PENGUJIAN PERFORMANSI MOTOR DIESEL DENGAN BAHAN BAKAR BIODIESEL CAMPURAN MINYAK JARAK PAGAR (JATROPHA CURCAS) DENGAN CRUDE PALM OIL (CPO)
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
IBE SAHAT TUA GEA NIM. 04 0401 088
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan kasih yang diberikan-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini merupakan syarat terakhir bagi setiap mahasiswa di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara untuk dapat menyelesaikan studinya. Dalam skripsi ini, penulis mengambil topik Motor Bakar dengan spesifikasi “Pengujian Performansi Motor Diesel dengan Bahan Bakar Biodiesel Campuran Minyak Jarak Pagar (Jatropha Curcas) dengan Crude Palm Oil (CPO)”. Dengan segala upaya dan kemampuan yang dimiliki, penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dan dengan kerendahan hati menyajikan kepada pembaca dengan harapan bisa bermanfaat dan sekaligus memperoleh masukan-masukan berupa saran dan kritik supaya tulisan ini lebih baik. Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1.
Orang Tua tercinta (Ayahanda W. Gea dan Ibunda H. Br. Hutagalung) yang senantiasa mendukung, menasehati, dan mendoakan penulis, sampai akhiryna skripsi ini dapat penulis selesaikan.
2.
Saudara kandung penulis: keluarga Kak Ati, keluarga Kak Molida, keluarga Kak Atisana, keluarga Bang Idaman, Kak Deliana, keluarga Bang Irwan, dan keluarga Bang Irman, S.E atas doa dan dukungan meterinya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
3.
Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, S.T, M.T, selaku dosen pembimbing sekaligus sebagai Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah banyak meluangkan waktu dan menyumbangkan ilmu serta memberikan arahan yang sepenuhnya dari awal hingga selesainya skripsi ini.
5.
Bapak Ir. Isril Amir dan Bapak Ir. Tekad Sitepu, selaku Dosen Penguji I dan II penulis dalam Sidang Skripsi.
6.
Seluruh staf pengajar dan pegawai di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
7.
Semua teman-teman kost “RUDANG MAYANG” tercinta.
Universitas Sumatera Utara
8.
Teman-teman Badan Pengurus Harian - Persekutuan Mahasiswa, Pemuda, dan Pelajar Kristen Pembangunan (BPH - PMP2KP) yang telah banyak memberikan semangat dan masukan-masukan yang berarti sehingga penulis termotivasi untuk menyelesaikan skripsi ini.
9.
Rekan-rekan mahasiswa Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, khususnya stambuk 2004 yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan skripsi ini.
10. Bang Atin, yang membantu penulis selama mengadakan pengujian di Laboratorium Motor Bakar, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan maupun isi dari pada skripsi ini masih terdapat kekurangan dan kesilapan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang membangun.. Akhir kata, penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua, khususnya bagi mahasiswa Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Medan, Desember 2009 Penulis,
IBE SAHAT TUA GEA NIM. 04 0401 088
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR......................................................................................................................i DAFTAR ISI
..............................................................................................................................iii
DAFTAR NOTASI...........................................................................................................................v DAFTAR TABEL............................................................................................................................vi DAFTAR GAMBAR
...............................................................................................................vii
BAB 1 PENDAHULUAN.................................................................................................................1 1.1 Latar Belakang..............................................................................................................1 1.2 Tujuan Penulisan...........................................................................................................2 1.3 Manfaat Penulisan........................................................................................................2 1.4 Batasan Masalah...........................................................................................................2 1.5 Sistematika Penulisan...................................................................................................3 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................................................5 2.1 Performansi Motor Diesel..............................................................................................5 2.1.1 Torsi dan Daya......................................................................................................5 2.1.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik..........................................................................6 2.1.3 Rasio Udara - Bahan Bakar..................................................................................6 2.1.4 Efisiensi Volumetris.............................................................................................7 2.1.5 Efisiensi Termal...................................................................................................8 2.2 Teori Pembakaran.........................................................................................................8 2.3 Nilai Kalor Bahan Bakar...............................................................................................8 2.4 Bahan Bakar Diesel.....................................................................................................10 2.5 Karakteristik Biodiesel................................................................................................11 2.6 Emisi Gas Buang.........................................................................................................13 2.6.1 Sumber...............................................................................................................13 2.6.2 Komposisi Kimia................................................................................................14 2.6.3 Bahan Penyusun.................................................................................................14 2.7 Pengendalian Emisi Gas Buang...................................................................................15 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN.......................................................................................17 3.1 Waktu dan Tempat.......................................................................................................17 3.2 Alat dan Bahan.............................................................................................................17 3.2.1 Alat......................................................................................................................17 3.2.2 Bahan...................................................................................................................17
Universitas Sumatera Utara
3.3 Metode Pengumpulan Data..........................................................................................18 3.4 Metode Pengolahan Data.............................................................................................18 3.5 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar..............................................................18 3.6 Prosedur Pengujian Performansi Motor Diesel...........................................................22 3.7 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang..........................................................................27 BAB 4 HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN.............................................................................29 4.1 Hasil Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar...................................................................29 4.2 Hasil Pengujian Performansi Motor Diesel.................................................................36 4.2.1 Torsi....................................................................................................................36 4.2.2 Daya....................................................................................................................38 4.2.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik........................................................................40 4.2.4 Rasio Udara – Bahan Bakar................................................................................44 4.2.5 Efisiensi Volumetris...........................................................................................48 4.2.6 Efisiensi Termal..................................................................................................51 4.3 Hasil Pengujian Emisi Gas Buang...............................................................................54 4.3.1 Carbon Monoksida (CO)....................................................................................54 4.3.3 Unburned Hidro Carbon (UHC).........................................................................56 4.3.4 Carbon Dioksida (CO2)......................................................................................58 4.3.5 Oksigen (O2).......................................................................................................60 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN……………………………………………...………….62 5.1 Kesimpulan..................................................................................................................62 5.2 Saran............................................................................................................................63 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI Lambang
Keterangan
Satuan
PB
Daya
kW
n
Putaran poros
rpm
T
Torsi
N.m
SFC
Konsumsi bahan bakar spesifik
g/kWh
.
