energi Biodiesel dibuat dari bahan terbarukan (renewable) sehingga dapat mengurangi pemakaian bahan bakar minyak bumi yang bersifat tidak terbaharukan (unrenewable) yang semakin menipis jumlahnya dan terancam habis.

II.3. Karakteristik Bahan Bakar Minyak Bahan bakar minyak memiliki karakteristik fisik dan kimia yang beragam, hal ini sangat menentukan pada proses pembakaran yang akan terjadi di ruang bakar. Karakteristik-karakteristik tersebut antara lain : 1.

Jumlah kandungan sulfur, hydrogen, karbon, nitrogen, oksigen dan abu.

2.

API Gravity, untuk menentukan densitas relative bahan bakar minyak.

3.

Nilai Kalor, merupakan kalor yang dilepaskan pada pembakaran sempurna permassa bahan bakar. Terdapat 2 jenis yaitu HHV (High Heating Value) yang dihitung beserta kalor penguapan air dan LHV (Low Heating Value) yang dihitung tanpa adanya uap air yang terkondensasi.

4.

Viskositas.

5.

Titik Tuang (Pour Point), temperatur terendah dimana bahan bakar minyak masih dapat mengalir pada kondisi standar.


15


6.

Titik Nyala (Flash Point), temperatur dimana cairan harus dipanaskan untuk menghasilkan uap yang menyala namun tidak terbakar lanjut pada saat diinisiasi (ignited).

7.

Air dan endapan, endapan umumnya mengandung kalsium, sodium, magnesium dan senyawa besi.

Bahan bakar untuk motor bakar torak yang lazim digunakan adalah petroleum engine (bensin) untuk mesin otto dan petroleum diesel (minyak solar) untuk mesin diesel. Indeks bilangan sebagai tingkat mutu pada bensin adalah bilangan octane sedangkan pada solar adalah bilangan cetane.

II.4. Karakteristik Bahan Bakar Solar Pengelompokkan bahan bakar mesin diesel yaitu petroleum diesel (minyak solar) dikategorikan dalam kelompok A1, A2, A3 dan seterusnya hal tersebutlah yang menjadi acuan dalam pemilihan jenis bahan bakar untuk mesin diesel. Semakin rendah nomor semakin rendah pula berat molekul dan viskositasnya dan ini biasa digunakan dalam mesin diesel untuk mesin mobil ataupun mesin diesel lainnya. Sedangkan semakin besar nomornya akan semakin besar viskositasnya dan bahan bakar ini biasanya digunakan untuk proses pemanasan, untuk keperluan industri, dan untuk operasi mesin-mesin besar.


16


Setiap nomor yang dikenakan mempunyai karakteristik yang berlainan yaitu antara lain : viskositas, flash point, angka cetane, kandungan sulfur dan sebagainya. Secara garis besar bahan bakar dikategorikan dalam dua kategori besar : 1.

“Bahan bakar mesin diesel ringan” dengan berat molekul sekitar 170 dengan rumus kimia : C12.3 H22.2.

2.

“Bahan bakar mesin diesel berat” dengan berat molekul berkisar 200 dengan rumus kimia : C14.6 H24.8. Bahan bakar mesin diesel ringan mempunyai viskositas yang

rendah dan lebih mudah untuk dipompakan ke ukuran nozzle yang kecil disamping juga dengan harga yang mahal. Secara umum karakteristik yang penting dari bahan bakar diesel adalah : 1. Angka Cetane Angka cetane merupakan indikator seberapa siapkah bahan bakar untuk terbakar. Semakin tinggi angka cetane semakin bagus pula kualitas dari bahan bakar tersebut. Dan angka cetane yang rendah dapat mengakibatkan detonasi pada mesin diesel. 2. Viskositas Viskositas atau kekentalan dalam bahan bakar motor diesel merupakan hal yang penting terutama untuk bahan bakar


17


yang bermutu rendah yang biasa digunakan pada mesin diesel yang besar. Dimana diperlukan pemanas agar kekentalannya menurun dan juga pada suhu rendah cenderung untuk membentuk lapisan lilin. 3. Flash Point Angka ini merupakan temperatur dari bahan bakar mesin diesel yang diperlukan untuk membentuk campuran bahan bakar dengan udara dan siap bakar pada tekanan atmosfir. Flash point bahan bakar mesin diesel berada pada kisaran 550C yang aman untuk disimpan dari pada bahan bakar petroleum engine (bensin) maupun kerosine (minyak tanah) yang berada pada kisaran 300C – 400C. 4. Cloud Point Adalah angka yang menunjukkan temperatur bahan bakar untuk membentuk deposit lilin. Dalam hal semacam ini diperlukan pemanas bahan bakar terutama untuk kondisi mesin diesel yang dioperasikan pada musim dingin. 5. Pour Point Pour point adalah angka yang menunjukkan temperatur terendah dari bahan bakar dimana masih bisa dipompakan ke system saluran bahan bakar. Angka Pour Point rata-rata berkisar 100F dibawah Cloud Point.


18


II.5. Fasilitas Pengujian dan Analisa Fasilitas

pengujian

merupakan

faktor

utama

yang

mempengaruhi relevannya data-data hasil pengujian dan analisa terhadap karakteristik yang didapat. Fasilitas-fasilitas pengujian yang terpenting dalam pengujian motor bakar adalah sebagai berikut : 1.

Pengukuran Torsi dan Daya Output

2.

Pengukuran Kecepatan

3.

Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar

4.

Pengukuran Kerugian Mekanis Dalam Mesin

5.

Pengukuran Konsumsi Udara

6.

Pengukuran Kerugian Panas

II.5.1. Pengukuran Torsi Dan Daya Output Untuk mengukur besarnya output-torque dari suatu motor dapat digunakan alat-alat ukur sebagai berikut : 1.

Electrical Dynamometer

F .g.L (kNm) 1000

Torsi1

=

τ=

BHP 2

=

BHP =

……………..… (II.01)

2π .n.τ (kW) ……………..… (II.02) 6.10 4

Dimana :

τ = Torsi mesin ( Nm ) 1 2

Ref : Ferguson, Colin R., Internal Combustion Engines. Hal : 461 Ref : Ferguson, Colin R., Internal Combustion Engines. Hal : 45


19


F = Gaya yang terbaca pada timbangan (kg) L = Panjang lengan torsi ( m )

2.

Hydraulic Dynamometer Khusus untuk hydrolic dynamometer, balance reading dan added weight dinyatakan langsung dalam satuan torsi.

Maka BHP :

Dimana :

BHP =

τ .n

…………..……..… (II.03)

K1

6.10 4 K1 = 2π .L ………………….…..… (II.04)

II.5.2. Pengukuran Kecepatan Untuk

menggambarkan

karateristik

torque-speed,

diperlukan pengukuran terhadap speed dengan menggunakan alat yang disebut tachometer yang sudah terdapat pada panel. Dalam pengukuran karateristik-karateristik lain seperti power output dan fuel consumption, dipergunakan alat pengukur speed yaitu counter dan stopwatch. Cara mengukur speed yaitu dengan melihat besarnya jarum rpm pada panel.

II.5.3. Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar Pengukuran

atas

kebutuhan

bahan

bakar

yang

dipergunakan dapat dilaksanakan dengan “Plint Fuel Gauge”


20


Pada Prinsipnya alat tersebut terdiri dari tabung yang didalamnya dibatasi dengan sekat dan diantara sekat yang berurutan mempunyai volume : 25,50,75,100, 200 cc. Dengan menggunakan

stopwatch

dapat

diketahui

waktu

yang

diperlukan untuk pemakaian sejumlah tertentu dari bahan bakar. Besarnya konsumsi bahan bakar dapat dihitung dengan menggunakan rumus : V (bfc) =

Dimana :

3600.Vg t

………..… (II.05)

V = Konsumsi bahan bakar ( liter/jam ) Vg = Volume gelas ukur ( liter ) t

= Waktu yang dibutuhkan ( detik )

Untuk mengetahui efisiensi thermal dari motor perlu terlebih dahulu menghitung besarnya komsumsi bahan bakar spesifik. Komsumsi bahan bakar spesifik (sfc)3 didefinisikan :

BSFC (sfc) = Dimana :

V ( L/kW ) P

…………..… (II.06)

V = Konsumsi bahan bakar ( liter/jam ) P = Daya mesin diesel ( kW ) Kecepatan

putar

dari

motor

dapat

juga

dihitung

menggunakan “counter dan stopwatch” sebagai berikut :

3

Ref : Ferguson, Colin R., Internal Combustion Engines. Hal : 169


21


n=

60.N ( rpm ) t

……………..…..… (II.07)

Performance suatu motor seiring pula dinyatakan dengan “brake mean effective pressure” atau disingkat “BMEP”. Ini menyatakan

tekanan

menggerakkan

rata-rata

piston

yang

selama

dihitung

langkah

kerja

dengan guna

menghasilkan power output, bilamana tidak ada mecahical losses. Power output dari motor dalam hubungan dengan BMEP4 dapat dinyatakan sebagai berikut :

P=

p.n.Vs (kW) 6.10 4 K 2

…………………..… (II.08)

Dimana : P = BMEP ( kN/m ) Vs = volume langkah (m3) K2 = constant, 1 untuk 2-stroke 2 untuk 4-stroke sedangkan swept volume ( volume langkah ) :

