PENGUJIAN PERFORMANSI MOTOR DIESEL DENGAN BIODIESEL DARI DIMETHIL ESTER

PENGUJIAN PERFORMANSI MOTOR DIESEL DENGAN BIODIESEL DARI DIMETHIL ESTER

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

KRISNADI T.A.P NAIBAHO NIM. 04 0401 060

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

ABSTRAK Kelangkaan akan bahan bakar minyak (BBM) yang terjadi mendorong dilakukannya penelitian untuk mengembangkan sumber bahan bakar alternatif lain sebagai pengganti solar . Berdasarkan pemikiran tersebut maka dilakukan pengujian mesin diesel TecQuipment type.TD4A 001 dengan menggunakan bahan

bakar

biodiesel dari kelapa sawit. Pada pengujian ini biodiesel yang didapat dari minyak kelapa sawit

mengalami proses esterifikasi dan transesterifikasi dalam bentuk

dimethil ester. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui prestasi kerja mesin berbahan bakar biodiesel dimethil ester sehingga akan tampak pengaruhnya terhadap parameter unjuk kerja mesin diesel terutama mengurangi kandungan emisi gas buang yang dihasilkan motor diesel. Penelitian ini juga akan memberikan informasi sebagai referensi bagi kalangan dunia pendidikan yang ingin melakukan riset dibidang otomotif dalam pengembangan bahan bakar biodiesel dan pengaruhnya terhadap performansi motor diesel.


KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia dan berkat yang telah diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin , Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara . Adapun Yang menjadi judul dari pada Skripsi ini yaitu “Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester “ . Dalam menyelesaikan Skripsi ini , penulis banyak sekali mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terimah kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus , ST, MT, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini. 2. Bapak DR.ING.Ir.Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 3. Bapak / Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 4. Kedua orang tua penulis , Ayahanda R.N.Naibaho dan Ibunda L.br.Sitanggang yang terus membimbing dan mengarahkan penulis. 5. Adikku Riky C Naibaho.SH dan Romi D.K Naibaho, terima kasih atas segala bantuan dan dukungan yang telah diberikan baik berupa moril dan materil selama kuliah hingga menyelesaikan Skripsi ini.


6. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin , terkhusus stambuk 2004 yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu , “ Solidarity Forever “. 7.

Rekan – rekan “ Aser tbk. “ , Adrian Hutagalung , Rendy Audy Sirait , Apul Tua Sipayung . Kepada Agustinus Sianturi “ My Neger “ , Lae Cipta, Melva Saragih. Spd, dan yang lainnya. Terimah kasih atas segala

Ibu Friska kebersamaan

dalam suka dan duka yang telah kita lalui bersama . 8.

Staff Laboratorium Motor Bakar Deparetemen Teknik Mesin USU , bang Atin / DEDEN yang telah banyak membantu dan membimbing penulis selama penelitian ini berjalan . Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam Skripsi ini. Oleh karena itu , Penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk penyempurnaan Skripsi ini. Sebelum dan sesudahnya Penulis ucapkan banyak terima kasih .

Medan 24 Februari 2009 Penulis,

Krisnadi T.A.P Naibaho


DAFTAR ISI

ABSTRAK ............................................................................................................... i KATA PENGANTAR .............................................................................................ii DAFTAR ISI ......................................................................................................... .iv DAFTAR TABEL ............................................................................................ .... vii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... ... viii DAFTAR NOTASI ......................................................................................... ...... x

BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1 1.2 Tujuan Pengujian.................................................................................... 3 1.3 Manfaat pengujian .................................................................................. 3 1.4 Ruang Lingkup Pengujian ...................................................................... 3 1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................. 4

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Performansi Motor Bakar Diesel............................................................. 5 2.1.1 Torsi dan daya .............................................................................. 5 2.1.2 Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) ............................................ 6 Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

2.1.3 Perbandingan udara bahan bakar (AFR) ....................................... 6 2.1.4 Efisiensi volumetris ...................................................................... 7 2.1.5 Efisiensi thermal brake.................................................................. 8 2.2 Teori Pembakaran................................................................................... 8 2.2.1 Nilai Kalor Bahan Bakar ............................................................... 9 2.3 Bahan Bakar Diesel .............................................................................. 10 2.4 Biodiesel .............................................................................................. 12 2.4.1 Karaktristik Biodiesel ................................................................. 13 2.4.2 Biodiesel dari Minyak Kelapa Sawit .......................................... 16 2.5 Emisi Gas Buang .................................................................................. 17 BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan tempat ................................................................................. 21 3.2 Bahan dan alat ...................................................................................... 21 3.3 Metode Pengumpulan Data ................................................................... 21 3.4 Pengamatan dan tahap pengujian .......................................................... 22 3.5 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ....................................... 23 3.6 Prosedur Pengujian Performansi Motor Diesel ...................................... 26 3.7 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang..................................................... 31


BAB 4. HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ...................................................... 33 4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel ........................................... 35 4.2.1 Daya ............................................................................................ 36 4.2.2 Torsi ............................................................................................ 40 4.2.3 Konsumsi bahan bakar spesifik .................................................... 43 4.2.4 Rasio perbandingan udara bahan bakar ........................................ 48 4.2.5 Efisiensi volumetris ..................................................................... 54 4.2.6 Efisiensi termal brake .................................................................. 59 4.3 Pengujian Emisi Gas Buang

4.3.1 Kadar carbon monoksida (CO) dalam gas buang ............................68

4.3.2 Kadar nitrogen oksida (NOx) dalam gas buang................................71

4.3.3 Kadar unburned hidro carbon (UHC) dalam gas buang...................73

4.3.4 Kadar carbon dioksida (CO2) dalam gas buang................................76

4.3.5 Kadar sisa oksigen (O2) dalam gas buang.........................................79


BAB 5. KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan..............................................................................................82 5.2 Saran .................................................................................................... 84

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 85 LAMPIRAN


DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakteristik mutu solar ......................................................................... 11 Tabel 2.2 Struktur Kimia Asam Lemak pada Biodiesel .......................................... 12 Tabel 2.3 Perbandingan Biodiesel dan Solar (Petrodiesel) ...................................... 15 Tabel 2.4 Sifat fisik dan kimia minyak jarak .......................................................... 17 Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Diesel TD4A 4-langkah ....................................... .... 27 Tabel 3.2 Spesifikasi TD4A 001 Instrumentation Unit ........................................... 28 Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter ........................... 35 Tabel 4.2 Data hasil perhitungan untuk daya ......................................................... 37 Tabel 4.3 Data hasil perhitungan untuk torsi ......................................................... 40 Tabel 4.4 Data hasil perhitungan untuk Sfc...............................................................44 Tabel 4.5 Data hasil perhitungan untuk AFR............................................................50 Tabel 4.6 Data hasil perhitungan untuk efisiensi volumetris.....................................56 Tabel 4.7 Jumlah air yang terbentuk dari pembakaran tiap 1 kg biodiesel................61 Tabel 4.8 Data hasil perhitungan untuk efisiensi termal brake..................................64 Tabel 4.9 Kadar CO dalam gas buang.......................................................................68 Tabel 4.10 Kadar NOx dalam gas buang....................................................................71


Tabel 4.11 Kadar UHC dalam gas buang...................................................................73 Tabel 4.12 Kadar CO2 dalam gas buang....................................................................76 Tabel 4.13 Kadar sisa oksigen (O2) dalam gas buang................................................79


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Reaksi Transesterifikasi ................................................................ .... 16 Gambar 3.1 Bom kalorimeter ................................................................................ 23 Gambar 3.2 Diagram alir Pengujian nilai kalor bahan bakar .................................. 25 Gambar 3.3 Mesin uji (TD4 A 001) ................................................................. .... 26 Gambar 3.4 TD4 A 001 4 –Stroke Diesel Engine ............................................. .... 26 Gambar 3.5 TD4 A 001 Instrumentation Unit .................................................. .... 27 Gambar 3.6 Diagram alir pengujian performansi motor bakar diesel ................ .... 30 Gambar 3.7 Auto logic gas analizer ................................................................. .... 31 Gambar 3.8 Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar diesel .......... .... 32 Gambar 4.1 Grafik Daya vs putaran untuk beban 10 kg......................................... 38 Gambar 4.2 Grafik Daya vs putaran untuk beban 25 kg......................................... 39 Gambar 4.3 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 10 kg.......................................... 42 Gambar 4.4 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 25 kg.......................................... 42 Gambar 4.5 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 10 kg............................................ 47 Gambar 4.6 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 25 kg............................................ 47 Gambar 4.7 Kurva Viscous Flow Meter Calibration ............................................. 49 Gambar 4.8 Grafik AFR vs putaran untuk beban 10 kg .......................................... 53 Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

Gambar 4.9 Grafik AFR vs putaran untuk beban 25 kg .......................................... 54 Gambar 4.10 Grafik Efisiensi volumetris vs putaran untuk beban 10 kg ................ 58 Gambar 4.11 Grafik Efisiensi volumetris vs putaran untuk beban 25 kg ................. 59 Gambar 4.12 Grafik BTE vs putaran untuk beban 10 kg......................................... 67 Gambar 4.13 Grafik BTE vs putaran untuk beban 25 kg......................................... 67 Gambar 4.14 Grafik kadar CO vs putaran untuk beban 10 kg...................................69 Gambar 4.15 Grafik kadar Co vs putaran untuk beban 25 kg....................................70 Gambar 4.16 Grafik kadar NOX vs putaran untuk beban 10 kg.................................72 Gambar 4.17 Grafik kadar NOX vs putaran untuk beban 25 kg................................72 Gambar 4.18 Grafik kadar UHC vs putaran untuk beban 10 kg................................74 Gambar 4.19 Grafik kadar UHC vs putaran untuk beban 25 kg.................................75 Gambar 4.20 Grafik kadar CO2 vs putaran untuk beban 10 kg..................................77 Gambar 4.21 Grafik kadar CO2 vs putaran untuk beban 25 kg...................................78 Gambar 4.22 Grafik kadar O2 vs putaran untuk beban 10 kg....................................80 Gambar 4.23 Grafik kadar O2 vs putaran untuk beban 25 kg....................................81


DAFTAR NOTASI

Lambang

Keterangan

Satuan

PB

Daya keluaran

Watt

n

Putaran mesin

Rpm

T

Torsi

N.m

Sfc

Konsumsi bahan bakar spesifik

g/kW.h

Laju aliran bahan bakar

kg/jam

.

mf

sg f

Spesific gravity

Vf

Volume bahan bakar yang diuji

Ml

tf

Waktu untuk menghabiskan bahan bakar

Detik

Laju aliran massa udara

kg/jam

ρa

Kerapatan udara

kg/m3

Vs

Volume langkah torak

Cc

Cf

Faktor koreksi

AFR

Air fuel ratio

ηv

Efisiensi volumetrik

.

ma


ηb

Efisiensi thermal brake

HHV

Nilai kalor atas bahan bakar

kJ/kg

LHV

Nilai kalor bawah bahan bakar

kJ/kg

CV

Nilai kalor bahan bakar

kJ/kg

CV

Panas jenis bom kalorimeter

kJ/kg.oC

M

Persentase kandungan air dalam bahan bakar

Qlc

Kalor laten kondensasi uap air

kJ/kg


BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Saat ini bahan bakar mesin diesel di Indonesia khususnya untuk jenis kendaraan roda empat didominasi oleh solar yang terbuat dari minyak bumi, padahal kebutuhan akan bahan bakar dari tahun ketahun terus meningkat berbanding terbalik dengan produksi dan cadangan minyak bumi di dalam negeri. Hal ini terlihat jelas pada akhir-akhir ini di negara kita sering terjadi kelangkaan bahan bakar minyak (BBM), bahkan Indonesia sudah menjadi negara importir netto minyak bumi. Oleh karena itu perlu dilakukan pengembangan sumber bahan bakar alternatif, khususnya untuk memenuhi kebutuhan mesin-mesin yang mengkonsumsi solar sebagai sumber bahan bakarnya (mesin diesel). Beberapa upaya telah dilakukan dalam penelitian dan pengembangan sumber energi alternatif, diantaranya adalah pemanfaatan minyak nabati sebagai bahan bakar pengganti solar. Namun ditemukan beberapa kekurangan dari minyak nabati, dimana bila digunakan secara langsung akan menghasilkan senyawa yang dapat menyebabkan kerusakan pada mesin, karena membentuk deposit pada pompa injektor. Disamping itu viskositasnya yang tinggi mengganggu kinerja pompa injektor pada proses pengkabutan bahan bakar sehingga hasil dari injeksi tidak berwujud kabut yang mudah menguap melainkan tetesan bahan bakar yang sulit terbakar. Oleh karena itu, mesin-mesin kendaraan bermotor komersial perlu dimodifikasi jika akan menggunakan minyak nabati langsung sebagai pengganti bahan bakar solar. Hal ini tentu saja tidak ekonomis sehingga perlu dilakukan upaya untuk mengubah karakteristik minyak nabati sehingga dapat mengkonversi minyak nabati kedalam bentuk metil ester asam lemak (FAME : fatty acid methil esters) yang lebih dikenal sebagai ”biodiesel”, melalui proses esterifikasi atau transesterfikasi.