Laju aliran massa bahan bakar
kg/h
sgf
Spesific gravity
-
vf
Volume bahan bakar yang diuji
ml
tf
Waktu untuk menghabiskan bahan bakar
sekon
Laju aliran massa udara
kg/h
ρa
Kerapatan udara
kg/m3
vs
Volume langkah torak
m3
Cf
Faktor koreksi
-
AFR
Rasio udara – bahan bakar
-
ηV
Efisiensi volumetris
%
ηB
Efisiensi termal
%
HHV
Nilai kalor atas bahan bakar
kJ/kg
LHV
Nilai kalor bawah bahan bakar
kJ/kg
Qlc
Kalor laten kondensasi uap air
mf
.
ma
kJ/kg
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Tabel 2.1
Karakteristik Mutu Solar..............................................................................................11
Tabel 2.2
Perbandingan Biodiesel dan Solar (Petrodiesel)..........................................................13
Tabel 3.1
Spesifikasi Motor Diesel TecQuipment Type TD4A 001.............................................22
Tabel 3.2
Spesifikasi Instrument Unit TD4A 001........................................................................23
Tabel 4.1
Jumlah Air yang Terbentuk dari Pembakaran Tiap 1 kg Biodiesel............................32
Tabel 4.2
Data Hasil Perhitungan Uji Bom Kalorimeter.............................................................34
Tabel 4.3
Data Torsi (T) Berdasarkan Pembacaan Instrument Unit TD4A 001..........................37
Tabel 4.4
Data Hasil Perhitungan Daya (PB )...............................................................................39
Tabel 4.5
Data Hasil Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)................................43
Tabel 4.6
Data Hasil Perhitungan Rasio Udara – Bahan Bakar (AFR).......................................47
Tabel 4.7
Data Hasil Perhitungan Efisiensi Volumetris (ηV).......................................................50
Tabel 4.8
Data Hasil Perhitungan Efisiensi Termal (ηB)............................................................52
Tabel 4.9 Kadar Carbon Monoksida (CO) dalam Gas Buang.......................................................54 Tabel 4.10 Kadar Unburned Hidro Carbon (UHC) dalam Gas Buang..........................................56 Tabel 4.11 Kadar Carbon Dioksida (CO2) dalam Gas Buang........................................................58 Tabel 4.12 Kadar Oksigen (O2) dalam Gas Buang........................................................................60
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Gambar 3.1 Alat Uji Bom Kalorimeter..........................................................................................18 Gambar 3.2 Diagram Alir Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar.....................................................21 Gambar 3.3 Motor Diesel TecQuipment TD4A 001......................................................................22 Gambar 3.4 Instrument Unit TD4A 001.........................................................................................23 Gambar 3.5 Diagram Alir Pengujian Performansi Motor Diesel..................................................26 Gambar 3.6 Autologic Gas Analizer..............................................................................................27 Gambar 3.7 Diagram Alir Pengujian Emisi Gas Buang Motor Diesel..........................................28 Gambar 4.1 Grafik Nilai Kalor (kJ/kg) vs Jenis Bahan Bakar.......................................................35 Gambar 4.2 Grafik Torsi (N.m) vs Putaran (rpm) untuk Beban 10 kg dan 25 kg………............38 Gambar 4.3 Grafik Daya (kW) vs Putaran (rpm) untuk Beban 10 kg dan 25 kg………….…....40 Gambar 4.4 Grafik SFC (g/kWh) vs Putaran (rpm) untuk Beban 10 kg dan 25 kg......................44 Gambar 4.5 Kurva Viscous Flow Metre Calibration.....................................................................45 Gambar 4.6 Grafik AFR vs Putaran (rpm) untuk Beban 10 kg dan 25 kg....................................48 Gambar 4.7 Grafik Ef. Volumetris (%) vs Putaran (rpm) untuk Beban 10 kg dan 25 kg...............................................................................................................51 Gambar 4.8 Grafik Ef. Termal (%) vs Putaran (rpm) untuk Beban 10 kg dan 25 kg...............................................................................................................53 Gambar 4.9 Grafik Kadar CO (%) vs Putaran (rpm) Beban 10 kg dan 25 kg...............................55 Gambar 4.10 Grafik Kadar UHC (ppm) vs Putaran (rpm) Beban 10 kg dan 25 kg........................57 Gambar 4.11 Grafik Kadar CO2 (%) vs Putaran (rpm) Beban 10 kg dan 25 kg..............................59 Gambar 4.12 Grafik Kadar O2 (%) vs Putaran (rpm) Beban 10 kg dan 25 kg.................................61
Universitas Sumatera Utara