Vs =

πd 2 .s.N

……………………….… (II.09)

4.10 4

Dimana :

4

Vs

= Volume langkah ( m3 )

d

= Diameter silinder ( m )

s

= Langkah piston ( m )



22


N

= Jumlah silinder

Maka BMEP ( P ) 5 :

BMEP =

6.10 4.K 2 .P (kN/m2) n.Vs

………… (II.10)

Dimana : BMEP = Tekanan efektif rata-rata ( kN/m2 ) Vs


n

= Putaran mesin ( rpm )

K2

= 2 untuk mesin 4 langkah

P

= Daya ( kW )

Untuk

mengetahui

Brake

thermal

efficiency

dapat

dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

η th

3,6 . 10 6 = V . ρ f .H L

6

atau

P η th = …….. (II.11) M a .QHV .η c

Dimana : V(sfc)

= Konsumsi bahan bakar spesifik (L/kW.jam)

ρf (α)

= Density of fuel at 200C (0.926 kg/L)

HL = QHV

= Nilai kalor bahan bakar bawah

minyak sawit = 36919 kJ/kg ( Philips Calais, Waste Vegetable Oil as a Diesel Replacement Fuel, Environmental Science, MurdochUniversity,Perth,Australia) http://www.shortcircuit.com.au/warfa/paper/paper.htm

5 6

P

= daya mesin ( kW )

ηc

= efisiensi pembakaran ( % )

Ref : Ferguson, Colin R., Internal Combustion Engines. Hal : 13 Ref : Ferguson, Colin R., Internal Combustion Engines. Hal : 150


23


II.5.4. Pengukuran Kerugian Mekanis Dalam Mesin ¾ Pengukuran Kerugian Mekanis Berdasarkan Putaran Gesekan-gesekan ( friction ) antara piston dengan silinder, bantalan-bantalan dan bagian-bagian yang bergesekan lainnya roda-roda gigi, camshaft, rocker arm dsb. Keperluan daya untuk menggerakkan mekanisme katup, fuel pump, lubricating oil pump, cooling water pump, electric generator dsb. Rugi-rugi mekanik dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

M=

F .n K1

M= Atau

T .n K…. 1

…….… (II.12)

Menghitung efisiensi mekanik menggunakan rumus 7 :

η mech =

P P = P+M I

Atau

η mech =

…………..…… (II.13) BHP X 100% IHP

Indicated mean effective pressure (IMEP)8

IMEP =

6.10 4 K 2 IHP (kN/m2) ………………. (II.14) n.Vs

Fiction mean effective pressure (FMEP)9

FMEP =

IMEP

η mech

(kN/m2)

……..……….. (II.15)

7

Ref : Ferguson, Colin R., Internal Combustion Engines. Hal : 74 Ref : Ferguson, Colin R., Internal Combustion Engines. Hal : 90 9 Ref : Ferguson, Colin R., Internal Combustion Engines. Hal : 223 8


24


FHP =

b a

………………………… (II.16)

IHP = BHP + FHP

………………… (II.17)

Dari rumus-rumus tersebut diatas dapat dianalisa karateristik engine pada berbagai kecepatan putaran. Grafik : MEP, FMEP, BMEP, BHP terhadap putaran. ¾ Pengukuran Kerugian Mekanis Dengan Extrapolation of William Prinsipnya adalah pengukuran fuel consumption pada putaran konstan dengan berbagai pembebanan, kemudian digambarkan dalam grafik fuel consumption vs BMEP. Metode ini khusus dipergunakan untuk kerugian mekanis pada motor diesel, dimana pengisapan udara tana Throttled. Caranya : Dari grafik BFC vs BMEP diketahui bahwa garis consumtion atau Williams line merupakan garis lurus dari nol sampai rated power output = 75 % Apabila garis tersebut diteruskan/extapolasi sampai fuel consumtion = 0, maka perpotongan dengan sumbu BMEP merupakan mechanical power.


25


Sedangkan BMEP dihitung pada maksimum power output.

gambarII.3. grafik BFC vs BMEP.

II.5.5. Pengukuran Konsumsi Udara Effisiensi volumetric sangat mempengaruhi performance dari suatu motor bakar karena power output yang dihasilkan tergantung besarnya jumlah udara/mixture yang dapat diisap piston dalam silinder. Pengukuran jumlah udara yang dihisap dilaksanakan dengan Air Consumption Meter TE.40 dengan prinsip mengukur pressure drey dari aliran udara yang melalui suatu orifice yang telah diketahui diameter dan coefficient of discharge dan kemudian menghitung kecepatan aliran udara yang melewati orifice tersebut. Hubungan antara tekanan dan kecepatan dari ekspansi bebas gas

P=

10

ρ a .U 2

10 2

…………… (II.18)

(kW)



26


Dimana :

ρa

= density of air (kg/m3)

U

= velocity (m/s)

P

= Presure difference (N/m2)

Beda tekanan diukur dalam cm of water 1 cmH2O = 98,1 N/m2 Maka :

ρ a .U 2

P=

11

= 98,1 h0

2

………….……… (II.19)

Density udara :

10 3 .Pa

ρa

…..……………….……… (II.20)

= RTa

Dimana : Pa

= barometric pressure ( kN/m3 )

U

= air temperatur ( K )

R

= 287 ( J/kg/K )

Kombinasi a dan b :

U

ho .T A 10 3 .Pa

= 273,3

…..…………….. (II.21)

Volumetric rate of flow melalui orifice

Va

11

= 10 −3

π .D 2 4

.273,3

ho .T A

…..……… (II.22)

10 3.Pa



27


Dimana : Va

= volumetric rate of flow

D

= orifice diameter ( mm )

K3

= coefficient of discharge of orifice

Massa rate of flow12

ma

= 10

−6

π .D 2 4

.K 3 .0,827

ho .T A Pa

…... (II.23)

Bila dipergunakan orifice dengan sisi tajam maka K3 = 0,6 maka rumusnya :

Va = 0.003536D2

ma = 0.00001232D2

ho .Ta 10 3.Pa

13

ho .Ta Pa

…….…..….. (II.24)

…….….... (II.25)

Besar laju aliran massa dapat juga dihitung dengan menggunakan rumus14 : Ma = V.α

………………..…..….. (II.26)

12

Ref : Ferguson, Colin R., Internal Combustion Engines. Hal : 257 Ref : Ferguson, Colin R., Internal Combustion Engines. Hal : 257 14 Ref : Ferguson, Colin R., Internal Combustion Engines. Hal : 466 13


28


Dimana : Ma

= Laju aliran massa bahan bakar ( kg/det )

V

= Konsumsi bahan bakar ( liter/jam )

α

= Density of fuel15 ( 0,926 kg/liter )

Volumetric Efficiency16 ηvol =

60.K 2 .V a n.V s

…………………….…..….. (II.27)

Dimana : K2 = constant, 1 untuk 2-stroke 2 untuk 4-stroke Va = Laju Aliran Volume Vs = Volume Langkah Dari rumus ini dapat diketahui karateristik tenaga mesin pada berbagai kecepatan putaran.

15 16

Ref : www.libertyvegetableoil.com. Ref : Ferguson, Colin R., Internal Combustion Engines. Hal : 09


29

BAB III PROSES PEMBUATAN DAN UNJUK KERJA ALAT


III.1. Proses Pembuatan Alat Pembuatan alat cukup mudah, sederhana dan dari bahan yang mudah kita temukan sehari-hari, prosesnya pun tidak terlalu sulit. Pembuatan alat dilakukan melalui beberapa langkah antara lain: 1.

Pembuatan rangka

2.

Pembuatan tabung mixer

3.

Pembuatan tabung methoxide dan

4.

Pembuatan tabung destilasi Gambar alat pada pandangan iso metrik / 3 dimensi dapat

dilihat pada gambar3.1:


30

30


Gambar 3.1. Gambar alat pada pandangan iso metrik / 3 dimensi.

Gambar rancang bangun alat pembuat bahan bakar mesin diesel dari minyak jelantah dapat dilihat pada gambar 3.2.

4 3

2 5

1

7

6

Gambar 3.2. Gambar rancang bangun alat pembuat bahan bakar diesel dari minyak jelantah. Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA

31


Keterangan : 1. Rangka alat 2. Tabung mixer 3. Mixer/pengaduk 4. Tabung methoxide 5. Tabung destilasi 6. Tabung air pendingin 7. Tabung hasil destilasi

III.1.2. Pembuatan Rangka Hal pertama yang dibuat pada alat ini adalah rangka alat, pembuatan rangka alat harus kuat, kokoh dan dapat menahan getaran mixer/pengaduk. Rangka yang kami buat menggunakan plat L dengan ukuran 4x4mm. Rangka dibuat berbentuk segi empat yang menyerupai meja dengan pegangan mesin bor ditengahnya serta dudukan tabung methoxide dipinggir atas alat biodiesel. Tempat tabung pendingin dibuat sejajar dengan tabung destilasi, karena apabila terlalu tinggi, pompa air siklus tidak dapat bekerja dengan baik, yang mengakibatkan proses destilasi terganggu atau kurang maksimal. Gambar rangka alat biodiesel berbahan dasar minyak jelantah dapat dilihat pada gambar 3.3 dibawah ini :


32


6 5

2 4

3 1

Gambar 2.5. Rangka alat biodiesel berbahan dasar minyak jelantah.