Amerika Serikat dan beberapa negara Eropa telah mengembangkan dan menggunakan biodiesel sebagai bahan bakar alternatif untuk mesin diesel secara luas dengan bahan baku minyak kedelai dan minyak rapessed ( minyak canola ). Sebagai negara penghasil minyak sawit terbesar dunia, Malaysia dan Indonesia juga telah mengembangkan produk biodiesel dari minyak sawit ( palm biodiesel ), meskipun belum dilakukan secara komersial. Khusus di Indonesia pengembangan biodiesel dari minyak sawit dirasa memiliki prospek yang baik dimana ketersediaan akan bahan baku yang cukup banyak sangat mendukung untuk pengembangan tersebut ( Tabel 1.1 ). Hal yang juga perlu untuk diperhatikan dalam pengembangan biodiesel ini adalah emisi gas buang yang dihasilkan harus lebih baik daripada bahan bakar solar sehingga biodiesel ini layak dijadikan alternatif pengganti solar.

Tabel 1.1 Perkembangan Luas Perkebunan Kelapa Sawit dan Produksi CPO X 1000 1997 Wilayah

1998

1999

2000

2001

2002

Lu

Pro

Lu

Pro

Lu

Pro

Lu

Pro

Lu

Pro

Lu

Pro

as

d.

as

d.

as

d.

as

d.

as

d.

as

d.

(Ha (ton (Ha (ton (Ha (ton (Ha (ton (Ha (ton (Ha (ton )

)

)

)

)

)

)

)

)

)

)

)

197

476

214

495

238

592

274

659

281

685

389

819

a:

8

8

0

0

4

4

4

7

0

0

7

0

A.

611

100

678

105

801

122

891

156

900

173

147

297

1

7

9

180

516

141

1.Sumater

P.Rakyat B. P.Negara C.

382 985

4 163 7 212

407 105 5

9 162 5 226

430 115 3

4 170 0 237

438 141 4

9 178 8 324

446 146 4

3 331

189 8


8 379

P.Swasta

6

6

0

0

6

4

2. Jawa :

22

33

22

32

21

29

21

34

21

37

23

34

A.

6

14

6

13

6

11

6

18

6

19

6

14

11

12

11

12

11

17

11

13

11

14

12

16

4

7

4

7

4

1

4

4

4

4

5

4

409

437

493

491

637

523

844

741

971

834

957

106

159

195

166

197

187

225

233

299

236

327

254

38

115

51

163

56

104

54

13

62

138

59

213

127

276

131

395

194

554

309

674

369

644

P.Rakyat B. P.Negara C. P.Swasta 3.Kaliman tan: A. P.Rakyat B.

5 320 104 640

P.Negara C. P.Swasta 4. Sulawesi : A. P.Rakyat B.

88

91

112

119

102

107

108

118

114

148

143

261

25

43

30

46

31

47

34

53

36

61

41

65

10

21

14

42

14

11

15

12

16

16

25

49

53

27

68

31

57

49

58

53

62

71

77

148

P.Negara C. P.Swasta


5.

Irian

Jaya : A. P.Rakyat B.

19

51

23

48

28

52

52

91

56

100

53

72

11

36

11

33

13

31

25

39

26

43

30

49

8

15

5

15

5

21

6

25

6

25

19

21

0

0

6

0

10

0

21

27

24

32

4

3

P.Negara C. P.Swasta Sumber : Direktorat Jenderal Bina Produksi Perkebunan ,1997 ,1998 ,1999, 2000, 2001 , 2002. Berdasarkan pemikiran tersebut, maka dilakukan pengujian motor diesel dengan menggunakan bahan bakar biodiesel yang berbahan baku dimethil ester dengan memanfaatkan secara maksimal peralatan laboratorium yang ada.

1.2 Tujuan Pengujian Mengetahui pengaruh pemakaian biodiesel dimethil ester (B-10 dan B-20) terhadap unjuk kerja mesin diesel.

1.3 Manfaat pengujian 1. Untuk pengembangan bahan bakar biodiesel yang akan digunakan pada mesin diesel ditinjau dari sudut prestasi mesin. 2

Memberikan informasi sebagai referensi bagi kalangan dunia pendidikan yang ingin melakukan riset dibidang otomotif dalam pengembangan bahan bakar biodiesel dan pengaruhnya terhadap performansi motor diesel.


1.4 Ruang lingkup Pengujian 1. Biodiesel yang digunakan adalah biodiesel berbahan baku minyak kelapa sawit ( Dimethil Ester B-10 dan B-20) . 2. Alat uji yang digunakan untuk menghitung nilai kalor pembakaran bahan bakar adalah ”Bom Kalorimeter”. 3. Mesin uji yang digunakan untuk mendapatkan unjuk kerja motor bakar diesel adalah Mesin Diesel 4-langkah dengan 4-silinder ( TecQuipment type. TD4A 001 ) pada laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU. 4. Unjuk kerja mesin diesel yang dihitung adalah : - Daya (Brake Power) - Rasio perbandingan udara-bahan bakar (Air Fuel Ratio) - Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific Fuel Consumtion) - Efisiensi Volumetris (Volumetric Effeciency) - Efisiensi termal brake (Brake Thermal Effeciency)

5. Pada pengujian unjuk kerja motor bakar diesel, dilakukan variasi putaran dan beban yang meliputi : - Variasi putaran : 1000-rpm, 1400-rpm, 1800-rpm, 2200-rpm , 2600-rpm , 2800-rpm. - Variasi beban

: 10 kg dan 25 kg.

1.5 Sistematika Penulisan Tugas sarjana ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah sebagai berikut : Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009



Bab I : Pendahuluan Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang lingkup pengujian.



Bab II : Tinjauan Pustaka Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai motor diesel, bahan bakar biodiesel, pembakaran motor diesel, persamaan-persamaan yang digunakan, emisi gas buang kendaraan dan pengendaliannya.



Bab III : Metodologi Penelitian Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan pengujian, bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan prosedur pengujian.



Bab IV : Hasil dan Analisa Pengujian Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan memaparkan kedalam bentuk tabel dan grafik.



Bab V : Kesimpulan dan Saran Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.



Daftar Pustaka Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun laporan.



Lampiran Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari pengujian dalam bentuk tabel dan Undang-undang lingkungan hidup tentang baku mutu emisi untuk mesin tidak bergerak.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Performansi Motor Diesel Motor diesel adalah jenis khusus dari mesin pembakaran dalam. Karakteristik utama dari mesin diesel yang membedakannya dari motor bakar yang lain terletak pada metode penyalaan bahan bakarnya. Dalam mesin diesel bahan bakar diinjeksikan kedalam silinder yang berisi udara bertekanan tinggi. Selama proses pengkompresian udara dalam silinder mesin, suhu udara meningkat, sehingga ketika bahan bakar yang berbentuk kabut halus bersinggungan dengan udara panas ini, maka bahan bakar akan menyala dengan sendirinya tanpa bantuan alat penyala lain. Karena alasan ini mesin diesel juga disebut mesin penyalaan kompresi (Compression Ignition Engines). Motor diesel memiliki perbandingan kompresi sekitar 11:1 hingga 26:1, jauh lebih tinggi dibandingkan motor bakar bensin yang hanya berkisar 6:1 sampai 9:1. Konsumsi bahan bakar spesifik mesin diesel lebih rendah (kira-kira 25 %) dibanding mesin bensin namun perbandingan kompresinya yang lebih tinggi menjadikan tekanan kerja nya juga tinggi.

2.1.1 Torsi dan daya Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur

dengan menggunakan

dynamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat dynamometer yang bertindak seolah–olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai daya rem (Brake Power).

PB =

2.π .n T ..................... (2.1) 60

Lit.5 hal 2-7

dimana : PB = Daya keluaran (Watt) Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

n

= Putaran mesin (rpm)

T

= Torsi (N.m)

2.1.2 Konsumsi bahan bakar spesifik (specific fuel consumption, sfc) Konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk kerja mesin yang berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin, karena dengan mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu. Bila daya rem dalam satuan kW dan laju aliran massa bahan bakar dalam satuan kg/jam, maka : .

m f x 10 3 ................. (2.2) Sfc = PB

Lit.5 hal 2-16

dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h). .

m f = laju aliran bahan bakar (kg/jam). .

Besarnya laju aliran massa bahan bakar ( m f ) dihitung dengan persamaan berikut :

mf =

sg f .V f .10 −3 tf

x 3600 ........... (2.3)

Lit.5 hal 3-9

dimana : sg f = spesific gravity (dari tabel 2.4). V f = volume bahan bakar yang diuji (dalam hal ini 100 ml). tf

=

waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji (detik).


2.1.3 Perbandingan udara bahan bakar (AFR) Untuk memperoleh pembakaran sempurna, bahan bakar harus dicampur dengan udara dengan perbandingan tertentu. Perbandingan udara bahan bakar ini disebut dengan Air Fuel Ratio (AFR), yang dirumuskan sebagai berikut : .

AFR =

ma .

................. (2.4)

Lit.5 hal 2-8

mf dengan : ma = laju aliran masa udara (kg/jam). Besarnya laju aliran massa udara (ma) juga dapat diketahui dengan membandingkan hasil pembacaan manometer terhadap kurva viscous flow meter calibration. Kurva kalibrasi ini dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara 1013 mb dan temperatur 20 0C, oleh karena itu besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi (Cf) berikut : C f = 3564 x Pa x

(Ta + 114) Ta2,5

…….. (2.5)

Lit.5 hal 3-11

Dimana : Pa = tekanan udara (Pa) Ta = temperatur udara (K)

2.1.4 Effisiensi volumetris Jika sebuah mesin empat langkah dapat menghisap udara pada kondisi isapnya sebanyak volume langkah toraknya untuk setiap langkah isapnya, maka itu merupakan sesuatu yang ideal. Namun hal itu tidak terjadi dalam keadaan sebenarnya, dimana massa udara yang dapat dialirkan selalu lebih sedikit dari perhitungan teoritisnya. Penyebabnya antara lain tekanan yang hilang (losses) pada sistem induksi dan efek pemanasan yang mengurangi kerapatan udara ketika memasuki silinder mesin. Efisiensi volumetrik ( η v ) dirumuskan dengan persamaan berikut :


ηv =

Berat udara segar yang terisap ..... (2.6) Berat udara sebanyak volume langkah torak

Lit.5 hal 2-9

.

ma 2 Berat udara segar yang terisap = . ..................... (2.7) 60 n

Lit.5 hal 2-10

Berat udara sebanyak langkah torak = ρ a . Vs ........ (2.8)

Lit.5 hal 2-7

Dengan mensubstitusikan persamaan diatas, maka besarnya effisiensi volumetris : .

2. m a 1 . ........................ (2.9) ηv = 60.n ρ a .Vs

Lit.5 hal 2-10

dengan : ρ a = kerapatan udara (kg/m3) Vs = volume langkah torak = 1,76 x 10-3 m3 [spesifikasi mesin].

Diasumsikan udara sebagai gas ideal, sehingga massa jenis udara dapat diperoleh dari persamaan berikut :

ρa =

Pa ………..............… (2.10) R.Ta

Lit.5 hal 3-12

Dimana : R = konstanta gas (untuk udara = 287 J/ kg.K)

2.1.5 Effisiensi thermal brake Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah energi hilang akibat adanya rugi–rugi mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini sering disebut sebagai efisiensi termal brake (brake thermal efficiency, η b ). Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

Daya keluaran aktual ..............(2.11) Laju panas yang masuk

ηb =

Lit.5 hal 2-15

Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut : .

Q = m f . LHV ...........(2.12)

Lit.5 hal 2-8

dimana, LHV = nilai kalor bawah bahan bakar (kJ/kg) .

Jika daya keluaran ( PB ) dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar m f dalam satuan kg/jam, maka :

ηb =

PB .

. 3600 ..........(2.13)

Lit.5 hal 2-15

m f .LHV

2.2

Teori Pembakaran Pembakaran adalah reaksi kimia, yaitu elemen tertentu dari bahan bakar

setelah dinyalakan dan digabung dengan oksigen akan menimbulkan panas sehingga menaikkan suhu dan tekanan gas. Elemen mampu bakar (combustable) yang utama adalah karbon (C) dan hidrogen (H), elemen mampu bakar yang lain namun umumnya hanya sedikit terkandung dalam bahan bakar adalah sulfur (S). Oksigen yang diperlukan untuk pembakaran diperoleh dari udara yang merupakan campuran dari oksigen dan nitrogen. Nitrogen adalah gas lembam dan tidak berpartisipasi dalam pembakaran. Selama proses pembakaran, butiran minyak bahan bakar dipisahkan menjadi elemen komponennya yaitu hidrogen dan karbon dan masing-masing bergabung dengan oksigen dari udara secara terpisah. Hidrogen bergabung dengan oksigen untuk membentuk air dan karbon bergabung dengan oksigen menjadi karbon dioksida. Jika oksigen yang tersedia tidak cukup, maka sebagian dari karbon akan bergabung dengan oksigen dalam bentuk karbon monoksida. Pembentukan karbon monoksida hanya menghasilkan 30 % panas dibandingkan panas yang timbul oleh pembentukan karbon dioksida. Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

2.2.1 Nilai Kalor Bahan Bakar Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Bedasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor bawah. Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong : O   HHV = 33950 C + 144200  H 2 − 2  + 9400 S ........(2.14) 8  

Lit. 3 hal. 44

HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg) C

= Persentase karbon dalam bahan bakar

H2

= Persentase hidrogen dalam bahan bakar

O2

= Persentase oksigen dalam bahan bakar

S

= Persentase sulfur dalam bahan bakar Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan

bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya. Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut : LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2)...................(2.15)

Lit. 3 hal. 44

LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg) M

= Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture) Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai

kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).

2.3

Bahan Bakar Diesel Penggolongan bahan bakar mesin diesel berdasarkan jenis putaran mesinnya, dapat dibagi menjadi 2 golongan yaitu :

1. Automotive Diesel Oil, yaitu bahan bakar yang digunakan untuk mesin dengan kecepatan putaran mesin diatas 1000 rpm (rotation per minute). Bahan bakar jenis ini yang biasa disebut sebagai bahan bakar diesel yang biasanya digunakan untuk kendaraan bermotor. 2. Industrial Diesel Oil, yaitu bahan bakar yang digunakan untuk mesin-mesin yang mempunyai putaran mesin kurang atau sama dengan 1000 rpm, biasanya digunakan untuk mesin-mesin industri. Bahan bakar jenis ini disebut minyak diesel. Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

Di Indonesia, bahan bakar untuk kendaraan motor jenis diesel umumnya menggunakan solar yang diproduksi oleh PT. PERTAMINA dengan karakteristik seperti pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Karakteristik mutu solar

NO

LIMITS

TEST METHODS

Min

Max

IP

0.82

0.87

D-1298

-

3.0

D-1500

Centane Number or

45

-

Alternatively calculated Centane Index

48

-

Viscosity Kinematic at 100 0C cST

1.6

5.8

or Viscosity SSU at 100 0C secs

35

45

PROPERTIES

1.

Specific Grafity 60/60 0C

2.

Color astm

3.

4.

ASTM

D-613

D-88

5.

Pour Point 0C

-

65

D-97

6.

Sulphur strip % wt

-

0.5

D-1551/1552

7.

Copper strip (3 hr/100 0C)

-

No.1

D-130

8.

Condradson Carbon Residue %wt

-

0.1

D-189

9.

Water Content % wt

-

0.01

D-482

10.

Sediment % wt

-

No.0.01

D-473

11.

Ash Content % wt

-

0.01

D-482

- Strong Acid Number mgKOH/gr

-

Nil

-Total Acid Number mgKOH/gr

-

0.6

150

-

Neutralization Value : 12.

13.

Flash Point P.M.c.c 0F

D-93


Sumber : www.Pertamina.com 2.4 Biodiesel Biodiesel adalah bahan bakar yang terbuat dari minyak tumbuh-tumbuhan atau lemak hewan. Komposisi biodiesel umumnya terdiri dari berbagai jenis asam lemak (tabel 2.2) yang melalui proses kimiawi ditransformasi menjadi ”Metil Ester Asam Lemak” (Fatty Acid Methil Esters = FAME). Tabel 2.2 Struktur Kimia Asam Lemak Pada Biodiesel Nama Asan

Jumlah

Lemak

Atom

Rumus Kimia

Karbon dan Ikatan Rangkap Capriylic

C8

CH3(CH2)6COOH

Capric

C 10

CH3(CH2)8COOH

Lauric

C 12

CH3(CH2)10COOH

Myristic

C 14

CH3(CH2)12COOH

Palmitic

C 16 : 0

CH3(CH2)14COOH

Palmitoleic

C 16 : 1

CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH

Stearic

C 18 : 0

CH3(CH2)16COOH

Oleic

C 18 : 1


Linoleic

C 18 : 2

CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH

Linolenic

C 18 : 3

CH3(CH2)2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7CCOOH

Arachidic

C 20 : 0

CH3(CH2)18COOH


Eicosenic

C 20 : 1


Behenic

C 22 : 0

CH3(CH2)20COOH

Eurcic

C 22 : 1


Sumber : Biodisel Handling and Use Guedelines, National Renewable Energy Laboratory-A National Laboratory of the U.S. Departement of Energys

Cara memproduksi biodiesel dapat dilakukan melalui proses transesterfikasi minyak nabati dengan metanol atau esterfikasi langsung asam lemak hasil hidrolisis dengan metanol. Namun, transesterfikasi lebih intensif dikembangkan karena proses ini lebih efisien dan ekonomis. Pemanfaatan minyak nabati sebagai pengganti bahan bakar yang berasal dari minyak bumi khususnya solar telah lama dikenal namun pengembangan produk biodiesel ternyata lebih menggembirakan dibandingkan dengan pemanfaatan minyak nabati yang langsung digunakan sebagai bahan bakar karena proses termal (panas) di dalam mesin akan teroksidasi atau terbakar secara relatif sempurna, tetapi dari gliserin akan terbentuk senyawa akrolein dan terpolimerisasi menjadi senyawa plastis yang agak padat. Senyawa ini menyebabkan kerusakan pada mesin, karena membentuk deposit pada pompa injektor. Karena itu perlu dilakukan modifikasi pada mesin-mesin kendaraan bermotor komersial apabila menggunakan minyak nabati langsung sebagai pengganti bahan bakar solar. Selain dapat digunakan langsung, biodiesel juga dapat dicampur dengan solar atau minyak diesel lainnya dengan tujuan untuk mengubah karakteristiknya agar sesuai dengan kebutuhan. Bahan bakar yang mengandung biodiesel kerap dikenal sebagai ”BXX” yang merujuk pada suatu jenis bahan bakar dengan komposisi XX % biodiesel dan 1-XX % minyak diesel. Sebagai contoh, B100 merupakan biodiesel murni sedangkan B20 merupakan campuran dari 20 % biodiesel dan 80 % minyak diesel.


2.4.1 Karakteristik Biodiesel Biodiesel tidak mengandung nitrogen atau senyawa aromatik dan hanya mengandung kurang dari 15 ppm (part per million) sulfur. Biodiesel mengandung kira-kira 11 % oksigen dalam persen berat yang keberadaannya mengakibatkan berkurangnya kandungan energi (LHV menjadi lebih rendah bila dibandingkan dengan solar) namun menurunkan kadar emisi gas buang yang berupa karbon monoksida (CO), hidrokarbon (HC), partikulat dan jelaga. Kandungan energi biodiesel kira-kira 10 % lebih rendah bila dibandingkan dengan solar. Efisiensi bahan bakar dari biodiesel kurang lebih sama dengan solar, yang berarti daya dan torsi yang dihasilkan proporsional dengan kandungan nilai kalor pembakarannya (LHV). Sebagai contoh, B20 cenderung menurunkan daya dan torsi sekitar 2 % dibandingkan solar. Kandungan asam lemak dalam minyak nabati yang merupakan bahan baku biodiesel menyebabkan biodiesel sedikit kurang stabil bila dibandingkan solar khususnya dalam hal terjadinya oksidasi. Perbedaan bahan baku menyebabkan kestabilan antara biodiesel yang satu berbeda dari biodiesel yang lainnya tergantung dari jumlah ikatan rangkap dari rantai karbon yang dikandungnya (C=C). Semakin besar jumlah ikatan rangkap rantai karbonnya maka kecenderungan untuk mengalami oksidasi semakin besar. Sebagai contoh, C 18 : 3 yang mempunyai tiga ikatan rangkap mempunyai sifat tiga kali lebih reaktif untuk mengalami oksidasi dibandingkan C 18 : 0 yang tidak memiliki tiga ikatan rangkap. Kestabilan suatu biodiesel dapat diprediksi dengan mengetahui jenis bahan bakunya. Kestabilan yang rendah dari suatu jenis biodiesel dapat meningkatkan kandungan asam lemak bebas, menaikkan viskositas dan terbentuknya gums dan sedimen yang dapat menyumbat saringan bahan bakar. Oleh karena itu, biodiesel dan bahan bakar yang mengandung campurannya sebaiknya tidak disimpan lebih dari 6 bulan karena lamanya penyimpanan mempengaruhi terjadinya oksidasi. Salah satu cara yang dapat diupayakan bila biodiesel harus disimpan lebih dari 6 bulan adalah dengan menambahkan anti oksidan. Jenis anti oksidan yang dapat bekerja dengan


baik pada biodiesel antara lain TBHQ (t-butyl hydroquinone), Tenox 21 dan Tocopherol (Vitamin E). Biodiesel mempunyai sifat melarutkan (Solvency). Hal ini dapat menimbulkan permasalahan, dimana bila digunakan pada mesin diesel yang sebelumnya telah lama menggunakan solar dan didalam tangki bahan bakarnya telah terbentuk sedimen dan kerak, maka biodiesel akan melarutkan sedimen dan kerak tersebut sehingga dapat menyumbat saluran dan saringan bahan bakar. Oleh karena itu, bila kandungan sedimen dan kerak pada tangki bahan bakar cukup tinggi, sebaiknya diganti sebelum menggunakan biodiesel. Hal lain yang dapat dilakukan adalah dengan tidak menggunakan biodiesel murni melainkan campurannya. Sifat pelarut dari bahan bakar yang mengandung campuran biodiesel akan semakin berkurang seiring dengan berkurangnya kadar biodiesel didalamnya. Penelitian menunjukkan bahwa campuran antara biodiesel dan solar dengan komposisi 20 % : 80 % (B20) mempunyai sifat pelarut yang cukup kecil sehingga dapat ditoleransi. Beberapa material seperti kuningan, tembaga, timah, dan seng dapat mengoksidasi biodiesel dan menghasilkan sedimen. Untuk mencegah hal ini, peralatan yang bersentuhan langsung dengan biodiesel sebaiknya terbuat dari stainless steel atau aluminium. Selain bereakasi terhadap sejumlah meterial logam, biodiesel juga cenderung menyebabkan peralatan yang terbuat dari karet alam mengembang sehingga sebaiknya diganti dengan karet sintetis. Biodiesel murni mempunyai sifat pelumas yang baik, bahkan campuran bahan bakar yang mengandung biodiesel dalam komposisi yang rendah masih memiliki sifat pelumas yang jauh lebih baik dibanding solar. Seperti halnya bahan bakar diesel lainnya, biodiesel dapat berubah fasa menjadi ”gel” pada temperatur yang rendah. Biodiesel memiliki tempertur titik tuang (pour point) yang lebih tinggi yaitu sekitar -15 sampai 100C dibandingkan solar, -35 sampai -150C sehingga pemakaian biodiesel murni pada daerah rendah kurang dianjurkan. Untuk menurunkan temperatur titik tuang biodiesel dapat dilakukan dengan mencampurkan solar, semakin besar komposisi solar dalam campuran, maka semakin rendah temperatur titik tuangnya. Cara lain adalah dengan menambahkan zat Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

aditif, tetapi penelitian menunjukkkan bahwa pemakaian zat aditif seperti ”pour point depresant” tidak cukup efektif ketika digunakan pada B100.