Keterangan : 1. Rangka meja 2. Rangka penahan mixer 3. Rangka dudukan tabung mixer 4. Rangka penahan tabung mixer 5. Rangka dudukan tabung methoxide 6. Rangka pegangan/dudukan mesin bor/mixer


33


III.1.2. Pembuatan Pegangan Mixer Bagian yang banyak menahan getaran adalah pengangan mixer, maka dari itu pengangan mixer harus dibuat sekuat mungkin, agar dapat menahan getaran yang disebabkan oleh putaran mesin bor. Gambar penahan mesin bor dapat dilihat pada gambar 3.4. dibawah ini :

4 2 3 1

Gambar 3.4. Penahan mesin bor/mixer.

Keterangan : 1. Pegangan mesin bor/mixer. 2. Mesin bor/mixer. 3. Rangka penahan mesin bor/mixer. 4. Penahan pegangan mesin bor/mixer.

III.1.3. Pembuatan Dudukan tabung methoxide Dudukan tabung methoxide dibuat harus lebih tinggi dari tabung mixer, apabila posisi tabung methoxide lebih tinggi dari tabung mixer, campuran methoxide lebih mudah ditekan oleh air pump, sehingga proses pencampuran dapat berjalan lancer.


34


III.1.4. Pembuatan Tabung Mixer Tabung

mixer

harus

kuat,

rapat,

tahan

terhadap

temperatur tinggi dan dibuat dari bahan yang tidak bereaksi dengan campuran methoxide. Logam yang dapat bereaksi dengan campuran methoxide antara lain : 1. seng (Zn) 2. Aluminium (Al) 3. timah hitam (Pb) 4. timah putih (Sn)

Gambar tabung mixer dapat dilihat pada gambar 3.5 : 3 2 4 1 5 6

7

Gambar 3.5. Tabung mixer pada alat pembuat bahan bakar mesin diesel berbahan dasar minyak jelantah.


35


Keterangan : 1. Tabung mixer 2. Tempat minyak jelantah dimasukkan 3. Karet mixer 4. Tempat keluarnya destilasi methanol 5. Thermostat 6. Pengatur thermostat 7. Pemanas

Tabung mixer juga dilengkapi dengan heater (pemanas) dan thermostat (pemutus panas). Fungsi heater (pemanas) diantaranya : ¾

Menaikkan

dan

menurunkan

suhu

didalam

mixer,

maksimal 1200C dan minimal 300C ¾

Menjaga suhu didalam mixer agar tetap panas.

¾

Memanaskan

minyak

jelantah

untuk

menghilangkan

kandungan air.

Adapun fungsi dari thermostat adalah : ¾

Memutuskan arus di heater (pemanas) sesuai dengan suhu yang diinginkan.

¾

Menjaga suhu di heater.

¾

Mengatur suhu sesuai kebutuhan.


36


III.1.5. Pembuatan Tabung Methoxide Tabung methoxide dibuat menggunakan tabung HDPE yang tidak bereaksi dengan bahan campuran methoxide. Gambar dari tabung methoxide dapat dilihat pada gambar 3.6 :

3 2 1

Gambar 3.6. Tabung campuran methoxide.

Keterangan : 1. Tabung methoxide 2. Saluran masuk udara penekan campuran methoxide. 3. Saluran keluar campuran methoxide.

III.1.6. Pembuatan Tabung Destilasi Pembuatan tabung destilasi harus rapat, karena dalam tabung destilasi diisi air yang bergerak secara siklus, sehingga tidak boleh ada kebocoran, apabila terdapat kebocoran akan menghambat siklus air didalamnya, yang mengakibatkan proses destilasi terganggu. Bentuk dari tabung destilasi methanol dapat dilihat pada gambar 3.7 dibawah ini.


37


3 4 2 1

5

6

Gambar 3.7. Tabung destilasi methanol.

Keterangan : 1. Tabung siklus air 2. Pipa destilasi methanol 3. Saluran uap methanol masuk 4. Saluran siklus air masuk 5. Saluran siklus air keluar 6. Saluran hasil destilasi methanol keluar

III.1.7. Proses Finishing Setelah semua tahapan pembuatan alat selesai, lanjutkan dengan proses finising. Proses finising memakan waktu cukup lama karena proses pengerjaannya butuh kesabaran dari masing-masing anggota. Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA

38


Proses finising antara lain : 1. Menghaluskan atau membersihkan bagian-bagian yang berkarat/tidak rata yang diakibatkan proses pengelasan. 2. Membersihkannya dengan menggunakan mesin gerinda atau dengan amplas halus. 3. Mengecat alat, agar terlihat rapih dan menghindari timbulnya korosi/karat pada alat yang dibuat.

III.2. Unjuk Kerja Alat Pembuat Biodiesel Unjuk kerja alat pembuat bahan bakar diesel dengan menggunakan

minyak

jelantah

melalui

beberapa

proses

dengan

sodium

diantaranya : 1.

Proses penyaringan minyak jelantah.

2.

Proses pemanasan minyak jelantah.

3.

Proses

pencampuran

minyak

jelantah

methoxide. 4.

Proses destilasi methanol.

5.

Proses pengendapan gliserin.

6.

Proses pemisahan gliserin dengan bahan bakar. Semua proses tersebut dapat digambarkan dalam suatu

skema proses pembuatan bahan bakar alternatif mesin diesel dengan menggunakan minyak jelantah. Seperti yang diperlihatkan pada gambar dibawah ini:


39


Minyak Jelantah

Proses Penyaringan Suhu Maksimal hingga 1000C Proses Pemanasan Penurunan Suhu hingga 500C Proses Pencampuran Methoxide Penambahan Suhu hingga > 650C Proses Destilasi Methanol

Proses Pemisahan Bahan Bakar

Proses Pengendapan Gliserin Bahan bakar disaring Proses Pemisahan Gliserin dengan bahan bakar

Bahan Bakar siap dipergunakan

Gambar 3.8.skema proses pembuatan biodiesel


40


III.2.1. Proses Penyaringan Langkah awal dalam pembuatan bahan bakar mesin diesel dengan bahan dasar minyak jelantah adalah proses penyaringan. Di dalam proses penyaringan tidak terlalu sulit, mudah

dan

sederhana.

Penyaringan

minyak

jelantah

dilakukan dengan menggunakan saringan minyak atau saringan teh. Adapun tujuan dari proses penyaringan diantaranya adalah : ¾ Memisahkan minyak jelantah dengan sisa-sisa makanan. ¾ Membuang partikel padat yang terdapat pada minyak jelantah. Gambar proses penyaringan minyak jelantah dapat dilihat pada gambar 3.9. dibawah ini :

Gambar3.9. Proses penyaringan minyak jelantah.


41


III.2.2. Proses Pemanasan Pemanasan minyak jelantah dilakukan didalam tabung mixer, dengan suhu maksumum 1200C, selama proses pemanasan, tabung mixer harus dalam keadaan terbuka, agar kandungan air yang ada didalam minyak jelantah dapat menguap keluar dan apabila tabung dalam keadaan tertutup, akan terjadi proses pengembunan uap air di atas tutup tabung mixer, hal ini akan menghambat proses pembuatan bahan bakar. Setelah dapat dipastikan uap air sudah menguap seluruhnya, suhu tabung diturunkan hingga mencapai temperature 500C, untuk melanjutkan proses pencampuran methoxide. Adapun tujuan dari proses pemanasan diantaranya : ¾ Menghilangkan unsur kandungan air dalam minyak jelantah. ¾ Membuat minyak jelantah tidak terlalu kental, karena kalau terlalu kental proses pencampuran terhambat. ¾ Menjaga

suhu

pencampuran

stabil,

agar

proses

pencampuran berjalan dengan baik. Proses pengaturan panas atau temperatur minyak jelantah dapat dilihat pada gambar3.10 dibawah ini :


42


Gambar3.10. Gambar thermostat pada alat.

III.2.3. Proses Pencampuran Methoxide dengan Minyak Jelantah Proses ini adalah proses yang paling penting, dalam proses ini suhu harus dijaga agar tetap stabil, karena suhu sangat berpengaruh pada kwalitas bahan bakar. Suhu pencampuran berkisar antara 480 – 540 C. Aduk terlebih dahulu minyak jelatah didalam tabung kemudian alirkan sodium methoxide dengan bantuan pompa akuarium. Prosesnya dapat dilakukan selama 30 menit, tetapi untuk mendapatkan hasil yang lebih baik aduk selama 50 menit sampai 1 jam.


43


Proses

pencampuran

minyak

jelantah

dengan

methoxide dapat dilihat pada gambar3.11 dibawah ini :

Gambar3.11. Proses pencampuran minyak jelantah dengan methoxide.

Proses

pencampuran

methanol

(CH3OH)

dengan

sodium hidroksida (NaOH) dapat di lakukan seperti terlihat pada gambar3.12 dibawah ini :

Gambar3.12. Proses pencampuran methanol dengan sodium hidroksida.