Tabel 2.3 Perbandingan Biodiesel dan Solar (Petrodiesel) Fisika Kimia

Biodiesel

Solar

Kelembaman (%)

0.1

0.3

Energi Power

Energi yang dihasilkan 128.000 BTU

Energi yang dihasilkan 130.000 BTU

Komposisi

Metil Ester atau asam lemak

Hidrokarbon

Modifikasi Engine

Tidak diperlukan

-

Konsumsi Bahan Bakar

Sama

Sama

Lubrikasi

Lebih tinggi

Lebih rendah

Emisi

CO rendah, total hidrokarbon, sulfur dioksida, dan nitroksida

CO tinggi, total hidrokarbon, sulfur dioksida, dan nitroksida

Penanganan

Flamable lebih rendah

Flamable lebih tinggi

Lingkungan

Toxisitas rendah

Toxisitas 10 kali lebih tinggi

Keberadaan

Terbarukan (renewable)

Tidak terbarukan

Sumber : CRE-ITB, NOV. 2001 2.4.2 Biodiesel dari Minyak Kelapa Sawit Proses pembuatan biodiesel dari kelapa sawit adalah melalui proses transesterifikasi, dilanjutkan dengan pencucian, pengeringan dan terakhir filtrasi, tetapi jika bahan baku dari CPO maka sebelumnya perlu dilakukan esterfikasi. 1. Transesterifikasi Transesterifikasi meliputi dua tahap. Transesterifikasi I yaitu pencampuran antara kalium hidroksida (KOH) dan metanol (CH3OH) dengan minyak sawit. Reaksi Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

transesterifikasi I berlangsung sekitar 2 jam pada suhu 58 – 650C. Bahan yang pertama kali dimasukkan ke dalam reaktor adalah asam lemak yang selanjutnya dipanaskan hingga suhu yang telah ditentukan. Reaktor transesterifikasi dilengkapai dengan pemanas dan pengaduk. Selama proses pemanasan pengaduk dijalankan. Tepat pada suhu reaktor 630C, campuran metanol dan KOH dimasukkan ke dalam reaktor. Pada akhir reaksi akan terbentuk metil ester dengan konversi sekitar 94 %. Selanjutnya produk ini diendapkan untuk memisahkan gliserol dan metil ester. Gliserol kemudian dikeluarkan dari reaktor agar tidak menggangu proses transesterifikasi II. Selanjutnya dilakukan transesterifikasi II pada metil ester dan setelah selesai dilakukan pengendapan dalam waktu yang lebih lama agar gliserol yang masih tersisa bisa terpisah.

Trigliserida

Metanol

Metil-Ester

Gliserol

Gambar 2.1 Reaksi Transesterifikasi

2. Pencucian Pencucian hasil pengendapan pada transesterifikasi II bertujuan untuk menghilangkan senyawa yang tidak diperlukan seperti sisa gliserol dan metanol. Pencucian dilakukan pada suhu sekitar 550C. pencucian dilakukan tiga kali sampai pH menjadi normal (pH 6,8 – 7,2). 3. Pengeringan


Pengeringan bertujuan untuk menghilangkan air yang tercampur dalam metil ester. Pengeringan dilakukan dengan cara memberikan panas pada produk dengan suhu sekitar 950C secara sirkulasi. Ujung pipa sirkulasi ditempatkan di tengah permukaan cairan pada alat pengering. 4. Filtrasi Tahap akhir dari proses pembuatan biodiesel adalah filtrasi. Filtrasi bertujuan untuk menghilangkan partikel-partikel pengotor biodiesel yang terbentuk selama proses berlangsung, seperti kerak (kerak besi) yang berasal dari dinding reaktor atau dinding pipa atau kotoran dari bahan baku.

Tabel : 2.4 Karakteristik Mutu Biodiesel dari Minyak Kelapa Sawit Parameter

Palm Biodiesel

ASTM PS 121

Viskositas pada 400C

5,0 – 5,6

1,6 – 6,0

Flash Point

172

> 100

Cetane Indeks

47 -49

> 40

Contradson Carbon Residu

0,03 – 0,04

< 0,05

Spesific Grafity

0,8624

-

(csst)

Sumber : Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan

2.5 Emisi Gas Buang Bahan pencemar (polutan) yang berasal dari gas buang dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori sebagai berikut : 1. Sumber


Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder. Polutan primer seperti nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Polutan sekunder seperti ozon (O3) dan peroksiasetil nitrat (PAN) adalah polutan yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi. 2. Komposisi kimia Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen, nitrogen, sulfur atau fosfor, contohnya : hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan lain-lain. Polutan inorganik seperti : karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen oksida, ozon dan lainnya. 3. Bahan penyusun Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat bertahan di atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan bercampur dengan udara bebas. a.) Partikulat Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa padatan tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan udara, sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu partikulat juga mengandung timbal yang merupakan bahan aditif untuk meningkatkan kinerja pembakaran bahan bakar pada mesin kendaraan. Apabila butir–butir bahan bakar yang terjadi pada penyemprotan kedalam silinder motor terlalu besar atau apabila butir–butir berkumpul menjadi satu, maka akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya karbon–karbon padat atau angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur tinggi, tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada didalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saat–saat dimana terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor akan diperbesar, misalnya untuk akselerasi, maka terjadinya angus itu tidak dapat dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak, maka gas buang yang keluar dari gas buang motor akan bewarna hitam.

b.) Unburned Hidrocarbon (UHC) Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus bila suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor memancarkan banyak hidrokarbon kalau baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu pemanasan. Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar, di tangki bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by gasses (gas lalu). Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan gas buang yang mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor diesel terutama disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar. c.) Carbon Monoksida (CO) Karbon dan Oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida (CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan bakar (kira–kira 85 % dari berat dan sisanya hidrogen) terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih gemuk dari pada campuran stoikiometris, dan terjadi selama idling pada beban rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk. Bila campuran kurus karbon monoksida tidak terbentuk. d.) Nitrogen Oksida (NOx) Senyawa nitrogen oksida yang sering menjadi pokok pembahasan dalam masalah polusi udara adalah NO dan NO2. Kedua senyawa ini terbuang langsung ke udara bebas dari hasil pembakaran bahan bakar. Nitrogen monoksida (NO) merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau sebaliknya nitrogen dioksida (NO2) berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam. NO merupakan gas yang berbahaya karena mengganggu saraf pusat. NO terjadi karena adanya reaksi antara N2


dan O2 pada temperatur tinggi diatas 1210 0C. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut : →

O2 N2 + O

→

2O NO + N

N + O2 → NO + O

2.6

Pengendalian Emisi Gas Buang Tingkat polusi udara dari mesin kendaraan tidak hanya dipengaruhi oleh

teknologi pembakaran yang diterapkan dalam sistem itu saja, tetapi juga besar dipengaruhi oleh mutu bahan bakar yang dipakai. Dari segi kualitas bahan bakar, Indonesia sangat jauh tertinggal dari negara–negara lain. Emisi gas yang dihasilkan oleh pembakaran kendaraan bermotor pada umumnya berdampak negatif terhadap lingkungan. Ada beberapa cara yang dapat diambil untuk mengatasi masalah tersebut antara lain : 1. Menyeimbangkan campuran udara-bahan bakar. 2. Pemanfaatan Positive Crankcase Ventilation (PCV). 3. Penggunaan sistem kontrol emisi penguapan bahan bakar antara lain : ECS (Evaporation Control System), EEC (Evaporation Emission Control), VVR (Vehicle Vapor Recovery) dan VSS (Vapor Saver System). 4. Penggunaan Exhaust Gas Recirculation (EGR). 5. Penggunaan filter particulate traps yang dikhususkan untuk mesin diesel. 6. Injeksi udara lebih kedalam silinder.


BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan tempat Pengujian dilakukan di laboratorium motor bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara selama 3 bulan 3 minggu.

3.2 Bahan dan alat

3.2.1 Bahan Bahan yang menjadi objek pengujian ini adalah bahan bakar biodiesel dari minyak kelapa sawit .

3.2.2 Alat Alat yang dipakai dalam eksperimental ini terdiri dari : 1. Mesin diesel 4-langkah 4-silinder ( TecQuipment type. TD4A 001 ). 2. Bom kalorimeter untuk mengukur nilai kalor bahan bakar. 3. Untuk emisi gas buang menggunakan alat uji auto gas analizer. 4. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci Inggris, kunci ring, kunci L, obeng, tang, palu, kertas amplas dan lain sebagainya. 5. Stop watch, untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin uji untuk menghabiskan bahan bakar dengan volume sebanyak 100 ml. 6. Termometer, untuk menghitung perubahan suhu yang terjadi antara sebelum masuk dan setelah keluar air cooler.

3.3 Metode Pengumpulan Data Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi : a. Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing-masing pengujian.

b. Data sekunder, merupakan data yang diperoleh dari hasil penelitian karakteristik bahan bakar biodiesel yang dilakukan oleh Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan dan data mengenai karakteristik bahan bakar solar dari pertamina.

3.4 Metode Pengolahan Data Data yang diperoleh dari data primer dan data sekunder diolah ke dalam rumus empiris, kemidian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.

3.5 Pengamatan dan tahap pengujian Pada penelitian yang akan diamati adalah : 1. Parameter torsi (T) dan parameter daya (PB). 2. Parameter konsumsi bahan bakar spesifik (sfc). 3. Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR). 4. Efisiensi volumetris ( η v ). 5. Effisiensi thermal brake ( η b ). 6. Parameter komposisi gas buang.

Prosedur pengujian dapat dibagi beberapa tahap, yaitu : 1. Pengujian nilai kalor bahan bakar. 2. Pengujian motor diesel dengan bahan bakar solar murni. 3. Pengujian motor diesel dengan bahan bakar biodiesel dimethil ester ( B-10 ). Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

4. Pengujian motor diesel dengan bahan bakar biodiesel dimethil ester ( B-20 ).

3.5 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai kalor bahan bakar ini adalah alat uji “Bom Kalorimeter”.

Gambar 3.1 Bom kalorimeter.

Peralatan yang digunakan meliputi : -

Kalorimeter, sebagai tempat air pendingin dan tabung bom.

-

Tabung bom, sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji.


-

Tabung gas oksigen.

-

Alat ukur tekanan gas oksigen, untuk mengukur jumlah oksigen yang dimasukkan ke dalam tabung bom.

-

Termometer, dengan akurasi pembacaan skala 0.01 0C.

-

Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin.

-

Spit, untuk menentukan jumlah volume bahan bakar.

-

Pengatur penyalaan (saklar), untuk menghubungkan arus listrik ke tangkai penyala pada tabung bom.

-

Kawat penyala (busur nyala), untuk menyalakan bahan bakar yang diuji.