44


III.2.4. Proses Destilasi Methanol Dalam membuat biodiesel berbahan dasar minyak jelantah

kita

memerlukan

campuran,

campuran

yang

dibutuhkan untuk biodiesel adalah methanol 98%, yang berfungsi untuk menaikkan nilai cetane bahan bakar. Dan methanol 98% harganya cukup mahal, harga perliternya Rp 19.000,-. karena dalam bahan bakar biodiesel tidak terlalu banyak kandungan methanolnya dan banyak yang terbuang percuma, karena pada suhu 650C methanol menguap, untuk itu kita perlu mendaur ulang atau mendestilasi methanol. Setelah proses pencampuran berlangsung, proses destilasi bisa langsung dilakukan dengan meningkatkan suhu pada tabung melebihi suhu penguapan methanol, yaitu 650C. Uap tersebut akan dialirkan melalui pipa tembaga kedalam tabung kondenser dan didinginkan oleh air yang dialirkan dari bawah tabung dan kembali lagi ke bak menggunakan pompa akuarium. Uap methanol yang telah didinginkan akan menjadi cair dan ditampung dalam tabung methoxide ke 2 untuk digunakan dalam pembuatan sodium methoxide yang baru. Proses

destilasi

methanol

dapat

dilihat

pada

gambar3.13 dibawah ini :


45


Gambar3.13. Proses destilasi methanol.

III.2.5. Proses Pengendapan Gliserin Bahan bakar yang sudah melalui proses destilasi selanjutnya didinginkan, suhunya jangan sampai dibawah 380C, karena gliserin akan mengendap dibawah suhu tersebut. Setelah itu pindahkan bahan bakar dari tabung mixer kedalam wadah yang transparan agar gliserinnya terlihat. Setelah dipindahkan, maka proses pengendapan dapat dilakukan dengan cara menurunkan suhu bahan bakar menjadi suhu kamar ± 300C atau diamkan saja selama


46


seminggu maka gliserin akan mengendap dengan sendirinya serta menjadi keras/jelly. Gliserin (glycerol) berwarna gelap yang mengendap dibagian bawah dan bahan bakar yang berwarna bening yang terdapat ditengah serta methil ester ( biodiesel ) yang mengapung dipermukaan. Proses

pengendapan

gliserin

dapat

dilihat

pada

gambar3.14 dibawah ini :

Gambar3.14. Proses pengendapan gliserin.

III.2.6. Proses Pemisahan Bahan Bakar Dengan Gliserin Pemisahan bahan bakar dengan glaserin dilakukan dengan cara disaring dengan saringan teh/minyak, untuk hasil maksimal hendaknya proses pemisahan dilakukan dengan menggunakan alat pemisah yang disebut bublle washing. Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA

47


Setelah proses pemisahan bahan bakar dengan glaserin, akan didapat sebuah bahan bakar mesin diesel berbahan dasar minyak jelantah, dan hasilnya akan diuji di mesin diesel untuk mengetahui unjuk kerja dan prestasi mesin tersebut. Gambar mesin uji dapat dilihat pada gambar3.15 dibawah ini :

Gambar3.15. Mesin penguji bahan bakar biodiesel berbahan dasar minyak jelantah. Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA

48


III.3. Bahan Bakar Hasil Pengujian Setelah

semua

proses

pembuatan biodiesel dengan

dipahami

dengan

berbagai variabel

baik,

maka

dapat dilakukan.

Semuanya dibuat pada alat pembuat biodiesel seperti pada gambar 3.16. dibawah ini.

Gambar3.16. Alat pembuat bahan bakar mesin diesel dengan bahan dasar minyak jelantah.

Variabel yang dipakai adalah temperatur pencampuran minyak jelantah dengan sodium methoxide, yaitu 45oC, 500C, dan 550C. Gambar dibawah ini merupakan hasil dari pengujian alat :


49


Gambar3.17. Hasil pengujian dialat dengan suhu campuran 450C




50


III.4. Prosedur Pengambilan Data Prosedur pengambilan data terhadap mesin diesel berbahan bakar biodiesel berbahan dasar minyak jelantah dilakukan dengan 3 tahap yaitu tahap persiapan, tahapan menjalankan atau mematikan dan tahap pengujian/pengambilan data.

III.4.1. Tahap Persiapan ¾ Menyediakan bahan bakar biodiesel yang sudah dipersiapkan. ¾ Memasukkan biodiesel tersebut kedalam tangki bahan bakar (fuel tank) yang selanjutnya katup tangki dibuka hingga biodiesel masuk ke dalam gelas ukur. ¾ Membersihkan nozzle dengan diberi tekannan sebesar 280 bar. ¾ Memasangkan kembali nozzle. ¾ Melakukan pembilasan sistem saluran bahan bakar dengan solar.

III.4.2. Tahapan Menjalankan dan Mematikan mesin. ¾ Pastikan semua fasilitas pendukung seperti pengkondisi udara, system pendingin, peringatan tanda bahaya berfungsi secara baik. ¾ Menjalankan mesin dengan bahan bakar solar sampai temperatur oli dan pendingin mencapai 85%.


51


¾ Setelah temperatur oli dan pendingin tercapai, dilanjutkan dengan menstabilkan kondisi mesin kira-kira 2 menit.

III.4.3. Tahap Pengambilan Data Dalam mengadakan pengamatan dan pencatatan, sebaiknya dilakukan oleh empat orang pengamat agar didapat data yang akurat yang mana pembagiannya adalah sebagai berikut : ¾ Pengamat – 1 Memimpin dan memberi perintah pada saat mulai dan selesainya pengamatan. Mengamati putaran motor pada revolution counter (rpm mesin) serta melaksanakan pengukuran konsumsi (fuel comsumption) dengan stopwatch. ¾ Pengamat – 2 Mengamati manometer pada tekanan udara (air flow meter), suhu masuk (inlet air temperatur) dan suhu gas buang (exhaust gas temperatur). ¾ Pengamat – 3 Menjalankan motor diesel sesuai dengan percobaan dan mencatat nilai torsi rata-rata.


52


¾ Pengamat – 4 Mengamati laju aliran dari air pendingin, termasuk temperatur masuk (temp in) dan temperatur keluar (temp out). Catatan : •

Pengamatan dilakukan sedapat mungkin secara serentak pada saat motor sudah cukup steady (mencapai titik idle).

•

Pada setiap set pengamatan, variasi kecepatan putaran hendaknya dijaga tidak lebih dari 0,5% atau 10 rpm.

•

Perubahan beban hendaknya dilakukan secara perlahan-lahan dengan memutar knop rem (load control hand wheel) pada engine brake hidrolik.

•

Untuk setiap kecepatan putaran dan pembebanan, catatlah secara serentak : 1. Kecepatan putaran mesin (rpm), 2. Gaya dari torsi pada balance reading atau balance reading + added wight (kN), 3. Waktu setiap pemakaian bahan bakar misalnya : 50-100-200 (menit), 4. Temperatur gas asap (0C), 5. Temperatur air pendingin yang masuk dan keluar dari motor (0C), 6. Laju aliran air pendingin (per-menit),


53


7. Pressure drop pada manometer dari air flow meter (Bar), 8. Untuk mengetahui karakteristik motor diesel pada kecepatan konstan, pilihlah salah satu dari putaran : 1000, 1200, 1400, 1500, 1600, 1800, 2000,2200, 2400, 2600, 2700, 3000 rpm dan mencatat secara serentak seperti pada variable-variable diatas, pengujian pada beban penuh 100% tidak lebih dari 15 menit / putaran.


54

BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA


4.1. Data Pengujian Data pengujian yang dilakukan pada alat pembuat bahan bakar mesin diesel berbahan dasar minyak jelantah dapat di lihat pada tabel 4.1. dibawah ini : Minyak No

Jelantah

Methanol

Sodium

Temperatur

(CH3OH) Hidroksida Pencampuran

Putaran Mixer

Waktu (jam)

(liter)

(%)

(NaOH) gr

(0C)

(rpm)

1

10

25

65

45

600

1

2

10

25

65

50

600

1

3

10

25

65

55

600

1

Tabel 4.1. Data pengujian pada alat pembuat bahan bakar mesin diesel berbahan dasar minyak jelantah.


55

55


4.2. Hasil Pengujian Pengujian yang dilakukan pada alat uji mesin diesel berbahan bakar biodiesel dari minyak jelantah dilakukan dengan menggunakan berbagai variasi kecepatan sebesar 2500 rpm sampai 3500 rpm. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja mesin diesel serta pemakaian bahan bakar pada setiap variasi temperatur pencampuran. Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel dibawah ini. No.

n Vol Tin Tout Q ho Pa Ta F t (rpm) (ml) (0C) (0C) (L/min) (mmH2O) (atm) (0C) (kg) (det)

1.

2500

25

55

67

5

0.4

1

34

5

1’06”

2.

3000

25

60

75

7

0.6

1

35

6

51”

3.

3500 25 65 80 8 0.8 1 37 6.5 Tabel 4.2. Data hasil pengujian pada mesin penguji dengan

44”

menggunakan temperatur pencampuran 450 C

No.

Q ho Pa Ta F t n Vol Tin Tout (rpm) (ml) (0C) (0C) (L/min) (mmH2O) (atm) (0C) (kg) (det)

1.

2500

25

57

75

6

0.5

1

36

5

1’18”

2.

3000

25

63

80

7

0.9

1

37

6.5

1’05”

3.

3500 25 66 85 8 1.2 1 38 7 Tabel 4.3. Data hasil pengujian pada mesin penguji dengan

52”


No.

n Vol Tin Tout Q ho Pa Ta F t 0 0 0 (rpm) (ml) ( C) ( C) (L/min) (mmH2O) (atm) ( C) (kg) (det)

1.

2500

25

57

75

6

0.6

1

34

5

1’13”

2.

3000

25

60

78

8

0.9

1

36

5.5

59”

3.

3500 25 65 85 9 1.0 1 38 6 Tabel 4.4. Data hasil pengujian pada mesin penguji dengan

48”



56


4.3. Perhitungan Prestasi Mesin Diesel Menggunakan Bahan Bakar Biodiesel Dengan Temperatur Pencampuran 450 C

Berikut adalah data-data mesin yang diperoleh pada saat akan melakukan pengujian : Tanggal Pengujian

: 8 Juni 2005

Type Mesin

: 4 langkah, 4 silinder

Bore

: 88.0 mm

Stroke

: 82.5 mm

Idle speed

: 1000 rpm

Bahan bakar

: biodiesel

Berdasarkan data tersebut penulis dapat menghitung prestasi unjuk kerja mesin tersebut.

4.3.1. Perhitungan Torsi Mesin Pengukuran torsi mesin dicapai dengan hasil pengukuran reaksi

torsi

yang

menahan

poros

mesin

dari

rotasi.

Pengukuran ini dilakukan oleh seperangkat engine brake hidrolik yang terdiri dari sebuah cakram, timbangan dan lengan torsi. Torsi yang diterapkan pada engine brake hidrolik berhubungan pada radius dari lengan torsi dengan rumus :

τ=


F .g.l ( kNm ) 1000

57


Dimana :

τ = Torsi ( Nm ) F = Gaya yang terbaca pada timbangan ( kg ) l

= Panjang lengan torsi ( m )

g = Percepatan gravitasi

Diketahui : l

= 30 cm

F = 5 kg Maka :

τ =

=

F .g.l 1000 5.9,8.0,3 1000

= 0.0147 kNm = 14,7 Nm Untuk hasil perhitungan torsi mesin ( Nm ) pada putaran yang lain dapat dilihat pada tabel 4.5. dibawah ini : Puratan mesin ( rpm )

Beban torsi mesin ( kg )

Torsi mesin ( Nm )

2500

5

14.7

3000

6

17.64

3500

6.5

19.11


58


Tabel 4.5. Hasil perhitungan torsi pada temperatur pencampuran 450 C

4.3.2. Perhitungan Daya Mesin Daya mesin didefinisikan sebagai besarnya kerja yang dilakukan (Nm) per satuan waktu (detik). Dengan mengukur torsi dan jarak yang ditempuh dalam suatu putaran maka akan diperoleh kerja yang dihasilkan. Secara

umum

daya

mesin

dihitung

dengan

menggunakan rumus : P=

2.π .n.τ ( kW ) 1000.60

Dimana : P = Daya mesin ( kW ) n = Putaran mesin ( rpm )

τ = Torsi mesin ( Nm ) Diketahui : n = 2500 rpm

τ = 14.7 Nm Maka : P =

=

2.π .n.τ 1000.60 2 ⋅ 3,14 ⋅ 2500 ⋅ 14,7 1000.60


59


=

2 ⋅ 3,14 ⋅ 2500 ⋅ 14,7 1000 ⋅ 60

= 1.07 kW Untuk hasil perhitungan daya mesin ( kW ) dapat dilihat pada tabel 4.6. dibawah ini : Puratan mesin ( rpm )

Torsi mesin ( Nm )

Daya mesin ( kW )

2500

14.7

3.84

3000

17.64

5.53

3500

19.11

7

Tabel 4.6. Hasil perhitungan daya mesin ( Watt ) pada temperatur pencampuran 450 C

4.3.3. Perhitungan Pemakaian Bahan Bakar Pengukuran

atas

kebutuhan

bahan

bakar

yang

dipergunakan dapat dilaksanakan dengan menggunakan sebuah surge tank dan melalui gelas ukur. Dari gelas ukur ini akan terpantau besar konsumsi bahan bakar. Dalam 25 ml bahan bakar yang terpakai dapat diketahui waktu yang dibutuhkan dengan menggunakan stopwatch. Besarnya konsumsi bahan bakar dapat dihitung dengan menggunakan rumus : V=

3600.Vg t

Dimana : V = Konsumsi bahan bakar ( liter/jam ) Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA

60


Vg = Volume gelas ukur ( liter ) t

= Waktu yang dibutuhkan ( detik )

jika diketahui besar konsumsi bahan bakar sebesar 25 ml / 66 detik pada putaran 2500 rpm maka berdasarkan rumus dapat dihitung menjadi : V=

3600 ⋅ 0.025 66

V = 1.36 liter/jam

Untuk hasil perhitungan konsumsi bahan bakar biodiesel pada putaran yang lain dapat dilihat pada tabel 4.7. dibawah ini : Puratan mesin ( rpm )

Waktu konsumsi Bahan bakar Dalam 25 ml

Konsumsi bahan bakar ( liter/jam )

2500

1 menit 6 detik

1.36

3000

51 detik

1.76

3500

44 detik

2.04

Tabel 4.7. Hasil perhitungan konsumsi bahan bakar pada temperatur pencampuran 450 C

4.3.4. Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Konsumsi bahan bakar spesifik ini harus diketahui untuk menghitung efisiensi thermal dari mesin. Besar konsumsi bahan bakar spesifik ini dapat diketahui dengan menggunakan rumus :


61


Sfc =

V P

Dimana : Sfc = Konsumsi bahan bakar spesifik ( liter/kW.jam ) V

= Konsumsi bahan bakar ( liter/jam )

P

= Daya mesin ( kW )

Jika diketahui V = 1.36 liter/jam dan P = 3.84 maka besar sfc adalah : Sfc =

1.36 3.84

= 0.35 liter/kW.jam Untuk hasil perhitungan pada kecepatan putaran yang lain dapat dilihat pada tabel 4.8. dibawah ini :

Puratan Mesin ( rpm )


Daya mesin ( kW )

Konsumsi bahan bakar spesifik (liter/kW.jam)

2500

1.36

3.84

0.35

3000

1.76

5.53

0.31

3500

2.04

7

0.29

Tabel 4.8. Hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik pada temperatur pencampuran 450 C

4.3.5. Pehitungan Tekanan Efektif Rata-rata ( BMEP )


62


BMEP ( Brake Mean Efective Pressure ) menyatakan tekanan rata-rata yang dibutuhkan untuk menggerakkan piston selama langkah kerja guna menghasilkan power output. Besarnya BMEP ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

BMEP =

6.104.K 2 .P n.Vs

Dimana : Vs


n

= Putaran mesin ( rpm )

K2


P

= Daya ( kW )

BMEP = Tekanan efektif rata-rata ( kN/m2 )

Volume langkah dapat diketahui dengan menggunakan rumus :

Vs =

π .d 2 .s.n 4

Dimana : d

= Diameter silinder ( m )

s

= Langkah piston ( m )

n

= Jumlah silinder

Vs



63


Jika diketahui diameter silinder sebesar 88 mm dan panjang langkah sebesar 82.5 mm maka : Vs =

π .d 2 .s.n 4

3,14.0,0882.0,0825.4 = 4 = 0.002006 m3

BMEP =

6.104.K 2 .P n.Vs

6 ⋅ 104 ⋅ 2 ⋅ 3.84 = 2500 ⋅ 0.002006 = 91882 N/m2 = 91.88 kN/m2 Untuk hasil perhitungan BMEP pada kecepatan putaran yang lain dapat dilihat pada tabel 4.9. dibawah ini : Puratan mesin ( rpm )

Daya mesin ( kW )

BMEP ( kN/m2 )

2500

3.84

91.88

3000

5.53

110.26

3500

7

119.64

Tabel 4.9. Hasil perhitungan BMEP pada temperatur pencampuran 450 C

4.3.6. Perhitungan Laju Aliran Massa Bahan Bakar


64


Laju aliran massa bahan bakar adalah berat aliran bahan bakar perjam. Laju ini diperlukan untuk mencari nilai efisiensi thermal yang terjadi. Besar laju aliran massa bahan bakar dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

ma = V .α Dimana : ma = Laju aliran massa bahan bakar ( kg/det ) V = Konsumsi bahan bakar ( liter/jam ) α = Density of fuel ( 0.926 kg/liter )

Maka pada putaran 2500 rpm dengan V = 1.36 liter/jam laju aliran bahan bakarnya adalah :

ma = 1.36 ⋅ 0.926 = 1.25936 kg/jam / 3600 = 0.000349 kg/det

Untuk hasil perhitungan laju aliran massa bahan bakar pada kecepatan yang lain dapat dilihat pada tabel 4.10. dibawah ini : Puratan mesin ( rpm )


Konsumsi bahan bakar ( L/s )

Laju aliran massa bahan bakar ( kg/s )

65


2500

1.36

0.000349

3000

1.76

0.000452

3500

2.04

0.000524

Tabel 4.10. Hasil perhitungan laju aliran massa bahan bakar pada temperatur pencampuran 450 C