-

Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom.

-

Pinset untuk memasang busur nyala pada tangkai penyala, dan cawan pada dudukannya.

Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji. 2. Menggulung dan memasang kawat penyala pada tangkai penyala yang ada pada penutup bom. 3. Menempatkan cawan yang berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala, serta mengatur posisi kawat penyala agar berada tepat diatas permukaan bahan bakar yang berada didalam cawan dengan menggunakan pinset. 4. Meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan berisi bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring “O”sampai rapat. 5. Mengisi bom dengan oksigen (30 bar). 6. Mengisi tabung kalorimeter dengan air pendingin sebanyak 1250 ml. 7. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter. 8. Menghubungkan tangkai penyala penutup bom ke kabel sumber arus listrik. 9. Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang dilengkapi dengan pengaduk. Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

10. Menghubungkan dan mengatur posisi pengaduk pada elektromotor. 11. Menempatkan termometer melalui lubang pada tutup kalorimeter. 12. Menghidupkan elektromotor selama 5 (lima) menit kemudian membaca dan mencatat temperatur air pendingin pada termometer. 13. Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar. 14. Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan lampu indikator selama elektromotor terus bekerja . 15. Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingin setelah 5 (lima) menit dari penyalaan berlangsung. 16. Mematikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk pengujian berikutnya. 17. Mengulang pengujian sebanyak 5 (lima) kali berturut–turut.

Diagram alir pengujian nilai kalor bahan bakar yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.2

a

Mulai b

 Berat sampel bahan bakar 0,20 gram  Volume air pendingin: 1250 ml  Tekanan oksigen 30 Bar

Pengujian = 5 kali


5

HHVRata - rata = Melakukan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

Σ HHVi

i =1

5

Mencatat temperatur air pendingin T1 (OC)

Selesai

Menyalakan bahan bakar

Melanjutkan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

Mencatat kembali temperatur air pendingin T2 (OC)


( J/kg)

Menghitung HHV bahan bakar : HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv x 1000 ( J/kg )

b

a

Gambar 3.2 Diagram alir Pengujian nilai kalor bahan bakar.

3.6 Prosedur Pengujian Performansi Motor Diesel Disini dilakukan pengujian dengan menggunakan mesin diesel 4-langkah 4silinder ( TecQuipment type. TD4A 001 ).


Gambar 3.3 Mesin uji (TD4 A 001)

Gambar 3.4 TD4 A 001 4–Stroke Diesel Engine

Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Diesel TD4A 4-langkah Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

TD111 4-Stroke Diesel Engine Type TecQuipment TD4A 001 Langkah dan diameter

3,125 inch-nominal dan 3,5 inch

Kompresi ratio

22 : 1

Kapasitas

107 inch3 (1,76 liter)

Valve type clearance

0,012 inch (0,30 mm) dingin

Firing order

1-3-4-2

Sumber : Panduan Praktikum Motor Bakar Diesel Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

Mesin ini juga dilengkapi dengan TD4 A 001 Instrumentation Unit dengan spesifikasi sebagai berikut :

Gambar 3.5 TD4 A 001 Instrumentation Unit


Tabel 3.2 Spesifikasi TD4 A 001 Instrument Unit

Fuel Tank Capasity

TD4 A 001 Instrument Unit 10 liters

Fast Flow Pipette

Graduated in 8 ml, 16 ml and 32 ml

Tachometer

0–5000 rev/min

Torque Meter

0–70 Nm

Exhaust Temperature Meter

0–1200 0C

Air Flow Manometer

Calibrated 0–40 mm water gauge

Sumber : Panduan Praktikum Motor Bakar Diesel Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

Pada pengujian ini, akan diteliti performansi motor diesel serta komposisi emisi gas buang . Pengujian ini dilakukan pada 5 tingkat putaran mesin, yaitu : 1000,1400,1800,2200,2600 dan 2800 rpm serta 2 variasi beban yaitu : 10 kg dan 25 kg. Sebelum pengujian dilakukan, terlebih dahulu dilakukan pengkalibrasian terhadap torquemeter yang terdapat pada instrumentasi mesin uji dengan langkah– langkah sebagai berikut : 1. Menghubungkan unit instrumentasi mesin kesumber arus listrik. 2. Memutar tombol span searah jarum jam sampai posisi maksimum. 3. Mengguncangkan/menggetarkan mesin pada bagian lengan beban. Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

4. Memutar tombol zero, hingga jarum torquemetre menunjukkan angka nol. 5. Memastikan bahwa penunjukan angka nol oleh torquemeter telah akurat dengan mengguncangkan mesin kembali. 6. Menggantung beban sebesar 10 kg pada lengan beban. 7. Mengguncangkan/menggetarkan

mesin

sampai

posisi

jarum torquemeter

menunjukkan angka yang tetap. 8. Melepaskan beban dari lengan beban.

Pengkalibrasian ini dilakukan setiap kali akan dilakukan pengujian sebelum mesin dihidupkan. Setelah dilakukan pengkalibrasian, maka pengujian dapat dilakukan dengan langkah–langkah sebagai berikut : 1. Menghidupkan pompa air pendingin dan memastikan sirkulasi air pendingin mengalir dengan lancar melalui mesin. 2. Menghidupkan mesin dengan cara menarik tali starter, memanaskan mesin selama 15–20 menit pada putaran rendah (± 1500 rpm). 3. Mengatur putaran mesin pada 1500 rpm dengan menggunakan tuas kecepatan dan memastikannya melalui pembacaan tachometer. 4. Menggantung beban sebesar 1 kg pada lengan beban. 5. Menutup saluran bahan bakar dari tangki dengan memutar katup saluran bahan bakar sehingga permukaan bahan bakar didalam pipette turun. 6. Mencatat waktu yang dibutuhkan mesin untuk menghabiskan 100 ml bahan bakar dengan menggunakan stopwatch dengan memperhatikan ketinggian permukaan bahan bakar didalam pipette. 7. Mencatat torsi melalui pembacaan torquemeter, temperatur gas buang melalui exhaust temperature meter, dan tekanan udara masuk melalui air flow manometer. 8. Membuka katup bahan bakar sehingga pipette kembali terisi oleh bahan bakar yang berasal dari tangki. 9. Mengulang pengujian untuk variasi putaran dan beban mesin. Diagram alir pengujian performansi motor bakar diesel yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.6. Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

Mulai

 Volume Uji bahan bakar : 100 ml  Temperatur udara : 27 OC  Tekanan udara: 1 bar  Putaran: n rpm

 Mencatat waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan 100 ml bahan bakar.  Mencatat Torsi  Mencatat temperatur gas buang  Mencatat tekanan udara masuk mm H2O

Menganalisa data hasil pembacaan alat ukur dengan rumus empiris

Mengulang pengujian dengan beban, putaran yang berbeda.

Selesai

Gambar 3.6 Diagram alir Pengujian performansi motor bakar diesel Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

3.7 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang

Pengujian emisi gas buang yang dilakukan meliputi kadar CO2, O2, HC, CO, dan NOx yang terdapat pada hasil pembakaran bahan bakar . Pengujian ini dilakukan bersamaan dengan pengujian unjuk kerja motor bakar diesel dimana gas buang yang dihasilkan oleh mesin uji pada saat pengujian diukur untuk mengetahui kadar emisi dalam gas buang. Pengujian emsi gas buang yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan alat auto logic gas analizer .


Gambar 3.7 Auto logic gas analizer

Mulai

Menyambungkan perangkat autogas analizer ke komputer

Mengosongkan kandungan gas dalam auto logic gas analizer


Memasukkan gas fitting kedalam knalpot motor bakar

Menunggu kira-kira 2 menit hingga pembacaan stabil dan melihat tampilannya di komputer

Mengulang pengujian dengan beban dan putaran yang berbeda

Selesai

Gambar 3.8 Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar diesel


BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN

4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan (T1 dan T2) yang telah diperoleh pada pengujian “Bom Kalorimeter” selanjutnya digunakan untuk menghitung nilai kalor atas bahan bakar (HHV) dengan persamaan berikut :

HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv x 1000 ( J/kg )

Lit.1 hal 12

dimana: HHV = Nilai kalor atas ( High Heating Value ) T1

= Temperatur air pendingin sebelum penyalaan ( 0C )

T2

= Temperatur air pendingin sesudah penyalaan ( 0C )

Cv

= Panas jenis bom kalorimeter ( 73.529,6 KJ/kg 0C )

Tkp

= Kenaikan temperatur akibat kawat penyala ( 0,05 0C )

Hasil dari

perhitungan nilai kalor atas bahan bakar (HHV) pada

pengujian ini kemudian dikalikan dengan faktor koreksi (Fk) sebesar 0,6695 akibat kalibrasi yang dilakukan pada alat uji bom kalorimeter. Faktor koreksi tersebut didapat dari perbandingan antara standarisasi nilai kalor solar 44.800 J/kg (engineering tool box) dengan HHV rata-rata solar yang telah diuji dengan bom kalorimeter sebesar 66.911,936 J/kg.

Pada pengujian pertama bahan bakar biodiesel dimethil ester (B-10) , diperoleh : Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

T1

= 25,17 0C

T2

= 25,97 0C, maka:

HHV(B-10) = (25,97 – 25,17 – 0,05 ) x 73.529,6 x 1000 x Fk = 55.147,2 x 0,6695 = 36.921,050 KJ/kg

Pada pengujian pertama bahan bakar biodiesel dimethil ester (B-20) , diperoleh : T1

= 25,51 0C

T2

= 26,27 0C, maka:

HHV(B-20) = (26,27 – 25,51 – 0,05 ) x 73.529,6 x 1000 x Fk = 52206,016 x 0,6695 = 34.951,927 KJ/kg

Pada pengujian pertama bahan bakar solar , diperoleh : T1

= 26,65 0C

T2

= 27,75 0C, maka:

HHV(solar) = (27,75 – 26,65 – 0,05 ) x 73.529,6 x 1000 x Fk = 77.206,08 x 0,6695 = 51.689,470 KJ/kg


Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk menghitung nilai kalor pada pengujian kedua hingga kelima. Selanjutnya untuk memperoleh harga nilai kalor rata–rata bahan bakar digunakan persamaan berikut ini :

5

HHVRata - rata =

Σ HHVi

i =1

5

( J/kg )

Lit.1 hal 12

Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan serta hasil perhitungan untuk nilai kalor pada pengujian pertama hingga kelima dan nilai kalor rata–rata dengan menggunakan bahan biodiesel (B-10),biodiesel (B-20) dan solar murni, dapat dilihat pada Tabel 4.1 berikut ini :


Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter T1

T2

HHV

1

25,17

25,97

36.921,050

Biodiesel

2

26,08

26,94

39.874,734

( B-10 )

3

26,97

27,92

44.305,260

4

27,80

28,55

34.459,647

5

28,44

29,24

36.921,050

1

25,51

26,27

34.951,927

Biodiesel

2

26,40

27,69

61.042,803

( B-20 )

3

27,77

28,79

47.751,225

4

28,72

29,55

38.397,892

5

25,22

26,55

63.011,926

1

26,65

27,75

51.689,470

2

27,75

28,61

39.874,734

3

28,68

29,70

47.751,225

4

25,71

26,87

39.874,734

5

26,95

27,91

44.797,541

Bahan

No.

Bakar

Pengujian

Solar

HHV rata-rata

38.496,350

49.031,154

44.797,541

4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel


Data yang diperoleh dari pembacaan langsung alat uji mesin diesel 4langkah 4-silinder (TecQuipment type. TD4A 001) melalui unit instrumentasi dan perlengkapan yang digunakan pada saat pengujian antara lain : ♦

Putaran (rpm) melalui tachometre.

♦

Torsi (N.m) melalui torquemetre.

♦

Tinggi kolom udara (mm H2O), melalui pembacaan air flow manometre.

♦

Temperatur gas buang (0C), melalui pembacaan exhaust temperature metre.

♦ Waktu untuk menghabiskan 100 ml bahan bakar (s), melalui pembacaan stopwatch.

4.2.1 Daya Besarnya daya dari masing-masing pengujian pada tiap variasi beban dan putaran dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

PB =

2.π .n T 60

dimana : PB = Daya keluaran (Watt) n

= Putaran mesin (rpm)

T

= Torsi (N.m)

Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar biodiesel (B-10) : Beban

: 10 kg

Putaran : 1000 rpm


PB =

=

2.π .n T 60

2.3,14.1000 x30,5 60

= 3192,13 W

Dengan perhitungan yang sama dapat diketahui besarnya daya yang dihasilkan dari masing–masing pengujian baik dengan menggunakan biodiesel (B-10) , biodiesel (B-20) dan solar murni pada tiap kondisi pembebanan dan putaran dapat ditampilkan dalam bentuk tabel berikut ini :

Tabel 4.2 Data hasil perhitungan untuk daya Beban

Putaran

STATIS

(rpm)

Daya (kW) Biodiesel

Biodiesel

Solar


(kg)

10

25

•

(B-10)

(B-20)

1000

3,19213

3,19213

3,34912

1400

4,68896

4,61569

6,30079

1800

6,40560

6,40560

8,94900

2200

8,28936

8,40449

11,05248

2600

10,06881

10,20487

13,06224

2800

11,13628

11,13628

14,06688

1000

8,00649

7,90181

7,90183

1400

11,69309

11,60517

11,42934

1800

15,73140

15,54323

15,26040

2200

20,03262

19,68723

19,34184

2600

24,54612

23,53924

23,67531

2800

27,69417

27,14907

25,78928

Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.1), daya terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar biodiesel (B-10) dan bahan bakar biodiesel (B-20) pada putaran 1000 rpm yaitu 3,19213 kW. Sedangkan daya tertinggi terjadi pada pengujian dengan menggunakan solar pada putaran 2800 rpm sebesar 14,06688 kW.

•

Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.2), daya terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar biodiesel (B-20) pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 7,90181 kW. Sedangkan daya tertinggi terjadi saat menggunakan bahan bakar biodiesel (B-10) pada putaran 2800 rpm yaitu sebesar 27,69417k W.


Daya terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar biodiesel (B-10) dan bahan bakar biodiesel (B-20) pada beban 10 kg dan putaran 1000 rpm yaitu 3,19213 kW. Sedangkan daya tertinggi terjadi ketika menggunakan bahan bakar biodiesel (B-10)

pada beban 25 kg dan putaran 2800 rpm yaitu sebesar

27,69417 kW. Besar kecil daya mesin bergantung pada besar kecil torsi yang didapat. Daya yang dihasilkan mesin dipengaruhi oleh putaran poros engkol yang terjadi akibat dorongan piston yang dihasilkan karena adanya pembakaran bahan bakar dengan udara. Jika konsumsi bahan bakar dan udara diperbesar maka akan semakin besar pula daya yang dihasilkan mesin. Semakin cepat poros engkol berputar maka akan semakin besar daya yang dihasilkan. Perbandingan besarnya daya untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

16 14

Daya (kW)

12 10

Biodiesel (B-10)

8

Biodiesel (B-20) Solar

6 4 2 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.1 Grafik Daya vs putaran untuk beban 10 kg.


30

Daya (kW)

25 20

Biodiesel (B-10)

15


10 5 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.2 Grafik Daya vs putaran untuk beban 25 kg.


4.2.2 Torsi Besarnya daya yang dihasilkan dari masing–masing pengujian baik dengan menggunakan biodiesel (B-10) , biodiesel (B-20) dan solar pada tiap kondisi pembebanan dan putaran dapat dihitung dan ditampilkan dalam bentuk tabel dibawah ini : Tabel 4.3 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi DENGAN MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR BIODIESEL (B-10) BEBA

HASIL PEMBACAAN UNIT

N

INSTRUMENTASI

PUTARAN (rpm) 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Torsi (N.m)

30,5

32

34

36

37

38

Waktu menghabiskan 100 ml

408

273

186

136

110

97

Aliran Udara ( mm H2O )

4

7

14,5

18,5

25

29

Temperatur Gas Buang ( oC)

80

90

110

170

190

200

Torsi (N.m)

76,5

79,8

83,5

87,0

90,2

94,5


377

308

292

187

124

100


3,5

7,0

12,5

18,0

25,5

29,0


90

100

120

165

200

205

STATI S (kg)

10

25

bahan bakar (s)

bahan bakar (s)

DENGAN MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR BIODIESEL (B-20) Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

BEBA


N

INSTRUMENTASI

PUTARAN (rpm) 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Torsi (N.m)

30,5

31,5

34

36,5

37,5

38


339

269

185

133

109

99


4

7

12,5

18,5

25

28,5


80

90

140

180

200

210

Torsi (N.m)

75,5

79,2

82,5

85,5

86,5

92,2


401

322

241

187

156

142


4

7

12,5

18,5

25

28


90

110

150

190

210

220

STATI S (kg)

10

25

bahan bakar (s)

bahan bakar (s)

DENGAN MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR SOLAR BEBA


N

INSTRUMENTASI

PUTARAN (rpm) 1000

1400

1800

2200

2600

2800

32

43

47,5

48

48

48

STATI S (kg) Torsi (N.m)


301

167

117

78

66

64


3,5

7,0

11,5

18,0

24,5

27,5


100

160

240

300

320

340

Torsi (N.m)

75,5

78,0

81,0

84,0

87,0

88,0


304

243

173

135

99

90


4,5

7,5

12,0

16,0

24,5

28,5


90

100

150

185

210

215

Waktu menghabiskan 100 ml 10

25

•

bahan bakar (s)

bahan bakar (s)

Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.3), torsi terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar biodiesel B-10 dan biodiesel B-20 pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 30,5 N.m. Sedangkan torsi tertinggi mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar solari pada putaran 2800 rpm sebesar 48 N.m.

•

Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.4), torsi terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar solar pada putaran 1000 rpm yaitu 75,5 N.m. Sedangkan torsi tertinggi mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar biodiesel B-10

pada putaran 2800 rpm yaitu

sebesar 94,5 N.m.

Torsi terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar biodiesel B-10 dan biodiesel B-20 pada beban 10 kg pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 30,5 N.m. Sedangkan torsi tertinggi terjadi ketika menggunakan bahan bakar biodiesel B-10 pada beban 25 kg pada putaran 2800 rpm yaitu sebesar 94,5 N.m. Perbandingan harga Torsi untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar berikut : Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

60

Torsi (N.m)

50 40

Biodiesel (B-10)

30


20 10 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.3 Grafik Torsi vs Putaran untuk beban 10 kg.


Torsi (N.m)

100 90 80 70 60 50 40 30

Biodiesel (B-10) Biodiesel (B-20) Solar

20 10 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Puataran (rpm)

Gambar 4.4 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 25 kg.

4.2.3 Konsumsi bahan bakar spesifik Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific fuel consumption, Sfc) dari masing–masing pengujian pada tiap variasi beban dan putaran dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : .

m f x 10 3 Sfc = PB dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h) .

m f = laju aliran bahan bakar (kg/jam) .

Besarnya laju aliran massa bahan bahan bakar ( m f ) dihitung dengan persamaan berikut : Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

mf =

sg f .V f .10 −3 tf

x 3600

dimana : sg f = spesific gravity biodiesel = 0,8624 Vf

= Volume bahan bakar yang diuji (dalam hal ini 100 ml).

tf

= waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji (detik). Dengan memasukkan harga sg f , harga t f yang diambil dari percobaan

sebelumnya harga V f yaitu sebesar 100 ml, maka laju aliran bahan bakar untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar biodiesel (B-10) : Beban

: 10 kg

Putaran : 1000 rpm .

mf =

0,8624 x 100.10 −3 x 3600 408

= 0,760941176 kg / jam Dengan diperolehnya besar laju aliran bahan bakar, maka dapat dihitung harga konsumsi bahan bakar spesifiknya (Sfc).

Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar biodiesel (B-10) : Beban

: 10 kg

Putaran : 1000 rpm


Sfc =

0,760941176 x 10 3 3,19213

= 238,3803843 g/kWh Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban yang bervariasi, maka hasil perhitungan Sfc untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel di bawah ini :

Tabel 4.4 Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) dengan bahan bakar biodiesel (B10), biodiesel (B-20) dan solar . Dengan Bahan Bakar Biodiesel (B-10) Beban

Putaran


Statis

(rpm)

Spesifik (sfc) (gr/kWh)

1000

238,3803843

1400

242,5336896

1800

260,5784455

2200

275,3920121

2600

280,3111788

2800

287,4083441

1000

102,8555505

1400

86,20478540

1800

67,58666595

2200

82,87659298

(kg)

10

25


2600

102,0015357

2800

112,1044610

Dengan Bahan Bakar Biodiesel (B-20) Beban

Putaran


Statis

(rpm)


1000

286,9002857

1400

250,0473957

1800

261,9869776

2200

277,7462748

2600

279,1112065

2800

281,1112065

1000

97,77422443

1400

83,08141225

1800

82,88183524

2200

84,33056830

2600

84,54620555

2800

80,53190025

(kg)

10

25


Dengan Bahan Bakar Solar Beban

Putaran


Statis

(rpm)


1000

307,9739933

1400

295,0528217

1800

296,5178748

2200

360,1280158

2600

360,1220005

2800

344,8525849

1000

129,2438787

1400

111,7850750

1800

117,5978084

2200

118,8994084

2600

132,4586669

2800

133,7610046

(kg)

10

25

•

Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.5), Sfc terendah terjadi saat dengan menggunakan biodiesel (B-10) pada putaran 1400 rpm yaitu sebesar 242,5336896 g/kWh. Sedangkan Sfc tertinggi terjadi saat tanpa menggunakan solar pada putaran 2200 rpm yaitu sebesar 360,1280158 g/kWh.

•

Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.6), Sfc terendah terjadi pada pengujian dengan menggunakan biodiesel (B-10) pada putaran 1800 rpm yaitu


67,58666595 g/kWh. Sedangkan Sfc tertinggi terjadi pada saat mesin menggunakan solar pada putaran 2800 rpm sebesar 133,7610046 g/kWh.

Besarnya Sfc sangat dipengaruhi oleh nilai kalor bahan bakar (lihat Tabel 4.1), semakin besar nilai kalor bahan bakar maka Sfc semakin kecil dan sebaliknya. Adanya kecendrungan peningkatan Sfc dengan kenaikan putaran poros pada beban konstan disebabkan oleh waktu periode persiapan pembakaran yang pendek, sehingga pencampuran bahan bakar dengan udara tidak berlangsung dengan baik. Penambahan beban pada putaran poros konstan sedikit mengurangi Sfc karena adanya kandungan oksigen yang terikat langsung pada biodiesel membantu pembakaran, sehingga pembakaran berlangsung relatif lebih baik. Perbandingan harga Sfc untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar berikut :


400 350 Sfc (gr/kW.h)

300 250

Biodiesel (B-10)

200

Biodiesel (B-20)

150

Solar

100 50 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.5 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 10 kg.

160 140 Sfc (gr/kW.h)

120 100

Biodiesel (B-10)

80

Biodiesel (B-20)

60

Solar

40 20 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.6 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 25 kg. Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

4.2.4 Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR) Rasio perbandingan bahan bakar (air fuel ratio) dari masing–masing jenis pengujian dihitung berdasarkan rumus berikut : .

AFR =

ma .

mf

dimana : AFR

= air fuel ratio

.

ma

= laju aliran massa bahan bakar (kg/jam) .

Besarnya laju aliran udara ( ma ) diperoleh dengan membandingkan besarnya tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow manometer (Tabel 4.3) terhadap kurva viscous flow metre calibration. Pada pegujian ini, dianggap tekanan udara (Pa) sebesar 100 kPa ( ≈ 1 bar) dan temperatur (Ta) sebesar 27 0C. kurva kalibrasi dibawah dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara 1013 mb dan temperatur 20 0C, maka besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi berikut :

Cf

= 3564 x Pa x

= 3564 x 1 x

(Ta + 114) Ta2,5

[(27 + 273) + (114)] (27 + 273) 2,5

= 0,946531125


Gambar 4.7 Kurva Viscous Flow Meter Calibration (lit.10 hal 3-11).