4.3.7. Perhitungan Efisiensi Thermal Efisiensi

thermal

adalah

perbandingan

daya

kuda

keluaran yang dikeluarkan oleh zat yang bekerja didalam silinder untuk waktu tertentu terhadap energi masukan atau energi panas dari bahan bakar yang di sediakan selama waktu yang sama. Efisiensi thermal dapat ditulis dengan rumus :

3,6.10 6 ηth = V .ρf .H L Dimana : ηth

=

Efisiensi thermal ( % )

v(sfc) =


HL

Nilai kalor bahan bakar bawah (J/kg)

=

( minyak sawit = 36919 kJ/kg ) ρf (α) =

Density of fuel at 20 oC (0.926 kg/L)

Maka efisiensi thermal pada kecepatan 2500 rpm adalah : Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA

66


ηt

3.6 ⋅ 10 6 0.35 ⋅ 0.926 .36919000

=

= 0.3008 = 30.08% Untuk hasil perhitungan efisiensi thermal pada kecepatan putaran yang lain dapat dilihat pada tabel 4. 11. dibawah ini : Putaran Mesin ( rpm )

Konsumsi bahan bakar spesifik ( L/kW.jam )

Efisiensi Thermal (%)

2500

0.35

30.08

3000 3500

0.31 0.29

33.96 36.31

Tabel 4.11. Hasil perhitungan efisiensi thermal pada temperatur pencampuran 450 C

4.3.8. Perhitungan Laju Aliran Volume Laju aliran volume dapat dihitung dengan menggunakan rumus : Va = 0.003536 ⋅ D 2

h0 ⋅ Ta Pa

Dimana : Va

= Laju aliran volume ( L/s )

ho

= Laju aliran udara ( cmH2O )

Ta

= Temperatur ruang ( K )

Pa

= Tekanan atmosfir ( kPa )


67


( 1 atm = 101.3 kPa ) D

= Diameter silinder ( mm )

Jika

diameter

silindernya

88

mm,

dan

tekanan

atmosfirnya 1, maka laju aliran volume pada putaran 2500 rpm dapat dihitung, yaitu : Va

=

0.003536 ⋅ (88)

2

0.04 ⋅ 307 101.3

= 9.53 L/s Untuk mengetahui laju aliran volume pada putaran yang lain dapat dilihat pada tabel 4.12. dibawah ini : Putaran mesin (rpm) 2500

Laju aliran udara (mmH2O) 0.4

Temperatur Ruangan ( oC ) 34

Tekanan Atmosfer ( Atm ) 1

Laju Aliran Volume ( L/s ) 9.53

3000

0.6

35

1

11.69

3500 0.8 37 1 13.54 Tabel 4.12. Hasil perhitungan Laju Aliran Volume pada biodiesel dengan temperatur pencampuran 450 C

4.3.9. Perhitungan Efisiensi Volumetrik ( ηvol ) Efisiensi volumetrik dapat dihitung dengan menggunakan rumus : ηvol =

60 ⋅ K 2 ⋅ Va n ⋅ Vs

Dimana : K2


Va

= Laju aliran volume (L/s)


68


Vs

= Volume langkah ( L ) = 0.002006 m3 = 2.006 L

Maka efisiensi volumetrik pada putaran 2500 adalah :

ηvol =

60 ⋅ 2 ⋅ 9.53 2500 ⋅ 2.006

= 22.80 % Untuk mengetahui efisiensi volumetrik pada putaran lainnya dapat dilihat pada tabel 4.13. dibawah ini : Putaran mesin Laju Aliran Volume Efisiensi ( rpm ) ( L/s ) Volumetrik ( % ) 2500 9.53 22.80 3000 12.46 24.84 3500 14.80 25.29 Tabel 4.13. Hasil perhitungan efisiensi volumetrik pada biodiesel dengan temperatur pencampuran 450 C

4.3.10. Perhitungan

Kinerja

Mesin

Diesel

Menggunakan

Biodiesel Pada Temperatur Pencampuran 450 C Dalam membuat perhitungan kinerja mesin diesel, penulis menggunakan perhitungan dengan Least Square. Persamaan : Y = a + bX

n ( ΣXY ) – ( ΣX ) ( ΣY ) b =

n ( ΣX2 ) – ( ΣX )2

a = 1/n ( ΣY - bΣX )


69


Dimana : X = BHP Y = BFC

No.

n

BHP

BFC

BSFC

BMEP

va

ma

ηvol

ηth

2

rpm

( kW )

(L/h )

(L/kW)

(kN/m )

(L/s)

(kg/s)

(%)

(%)

1

2500

3.84

1.36

0.35

91.88

9.53

0.000349

22.80

30.08

2

3000

5.53

1.76

0.31

110.26

11.69

0.000452

24.84

33.96

3

3500

7

2.04

0.29

119.64

13.54

0.000524

25.29

36.31

Tabel 4.14. Tabel hasil perhitungan biodiesel dengan temperatur pencampuran 450 C No. 1 2 3

Σ

X

Y

X2

Y2

X.Y

3.84 1.36 14.74 1.84 5.22 5.53 1.76 30.58 3.09 9.23 7 2.04 49 4.16 14.28 16.37 5.16 94.32 9.09 29.23 Tabel 4.15. Tabel perhitungan Least Square pada temperatur pencampuran 450 C Berdasarkan tabel 4.15. dapat dihitung nilai a dan b, yaitu :

n ( ΣXY ) – ( ΣX ) ( ΣY ) b =

b =

n ( ΣX2 ) – ( ΣX )2 3 (29.23 ) – (16.37 ) (5.16 )

3 (94.322 ) – (16.37 )2 b = 0.21 a = 1/n (ΣY - bΣX) a = 1/3 (5.16 – (0.21x 16.37) Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA

70


a = 0.57

4.3.11. Perhitungan Indicated Horse Power ( IHP ), Indicated Mean Effective Pressure ( IMEP ), Friction Mean Effective Pressure ( FMEP ) dan Efisiensi mekanik ( ηmek ) FHP

= b/a = 0.21/0.57 = 0.36

IHP

= BHP + FHP = 3.84 + 0.36 = 4.2 kW

6 ⋅ 104 ⋅ K 2 ⋅ IHP IMEP = n ⋅ Vs =

6 ⋅ 104 ⋅ 2 ⋅ 4.2 2500 ⋅ 0.002006

= 100498.504 N/m2 = 100.49 kN/m2

ηmek

=

BHP × 100% IHP

=

3.84 × 100% 4.2

= 91.42 % Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA

71


FMEP =

=

IMEP

ηmek 100.49 0.9142

= 109.92 kN/m2 FMEP n IHP IMEP ηmek kN/m2 rpm KW kN/m2 % 2500 4.2 100.49 109.92 91.42 3000 5.89 117.44 125.09 93.88 3500 7.36 125.79 132.27 95.10 Tabel 4.16. Tabel hasil perhitungan kinerja mesin diesel menggunakan biodiesel pada temperatur pencampuran 450 C Grafik BHP, IHP vs n 8 7 6

(kW)

5

BHP IHP

4 3 2 1 0

2500

3000

3500

n (rpm)

Grafik 4.1. Grafik BHP, IHP, vs n

Grafik BMEP, IMEP, FMEP vs n 140 120

(kPa)

100

BMEP IMEP FMEP

80 60 40 20

0 Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA 2500

72 3000

n (rpm)

3500


Grafik 4.2. Grafik BMEP, IMEP, FMEP vs n 4.4. Perhitungan Prestasi Mesin Diesel Menggunakan Bahan Bakar Biodiesel Dengan Temperatur Pencampuran 500 C

4.4.1. Perhitungan Torsi Mesin Puratan mesin ( rpm )


Torsi mesin ( Nm )

2500

5

14.7

3000

6.5

19.11

3500

7

20.58


4.4.2. Perhitungan Daya Mesin Puratan mesin ( rpm )

Torsi mesin ( Nm )

Daya mesin ( kW )

2500

14.7

3.84

3000

19.11

6

3500

7

7.53


4.4.3. Perhitungan Pemakaian Bahan Bakar Puratan mesin ( rpm )



2500

1 menit 18 detik

1.15


73


3000

1 menit 5 detik

1.38

3500

52 detik

1.73

Tabel 4.19. Hasil perhitungan konsumsi bahan bakar pada temperatur pencampuran 500 C 4.4.4. Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik

Puratan Mesin ( rpm )


Daya mesin ( kW )


2500

1.15

3.84

0.29

3000

1.38

6

0.23

3500

1.73

7.53

0.22


4.4.5. Perhitungan Tekanan Efektif Rata – Rata ( BMEP ) Puratan mesin ( rpm )

Daya mesin ( kW )

BMEP ( kPa )

2500

3.84

91.88

3000

6

119.64

3500

7.53

128.69



Puratan mesin ( rpm )



2500

1.15

0.000295

3000

1.38

0.000354


74


3500

1.73

0.000444


4.4.7. Perhitungan Efisiensi Thermal Putaran Mesin ( rpm )



2500

0.29

36.31

3000 0.23 45.78 3500 0.22 47.86 Tabel 4.23. Hasil perhitungan efisiensi thermal pada temperatur pencampuran 500 C