Untuk pengujian dengan menggunakan biodiesel (B-10), beban 10 kg dan putaran 1000 rpm, tekanan udara masuk = 4 mm H2O (Tabel 4.3). Dari kurva kalibrasi diperoleh laju aliran massa udara sebesar 11,38 kg/jam untuk tekanan udara masuk = 10 mm H2O , sehingga untuk tekanan udara masuk = 4 mm H2O diperoleh laju aliran massa udara sebesar 4,552 kg/jam dengan interpolasi, setelah dikalikan faktor koreksi (Cf), maka laju aliran massa udara yang sebenarnya : .

m a = 4,552 x 0,946531125

= 4,308609681 kg/jam

Dengan cara perhitungan yang sama, maka diperoleh harga laju aliran massa udara (ma) untuk masing–masing pengujian tiap variasi beban dan putaran .


Dengan diperolehnya harga laju aliran massa bahan bakar, maka dapat dihitung besarnya rasio udara bahan bakar (AFR). Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar biodiesel (B-10), beban 10 kg dan putaran 1000 rpm :

AFR =

4,308609681 0,760941176

= 5,662211242

Hasil perhitungan AFR untuk masing–masing pengujian pada tiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada tabel di bawah ini :

Tabel 4.5 Perbandingan udara dan bahan bakar (AFR) pada pengujian biodiesel (B-10), biodiesel (B-20) dan solar . Dengan Bahan Bakar Biodiesel (B-10) Beban

Putaran

Perbandingan Udara dan

Statis

(rpm)

Bahan Bakar (AFR)

1000

5,662211242

1400

6,630199580

1800

9,357220412

2200

8,729242327

2600

9,541103496

(kg)

10


2800

9,759681503

1000

4,577994934

1400

7,480225141

1800

12,66364645

2200

11,67831068

2600

10,97053428

2800

10,06152732

25


Putaran


Statis

(rpm)

Bahan Bakar (AFR)

1000

4,704631401

1400

6,533053775

1800

8,023200666

(kg)


10

2200

8,536685511

2600

9,454366191

2800

9,789172187

1000

6,260698647

1400

8,378823616

1800

10,03377139

2200

10,38072060

2600

13,53101950

2800

14,04103485

25



Putaran


Statis

(rpm)

Bahan Bakar (AFR)

1000

3,655110014

1400

4,055790693

1800

4,668201728

2200

6,630199557

2600

5,610168855

2800

6,106306237

1000

4,746265302

1400

6,323149497

1800

7,201083460

2200

7,494103110

2600

8,415253283

2800

8,899247442

(kg)

10

25


o Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.8), AFR terendah saat menggunakan solar pada putaran 1000 rpm yaitu 3,655110014. Sedangkan AFR tertinggi saat menggunakan biodiesel (B-20) pada putaran 2800 rpm sebesar 9,789172187. o Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.9), AFR terendah terjadi saat menggunakan biodiesel (B-10) pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 4,577994934. Sedangkan AFR tertinggi terjadi saat dengan menggunakan biodiesel (B-20) pada putaran 2800 rpm yaitu sebesar 14,04103485. AFR terendah terjadi ketika menggunakan solar pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 3,655110014. Sedangkan AFR tertinggi terjadi ketika dengan menggunakan

biodiesel (B-20) pada putaran 2800 rpm yaitu sebesar

14,04103485. Semakin tinggi putaran dan beban mesin, maka semakin kecil ratio perbandingan udara bahan bakar. Ini disebabkan karena pada putaran dan beban maksimal mesin mengalami ”overlap” dimana pada saat ini terjadi proses pembakaran yang sangat cepat dimana diperlukan bahan bakar dengan jumlah besar, sehingga diperlukan udara yang besar pula untuk mengimbangi bahan bakar tadi. Perbandingan harga AFR masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar berikut :


12 10

AFR

8

Biodiesel (B-10)

6


4 2 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.8 Grafik AFR vs putaran untuk beban 10 kg.

16 14

AFR

12 10

Biodiesel (B-10)

8

Biodiesel (B-20)

6

Solar

4 2 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.9 Grafik AFR vs putaran untuk beban 25 kg.


4.2.5 Effisiensi volumetris Efisiensi volumetris (volumetric efficiency) untuk motor bakar 4-langkah dihitung dengan rumus berikut :

2.ma 1 . 60.n ρ a .Vs

ηv = dimana : ma = Laju aliran udara (kg / jam)

ρ a = Kerapatan udara (kg/m3) Vs = volume langkah torak (m3) = 1,76 x 10-3 m3 [berdasarkan spesifikasi mesin]. Diasumsikan udara sebagai gas ideal sehingga massa jenis udara dapat diperoleh dari persamaan berikut :

ρa =

Pa R.Ta

Dimana : R = konstanta gas (untuk udara = 287 J/ kg.K) Dengan memasukkan harga tekanan dan temperatur udara yaitu sebesar 100 kPa dan 27 0C, maka diperoleh massa jenis udara yaitu sebesar :

ρa =

100.000 287.(27 + 273)

= 1,161440186 kg/m3 Dengan diperolehnya massa jenis udara maka dapat dihitung besarnya effisiensi volumetris ( η v ) untuk masing–masing pengujian pada variasi beban dan putaran. Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

Untuk pengujian tanpa menggunakan biodiesel (B-10) beban 10 kg, putaran 1000 rpm :

ηv =

1 2. 4,552 . 60.1000 1,161441 .1,76 x10 -3

= 0,0742286363 Harga efisiensi volumetris untuk masing–masing pengujian yang dihitung dengan cara perhitungan yang sama dengan perhitungan diatas dapat dilihat pada tabel berikut ini : Tabel 4.6 Effesiensi Volumetris (%) pada pengujian biodiesel (B-10), biodiesel (B-20) dan solar . Dengan Bahan Bakar Biodiesel (B-10) Beban

Putaran

Statis

(rpm)

Effesiensi Volumetris (%)

(kg) 1000

7,42

1400

9,27

1800

14,94

2200

15,60

2600

17,84

2800

19,21

1000

6,49

1400

9,27

1800

12,88

10


25

2200

15,18

2600

18,20

2800

19,21


Putaran

Statis

(rpm)


(kg) Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

1000

7,42

1400

9,27

1800

12,88

2200

15,60

2600

17,84

2800

18,88

1000

7,42

1400

9,27

1800

12,88

2200

15,60

2600

17,84

2800

18,55

10

25


Putaran

Statis

(rpm)


(kg) 1000

6,49

1400

9,27

1800

11,85

2200

15,18

2600

17,48

10


2800

18,22

1000

8,35

1400

9,94

1800

12,37

2200

13,49

2600

17,48

2800

18,88

25

Efisiensi volumetris tertinggi terjadi ketika menggunakan biodiesel (B-10) pada putaran 2800 rpm yaitu sebesar 19,21 % . Effisiensi volumetris terendah terjadi ketika menggunakan biodiesel (B-10) dan menggunakan solar pada putaran 1000 rpm yaitu 6,49 % . Efisiensi volumetrik menunjukkan perbandingan antara jumlah udara yang terisap sebenarnya terhadap jumlah udara yang terisap sebanyak volume langkah torak untuk setiap langkah isap. Efisiensi volumetrik antara biodiesel dan solar relatif sama,pengaruh penggunaan biodiesel terhadap efisiensi volumetrik relatif tidak ada, efisiensi volumetrik hanya dipengaruhi oleh kondisi kerja dari motor diesel. Perbandingan efisiensi volumetris dari masing–masing pengujian pada tiap variasi putaran dapat dilihat dari gambar berikut :


Gambar 4.10 Grafik Effisiensi volumetris vs putaran untuk beban 10 kg.

Gambar 4.11 Grafik Effisiensi volumetris vs putaran untuk beban 25 kg


4.2.6 Efisiensi thermal brake Efisiensi thermal brake (brake thermal eficiency, η b ) merupakan perbandingan antara daya keluaran aktual terhadap laju panas rata–rata yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Efisiensi termal brake dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

ηb =

PB . 3600 m f .LHV

dimana:

ηb

= Efisiensi termal brake

LHV = nilai kalor pembakaran bahan bakar (kJ/kg) Dalam pengujian ini diasumsikan gas buang yang keluar dari knalpot mesin uji masih mengandung uap air (uap air yang terbentuk dari proses pembakaran bahan bakar yang belum sempat mengalami kondensasi didalam silinder sebelum langkah buang terjadi) sehingga kalor laten kondensasi uap air tidak diperhitungkan sebagai nilai kalor pembakaran bahan bakar (LHV, Low Heating Value). Hal ini berarti untuk mendapatkan nilai LHV, maka nilai kalor bahan bakar yang telah diperoleh dari pengujian sebelumnya (HHV, High Heating Value) dengan menggunakan bom kalorimeter harus dikurangkan dengan besarnya kalor laten kondensasi uap air yang terbentuk dari proses pembakaran.

LHV = HHV – Qlc Dimana : Qlc = kalor laten kondensasi uap air.


Dengan mengasumsikan tekanan parsial yang terjadi pada knalpot mesin uji adalah sebesar 20 kN/m2 (tekanan parsial yang umumnya terjadi pada knalpot motor bakar), maka dari tabel uap diperoleh besarnya kalor laten kondensasi uap air yaitu sebesar 2400 kJ/kg [Lit.9 hal 12]. Bila diasumsikan pembakaran yang terjadi adalah pembakaran sempurna maka besarnya uap air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : % Berat H dalam bahan bakar =

y. AR.H x 100 % MR(C X H Y O Z )

dimana : x,y, dan z

= konstanta (jumlah atom)

AR H

= Berat atom Hidrogen

MR(C X H Y O Z ) = Berat molekul C X H Y OZ

Massa air yang terbentuk = ½ x y x (% berat H dalam bahan bakar) x massa bahan bakar Pada tabel 2.2, diperoleh jenis dan persentase komposisi asam-asam lemak pembentuk metil ester berbahan baku minyak kelapa sawit. Berdasarkan reaksi transesterifikasi (gbr. 2.1), dengan mengubah masing-masing asam lemak tersebut kedalam bentuk metil esternya maka diperoleh jumlah kandungan hidrogen dan persentase beratnya untuk tiap metil ester pembentuk biodiesel sehingga jumlah air yang terbentuk tiap satu satuan massa biodiesel dapat dihitung. Total massa air yang terbentuk = 1  Σ  × y × (% berat H dalammetilester )× (% asam lemak )× massa bahan bakar  2 


Hasil perhitungan total massa air yang terbentuk dari pembakaran tiap satu kilogram (1 kg) biodiesel pada proses pembakaran sempurna dapat dilihat pada tabel 4.7.