4.4.8. Perhitungan Laju Aliran Volume ( Va ) Putaran mesin (rpm) 2500





3000

0.9

37

1

14.37

3500 1.2 38 1 16.62 Tabel 4.24. Hasil perhitungan Laju Aliran Volume pada biodiesel dengan temperatur pencampuran 500 C 4.4.9. Perhitungan Efisiensi Volumetrik ( ηvol ) Putaran mesin Laju Aliran Volume Efisiensi ( rpm ) ( L/s ) Volumetrik ( % ) 2500 10.69 25.57 3000 14.37 28.65 3500 16.62 28.40 Tabel 4.25. Hasil perhitungan efisiensi volumetrik pada biodiesel dengan temperatur pencampuran 500 C Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA

75


4.4.10. Perhitungan

Kinerja

Mesin

Diesel

Menggunakan

Biodiesel Pada Temperatur Pencampuran 500 C

Persamaan : Y

= a + bX

n ( ΣXY ) – ( ΣX ) ( ΣY ) b

=

n ( ΣX2 ) – ( ΣX )2 3 (25.71) – (17.37) (4.26)

b

=

b

= 0.15

a

= 1/n ( ΣY - bΣX )

a

= 1/3 (4.26 – (0.15 x 17.37)

a

= 0.55

3 (107.442 ) – (17.37)2

Dimana :

n

1

X

= BHP

Y

= BFC BHP

BFC

BSFC

BMEP

va

ma

ηvol

ηth

2

rpm

( kW )

(L/h )

(L/kW)

(kN/m )

(L/s)

(kg/s)

(%)

(%)

2500

3.84

1.15

0.29

91.88

10.69

0.000295

25.57

36.31


76


2

3000

6

1.38

0.23

119.64

14.37

0.000354

28.65

45.78

3

3500

7.53

1.73

0.22

128.69

16.62

0.000444

28.40

47.86

Tabel 4.26. Tabel hasil perhitungan biodiesel dengan temperatur pencampuran 500 C

No. 1 2 3

X

Y

X2

Y2

X.Y

3.84 1.15 14.74 1.32 4.41 6 1.38 36 1.90 8.28 7.53 1.73 56.7 2.99 13.02 17.37 4.26 107.44 6.21 25.71 Tabel 4.27. Tabel perhitungan Least Square pada temperatur

Σ

pencampuran 500 C FMEP n IHP IMEP ηmek rpm KW kN/m2 kN/m2 % 1 2500 4.11 98.34 105.25 93.43 2 3000 6.27 125.02 130.65 95.69 3 3500 7.8 133.31 138.10 96.53 Tabel 4.28. Tabel hasil perhitungan kinerja mesin diesel

No.

menggunakan biodiesel pada temperatur pencampuran 500 C

Grafik BHP, IHP vs n 9 8 7

(kW)

6

BHP IHP

5 4 3 2 1 0

2500

3000

3500

n (rpm)


77




(kPa)

120

BMEP IMEP FMEP

100 80 60 40 20 0

2500

3000

3500

n (rpm)

Grafik 4.4. Grafik BMEP, IMEP, FMEP vs n

4.5. Perhitungan Prestasi Mesin Diesel Menggunakan Bahan Bakar Biodiesel Dengan Temperatur Pencampuran 550 C

4.5.1. Perhitungan Torsi Mesin Puratan mesin ( rpm )


Torsi mesin ( Nm )

2500

5

14.7

3000

5.5

16.17


78


3500

6

17.64


4.5.2. Perhitungan Daya Mesin Puratan mesin ( rpm )

Torsi mesin ( Nm )

Daya mesin ( kW )

2500

14.7

3.84

3000

16.17

5.07

3500

17.64

6.46


4.5.3. Perhitungan Pemakaian Bahan Bakar




2500

1 menit 13 detik

1.23

3000

59 detik

1.52

3500

48 detik

1.87

Tabel 4.31. Hasil perhitungan konsumsi bahan bakar pada temperatur pencampuran 550 C

4.5.4. Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Puratan Mesin ( rpm )


Daya mesin ( kW )


2500

1.23

3.84

0.32

3000

1.52

5.07

0.29


79


3500

1.28

6.46

0.28


4.5.5. Perhitungan Tekanan Efektif Rata – Rata ( BMEP ) Puratan mesin ( rpm )

Daya mesin ( kW )

BMEP ( kPa )

2500

3.84

91.88

3000

5.07

101.09

3500

6.46

110.41






2500

1.23

0.000316

3000

1.52

0.000390

3500

1.87

0.000481


4.5.7. Perhitungan Efisiensi Thermal Putaran Mesin ( rpm )



2500

0.32

32.90

3000 3500

0.29 0.28

36.31 37.60


80


Tabel 4.35. Hasil perhitungan efisiensi thermal pada temperatur pencampuran 550 C

4.5.8. Perhitungan Laju Aliran Volume ( Va ) Putaran mesin (rpm) 2500





3000

0.9

36

1

14.34

3500 1.0 38 1 15.17 Tabel 4.36. Hasil perhitungan Laju Aliran Volume pada biodiesel dengan temperatur pencampuran 550 C 4.5.9. Perhitungan Efisiensi Volumetrik ( ηvol ) Putaran mesin Laju Aliran Volume Efisiensi ( rpm ) ( L/s ) Volumetrik ( % ) 2500 11.67 27.92 3000 14.34 28.59 3500 15.17 25.92 Tabel 4.37. Hasil perhitungan efisiensi volumetrik pada biodiesel dengan temperatur pencampuran 550 C

4.5.10. Perhitungan

Kinerja

Mesin

Diesel

Menggunakan

Biodiesel Pada Temperatur Pencampuran 550 C Persamaan : Y

= a + bX

b

=

n ( ΣXY ) – ( ΣX ) ( ΣY ) n ( ΣX2 ) – ( ΣX )2 3 (24.5) – (15.37) (4.62)

Teknik Mesin 3 (82.172 UNIVERSITAS MERCU BUANA

) – (15.37)2

81


b

=

b

= 0.24

a

= 1/n ( ΣY - bΣX )

a

= 1/3 (4.62 – (0.24 x 15.37))

a

= 0.31

Dimana : X = BHP Y = BFC No.

n

BHP

BFC

BSFC

BMEP

va

ma

ηvol

ηth

2

rpm

( kW )

(L/h )

(L/kW)

(kN/m )

(L/s)

(kg/s)

(%)

(%)

1

2500

3.84

1.23

0.32

91.88

11.67

0.000316

27.92

32.90

2

3000

5.07

1.52

0.29

101.09

14.37

0.000390

28.59

36.31

3

3500

6.46

1.87

0.28

110.41

15.17

0.000481

25.95

37.60

Tabel 4.38. Tabel hasil perhitungan biodiesel dengan temperatur pencampuran 550 C

No. 1 2 3

Σ

X

Y

X2

Y2

X.Y

3.84 1.23 14.74 1.51 4.72 5.07 1.52 25.70 2.31 7.70 6.46 2.87 41.73 3.49 12.08 15.37 4.62 82.17 7.31 24.5 Tabel 4.39. Tabel perhitungan Least Square pada temperatur pencampuran 550 C

No. 1

n rpm 2500


IHP KW 4.61

IMEP kN/m2 110.30

FMEP kN/m2 132.42

ηmek % 83.29

82


2 3

3000 5.84 116.45 134.14 86.81 3500 7.23 123.57 138.31 89.34 Tabel 4.40. Tabel hasil perhitungan kinerja mesin diesel menggunakan biodiesel pada temperatur pencampuran 550 C

Grafik BHP, IHP vs n 8 7 6

(kW)

5

BHP IHP

4 3 2 1 0

2500

3000

3500

n (rpm)



(kPa)

120

BMEP IMEP FMEP

100 80 60 40 20 0

2500

3000

3500

n (rpm)


83


Grafik 4.6. Grafik BMEP, IMEP, FMEP vs n

4.6. Analisa Hasil Perhitungan

Analisa

hasil

perhitungan

dapat

dilakukan

setelah

mengumpulkan data pengujian berupa torsi, daya, tekanan efektif rata –rata, konsumsi bahan bakar , konsumsi bahan bakar spesifik dan efisiensi thermal. Dari data perhitungan dapat dibuat analisa dalam bentuk grafik, yaitu : 1. Grafik torsi dan putaran 2. Grafik daya terhadap putaran 3. Grafik konsumsi bahan bakar 4. Grafik konsumsi bahan bakar spesifik 5. Grafik tekanan efektif rata – rata 6. Grafik laju aliran massa bahan bakar 7. Grafik efisiensi thermal

4.6.1. Analisa Torsi Pada grafik 4.7. dapat dilihat bahwa torsi terbesar berada pada temperatur 500C, sedangkan yang terendah berada pada temperatur 550C. Hal ini disebabkan oleh gaya putar Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA

84


yang dihasilkan pada poros mesin. Semakin besar gaya putarnya, maka semakin besar pula torsi yang dihasilkan.

Perbandingan Torsi Terhadap Putaran 25

τ ( Nm)

20 15

Temp 45 Temp 50 Temp 55

10 5 0

2500

3000

3500

n (rpm)

Grafik 4.7. Grafik τ vs n

4.6.2. Analisa Daya Hasil perhitungan daya ini dapat digambarkan dalam grafik 4.8. dibawah. Dari grafik tersebut terlihat bahwa pada temperatur 500C dan 450C daya yang dihasilkan meningkat drastis, sedangkan pada temperatur 550C terlihat meningkat tetapi tidak terlalu drastis. Daya maksimum terjadi pada temperatur 500C sebesar 7.53 kW pada putaran 3500 rpm. Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA

85


Perbandingan Daya Terhadap Putaran 8 7

P (kW)

6 5


4 3 2 1 0

2500

3000

3500

n (rpm)

Grafik 4.8. Grafik P vs n

4.6.3. Analisa Konsumsi Bahan Bakar Dari grafik dapat diketahui bahwa pemakaian bahan bakar terbesar berada pada temperatur 450C, dan yang terkecil berada pada temperatur 500C. Semakin besar nilai konsumsi bahan bakarnya, maka semakin boros pula bahan bakarnya.


86


Perbedaan yang cukup besar terdapat pada putaran 3000 rpm yang mencapai 1.76 liter/jam, sedangkan pada temperatur 550C hanya 1.52 liter/jam. Tetapi pada putaran 3500 konsumsi bahan bakarnya terlihat semakin menurun, sedangkan pada temperatur yang lain terlihat meningkat. Ada kemungkian pada putaran yang tinggi konsumsi bahan bakarnya akan sejajar dengan temperatur yang lain.

Perbandingan Konsumsi Bahan Bakar 2.5

bfc (L/h)

2


1.5 1 0.5 0

2500

3000

3500

n (rpm)

Grafik 4.9. Grafik BFC vs n

4.6.4. Analisa Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Pada grafik dibawah diperlihatkan konsumsi bahan bakar spesifik terkecil berada pada temperatur 500C, hal ini dikarenakan oleh daya pengereman. Semakin besar nilai dayanya, maka semakin kecil pemakaian bahan bakar


87


spesifiknya. Semakin kecil nilai spesifiknya, semakin irit pula pemakaian bahan bakarnya. Pada putaran 3500 konsumsi bahan bakar spesifik temperatur 450C menurun drastis dan hampir menyamai temperatur 550C. Besar kemungkinan pada putaran yang lebih tinggi akan lebih kecil dari temperatur 550C.

Perbandingan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik 0.4 0.35

bsfc (L/kW)

0.3


0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0

2500

3000

3500

n (rpm)

Grafik 4.10. Grafik BSFC vs n

4.6.5. Analisa Tekanan Efektif Rata – Rata Tekanan efektif rata – rata terbesar berada pada temperatur 500C pada putaran 3500 rpm yaitu sebesar 128.69 kN/m2. Sedangkan nilai BMEP terendah berada pada temperatur 550C sebesar 110.41 kN/m2.


88


Hal ini sangat dipengaruhi oleh besarnya daya.. Pada temperatur 550C daya yang dihasilkan lebih kecil daripada temperatur yang lain. BMEP akan terus meningkat seiring dengan besarnya putaran mesin.

Perbandingan BMEP Terhadap Putaran 140

BMEP (kPa)

120 100


80 60 40 20 0

2500

3000

3500

n (rpm)

Grafik 4.11. Grafik BMEP vs n

4.6.6. Analisa Laju Aliran Massa Bahan Bakar Laju aliran massa berbanding terbalik dengan efisiensi thermal. Semakin besar laju aliran massanya, maka semakin kecil efisiensi thermalnya. Pada grafik dapat dilihat bahwa laju aliran massa terbesar berada pada temperatur 450C, hal ini disebabkan oleh konsumsi bahan bakarnya yang besar pula. Semakin besar konsumsi bahan bakar maka semakin besar pula laju aliran massanya.


89


Perbandingan Laju Aliran Massa Bahan Bakar 0.0006

ma (kg/s)

0.0005


0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 0

2500

3000

3500

n (rpm)

Grafik 4.12. Grafik ma vs n

4.6.7. Analisa Efisiensi Thermal Berdasarkan grafik laju aliran massa dapat ditebak nilai efisiensi thermalnya. Terlihat perbedaan efisiensi thermal yang sangat jauh antara temperatur 500C dengan temperatur lainnya sebesar 47.86 %.Tetapi pada temperatur 450C efisiensinya terus meningkat sebesar 36.31 % hampir menyamai temperatur 550C yaitu sebesar 37.60 %. Dapat


90


dipastikan pada putaran yang lebih tinggi akan melebihi temperatur 550C.

Perbandingan Efisiensi Thermal 60

Eff. Thermal(%)

50 40


30 20 10 0

3500

3000

2500

n (rpm)

Grafik 4.13. Grafik ηth vs n


91

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN


Dari proses pembuatan alat, bahan bakar dan pengujian yang telah dilakukan, penulis mencoba memberikan kesimpulan dan saran sesuai dengan hasil pengamatan dan analisa perhitungan. . 5.1.

Kesimpulan Dari hasil perhitungan unjuk kerja mesin diesel dapat disimpulkan

beberapa hal, yaitu : 1. Torsi yang dihasilkan oleh biodiesel dengan temperatur pencampuran 500C lebih besar daripada biodiesel dengan temperatur pencampuran 450C dan 550C. Torsi terkecil berada pada biodiesel dengan temperatur pencampuran 550C ( grafik 4.7 ). Teknik Mesin UNIVERSITAS MERCU BUANA

92

92


2. Dengan demikian daya yang dihasilkan oleh temperatur 500C juga lebih besar dari yang lain, sedangkan daya terkecil juga berada di temperatur 550C (grafik 4.8.). 3. Konsumsi bahan bakar biodiesel dengan temperatur 450C lebih boros dari temperatur lainnya, seperti yang diperlihatkan pada tabel 4.7.tabel 4.19. dan tabel 4.31. sedangkan yang paling irit adalah temperatur 500C. 4. Konsumsi bahan bakar spesifik temperatur 450C juga lebih tinggi, akibat dari konsumsi bahan bakarnya yang lebih besar dari temperatur lainnya. 5. Tekanan efektif rata-rata yang terendah berada pada temperatur 550C, sedangkan yang tertinggi tetap berada pada temperatur 500C. 6. Laju aliran massa temperatur 450C lebih besar dari yang lain, akibat dari konsumsi bahan bakarnya yang besar pula. 7. Effisiensi thermal yang tertinggi berada pada temperatur 500C sebesar 47.86%, sedangkan temperatur 450C dan 550C hampir sama pada putaran 3500 yaitu 36.31% dan 37.60%. 8. Dari

semua

hasil

perhitungan

dan

analisa,

temperatur

pencampuran antara minyak jelantah dan sodium hidroksida dalam proses pembuatan biodiesel yang paling bagus adalah temperatur 500C. Tenaga yang dihasilkan besar tetapi konsumsi bahan bakarnya irit.


93


9. Kekurangan dari temperatur 450C adalah konsumsi bahan bakarnya yang terlalu boros, tetapi tenaga yang dihasilkan cukup besar. 10. Kekurangan dari temperatur 550C adalah daya outputnya kecil, sehingga mesin kurang bertenaga.Kelebihannya tidak terlalu boros seperti temperatur 450C. 11. Gliserin yang terdapat pada temperatur 500C lebih banyak, hal ini berarti proses pencampurannya berlangsung dengan baik karena asam lemak tak jenuhnya terikat secara keseluruhan dan berubah menjadi gliserin. Semakin banyak gliserin yang dihasilkan, maka biodesel yang bisa dipakai semakin sedikit.

5.2.

Saran 1. Masih perlu dilakukan percobaan – percobaan pada putaran tinggi, untu mengetahui kinerja mesin diesel pada putaran tingginya. 2. Alat pembuat biodiesel ( biodiesel processors ) masih memiliki banyak kekurangan, terutama pada proses penyaringan yang masih terpisah dan proses finishing. Untuk itu perlu ditambahkan alat penyaring pada alat. 3. Untuk mendapatan hasil biodiesel yang lebih bagus dan lebih efektif sebaiknya dibuat alat untuk proses pencucian yang di kenal dengan nama bubble washing. Dengan alat tersebut kita


94


tidak

membutuhkan

waktu

yang

cukup

lama

untuk

menghilangkan kandungan sabun pada biodiesel. Biasanya kalau tidak menggunakan bubble washing perlu waktu 1 minggu, tetapi dengan bubble washing cukup beberapa jam saja. Lebih efektif dan efisien, oleh karea itu penulis berharap penelitian ini akan terus dikembangkan.


95

DAFTAR PUSTAKA

1

DAFTAR PUSTAKA

1. Arismunandar, Wiranto, Koichi Tsuda, Motor Diesel Putaran Tinggi, PT Pradnya Paramita, Jakarta, 1986. 2. Cengel, Yunus A, Boles, Michael A., Thermodynamics An Engineering Approach, Mc Graw-Hill, Singapura, 1994. 3. Ferguson, Colin R., Internal Combustion Engines, Mc Graw-Hill, Singapura, 1988. 4. http://journeytoforever.org/biodiesel_processor.html. 5. http://www.biodiesel.org. 6. http://www.libertyvegetableoil.com/products.html 7. Smith,

J.M.,

H.C.

Van

Ness,

Interduction

to

Chemical

Engineering Thermodynamics, Mc Graw-Hill, Singapura, 1987. 8. Purba, Michael, Ilmu Kimia, Erlangga, Jakarta, 1996.


96

PENGARUH TEMPERATUR PENCAMPURAN PADA PROSES PEMBUATAN BIODIESEL TERHADAP KINERJA MESIN DIESEL

Recommend Documents