Tabel 4.7 Jumlah air yang terbentuk dari pembakaran tiap 1 kg biodiesel Jenis

%

asam lemak

Bentuk Dimethil Ester

Ju

%

Jumlah

dala

ml

berat

H2 O

m

ah

Hidro

yang

biodi

Hi

gen

terbentu

esel

dro

k

gen Lauric 26 (C12)

1,83

CH3(CH2)10COOCH3

Myristic (C14)

CH3(CH2)12COOCH3

30

CH3(CH2)14COOCH3

34

CH3(CH2)16COOCH3

38

(C18 : 0)

Oleic

CH3(CH2)7CH(COOCH3)(CH2)8 41,13

(C18 : 1) Linoleic (C18 : 2)

7

kg

12,59

0,858251

3

kg

12,75

0,104668

2

kg

11,23

0,924191

4,32

Dimethil

40 COOCH3

CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7 10,73

COOCH3

34

kg

0,035331

40,09

Stearic

0,028905

12,39

1,90

Palmitic (C16 : 0)

12,15

5

kg

11,56

0,210957

5

kg


2,162303 Total H2O yang terbentuk dari pembakaran 1 kg biodiesel

kg

Dengan diperolehnya massa air yang terbentuk, maka dapat dihitung besarnya kalor laten kondensasi uap air dari proses pembaran tiap 1 kg. Qlc = 2400 kj/kg . 2,162303 = 5189,5272 kj/kg

Sehingga besarnya CV untuk biodiesel (B100) dapat dihitung sebagai berikut : CV = HHV B100 - Qlc B100 = 37759,61224 kJ/kg – 5189,5272 kJ/kg = 32570,08504 kJ/kg

Harga CV untuk solar (C

12

H 26 ) dihitung dengan cara yang sama :

% berat H dalam solar=

=

y. ARH X100 % MRC 12 H 26

26.1 X 100% (12.12) + (26.1)

= 15,29 % Jumlah uap air yang terbentuk dari pembakaran tiap 1 kg solar : Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

1 15,29 ⋅ 26 ⋅ ⋅ 1kg = 1,9877 kg 2 100

Kalor laten kondensasi uap air dari pembakaran tiap 1 kg solar :

qlc

solar

= 2400 kj/kg .1,9877 kg = 4770,48 kj per 1 kg solar

Besarnya CV solar : CV solar = HHV

solar

- Q lc

solar

= 44797,54 kj/kg – 4770,48 kj/kg = 40027,06 kj/kg

Sedangkan harga CV untuk bahan bakar yang merupakan campuran antara biodiesel (B100) dengan solar dihitung dengan rumus pendekatan berikut :

CV Bxx = HHV BXX - {( B.Q lc

B100

)-( S.Q lc

solar

)}

Dimana : B = Persentase biodiesel dalam bahan bakar campuran S = Persentase solar dalam bahan bakar campuran Untuk B10, B = 0,1 dan S = 0,9 Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

CV B10 = HHV B10 - {(0,1 ⋅ Qlc

B100

) + ( 0,9 ⋅ Qlc

solar

)}

= 38496,350 kj/kg – {(0,1 ⋅ 5132,434kj / kg ) + (0,9 ⋅ 4770,48kj / kg )} = 33689,6746 kj/kg Dengan cara perhitungan yang sama untuk bahan bakar biodiesel (B20), maka hasil perhitungan harga CV untuk B20 = 44188,2832 kj/kg Setelah diperoleh harga CV untuk masing-masing bahan bakar maka dapat dihitung besarnya efisiensi termal brake ( η b ). Untuk Biodiesel (B10), beban 10 kg pada putaran 1000 rpm

ηb =

3,19213 × 3600 0,760941176 x33689,6746

= 0,448265348 Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk menghitung efisiensi termal brake masing-masing bahan bakar pada tiap variasi beban dan putaran. Hasil perhitungan efisiensi termal brake dapat dilihat pada tabel 4.8 berikut ini :


Tabel 4.8 Efisiensi thermal brake ( η b ) pada pengujian biodiesel (B-10), biodiesel (B-20) dan solar . Dengan Bahan Bakar Biodiesel (B-10) Beban

Putaran


(kg)

(rpm)

(%)

1000

44,82

1400

44,05

1800

41,00

2200

38,80

2600

38,11

2800

37,17

1000

103,89

1400

123,95

1800

158,10

2200

128,93

2600

104,76

2800

95,31

10

25



Putaran


(kg)

(rpm)

(%)

1000

28,39

1400

32,58

1800

30,00

2200

29,33

2600

29,18

10


2800

28,93

1000

83,14

1400

98,05

1800

98,29

2200

96,60

2600

96,36

2800

101,16

25


Putaran


(kg)

(rpm)

(%)

1000

29,20

1400

30,48

1800

30,33

2200

24,97

2600

24,97

2800

26,08

1000

69,58

1400

80,45

1800

76,48

2200

75,64

10

25


2600

67,89

2800

67,23

o Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.12), BTE terendah terjadi saat menggunakan solar pada putaran 2200 rpm yaitu 24,97 % . Sedangkan BTE tertinggi terjadi saat menggunakan biodiesel (B-10) pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 44,82 % . o Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.13), BTE terendah terjadi saat menggunakan solar pada putaran 2800 rpm yaitu 67,23 % . Sedangkan BTE tertinggi terjadi saat menggunakan biodiesel (B-10)

pada putaran 1800 rpm

yaitu sebesar 158,10 % .

BTE terendah terjadi ketika menggunakan solar pada beban 10 kg dan putaran 2200 rpm yaitu 24,97

%

. Harga BTE tertinggi terjadi ketika

menggunakan biodiesel (B-10) pada beban 25 kg dan putaran 1800 rpm yaitu sebesar 158,10 % . Efisiensi termal dari biodiesel relatif lebih besar dari efisiensi termal solar, hal ini dapat ditunjukkan dengan lebih besarnya nilai kalor dari biodiesel dibandingkan dengan solar. Kenaikan putaran poros pada beban konstan cenderung mengurangi efisiensi termal, untuk beban konstan daya efektif daya efektif yang dihasilkan relatif konstan dan kenaikan putaran poros akan mempersingkat waktu proses pencampuran bahan bakar–udara, sehingga pembakaran berlangsung kurang baik, hal ini akan menghasilkan energi pembakaran yang lebih kecil dan cenderung mengurangi efisiensi termal. Pada kondisi penambahan beban pada putaran poros konstan akan terjadi penambahan kandungan oksigen yang terikat pada biodiesel sebanding dengan Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

penambahan massa bahan bakar, hal ini akan menyebabkan semakin banyak bahan bakar yang terbakar dan daya efektif yang lebih besar, sehingga meningkatkan efisiensi termal. Perbandingan harga BTE untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 4.12 Grafik BTE vs putaran untuk beban 10 kg


Gambar 4.13 Grafik BTE vs Putaran untuk beban 25 kg

4.3 Pengujian Emisi Gas Buang

4.3.1

Kadar Carbon Monoksida (CO) dalam gas buang Data hasil pengukuran kadar CO dari gas buang hasil pembakaran ke

tiga tipe pengujian yang diuji dapat dilihat pada Tabel 4.9 berikut :

Tabel 4.9 Kadar CO dalam gas buang.


BEBAN

PUTARAN

STATIS

(rpm)

Biodiesel (B10)

Biodiesel (B20)

Solar

1000

0,046

0,045

0,042

1400

0,053

0,052

0,071

1800

0,078

0,079

0,074

2200

0,092

0,099

0,081

2600

0,900

0,090

0,069

2800

0,087

0,084

0,066

1000

0,056

0,043

0,048

1400

0,068

0,050

0,064

1800

0,080

0,076

0,087

2200

0,086

0,091

0,099

2600

0,078

0,085

0,099

2800

0,088

0,084

0,100

(KG)

10

25

KADAR C0 (%)

o Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.14), kadar CO terendah terjadi saat menggunakan solar pada putaran 1000 rpm yaitu 0,042 %. Sedangkan kadar CO tertinggi terjadi saat menggunakan biodiesel (B-10) pada putaran 2600 rpm yaitu sebesar 0,900 %. o Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.15), kadar CO terendah terjadi saat menggunakan biodiesel (B-20) pada putaran 1000 rpm yaitu Sedangkan kadar CO tertinggi terjadi saat menggunakan solar

0,043 %.

pada putaran

2800 rpm yaitu sebesar 0,100 %. CO muncul akibat kurang optimalnya proses pembakaran sehingga bahan bakar tidak terbakar karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran baha bakar lebih kaya dibanding campuran stoikiometris , dan terjadi pada saat beban rendah dan output maksimum saat akselerasi. Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

Perbandingan kadar CO yang terdapat dalam gas buang masing-masing pengujian dapat dilihat pada gambar berikut :

Kadar CO (%)

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3


0,2 0,1 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.14 Grafik Kadar CO vs Putaran untuk beban 10 kg


0,12

Kadar CO (%)

0,1 0,08

Biodiesel (B-10)

0,06


0,04 0,02 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.15 Grafik Kadar CO vs Putaran untuk beban 25 kg


4.3.2

Kadar Nitrogen Oksida (N0x) dalam gas buang Data hasil pengukuran kadar NOx dari gas buang hasil pembakaran ke


Tabel 4.10 Kadar NOx dalam gas buang. BEBAN

PUTARAN

STATIS

(rpm)

Biodiesel (B10)

Biodiesel (B20)

Solar

1000

3065

1680

0

1400

4

670

0

1800

508

510

0

2200

12

608

0

2600

1

471

0

2800

5000

69

0

1000

890

19

1

1400

2571

165

0

(KG)

10

KADAR NOX (ppm)


25

1800

26

10

0

2200

1594

58

0

2600

2943

203

0

2800

1024

97

0

o Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.16), kadar NOx terendah terjadi saat menggunakan solar pada putaran 1000-2800 rpm yaitu 0 ppm. Sedangkan kadar NOx tertinggi terjadi saat menggunakan biodiesel (B-10) pada putaran 2800 rpm yaitu sebesar 5000 ppm. o Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.17), kadar NOx terendah terjadi saat menggunakan biodiesel (B-20) pada putaran 1800 rpm yaitu

0 ppm dan

menggunakan solar pada putaran 1400-2800 rpm yaitu 0 ppm. Sedangkan kadar NOx tertinggi terjadi saat menggunakan biodiesel (B-10)

pada putaran

2600 rpm yaitu sebesar 2943 ppm.

NOx terbentuk karena tingginya temperatur pembakaran bahan bakar udara di dalam silinder. Semakin tinggi temperatur pembakaran , maka semakin bertambah kadar NOx yang terbentuk. Perbandingan kadar NOx yang terdapat dalam gas buang masing-masing pengujian dapat dilihat pada gambar berikut :


6000

NOx (ppm)

5000 4000

Biodiesel (B-10)

3000


2000 1000 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.16 Grafik Kadar NOx vs Putaran untuk beban 10 kg

3500 3000

NOx (ppm)

2500 Biodiesel (B-10)

2000

Biodiesel (B-20) 1500

Solar

1000 500 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.17 Grafik Kadar NOx vs Putaran untuk beban 25 kg


4.3.3

Kadar Unburned Hidro Carbon (UHC) dalam gas buang Data hasil pengukuran kadar CO dari gas buang hasil pembakaran ke


Tabel 4.11 Kadar UHC dalam gas buang. BEBAN

PUTARAN

STATIS

(rpm)

Biodiesel (B10)

Biodiesel (B20)

Solar

1000

6

7

8

1400

6

8

6

1800

13

16

13

2200

20

27

12

2600

17

21

7

2800

17

20

8

1000

4

6

6

1400

8

9

8

1800

11

14

13

2200

15

22

18

2600

9

22

21

2800

17

20

21

(KG)

10

25

KADAR UHC (ppm)

o Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.18), kadar UHC terendah terjadi saat menggunakan biodiesel (B-10) pada putaran 1000-1400 rpm dan solar pada putaran 1400 rpm yaitu 6 ppm. Sedangkan kadar UHC tertinggi terjadi saat menggunakan biodiesel (B-20) pada putaran 2200 rpm yaitu sebesar 27 ppm.


o Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.19), kadar UHC terendah terjadi saat menggunakan biodiesel (B-10) pada putaran 1000 rpm yaitu

4 ppm .

Sedangkan kadar UHC tertinggi terjadi saat menggunakan biodiesel (B-20) pada putaran 2200-2600 rpm yaitu sebesar 22 ppm.

Unburned Hidro Carbon (UHC) timbul tidak hanya karena campuran bahan bakar udara yang kaya (konsumsi bahan bakar lebih besar dibanding udara), tetapi bisa juga karena campuran miskin pada suhu pembakaran rendah dan lambat misalnya pada saat idel (mesin berputar bebas ) atau waktu pemanasan mesin. Tidak sempurna nya pembakaran dimana bahan bakar tidak terbakar seluruhnya karena kekurangan udara akan menyebabkan timbulnya HC. Mesin diesel adalah mesin yang memanfaatkan tekanan udara kompresi yang tinggi untuk proses pembakaran. Perbandingan kadar UHC yang terdapat dalam gas buang masing-masing sampel pengujian dapat dilihat pada gambar berikut :

30

UHC (ppm)

25 20

Biodiesel (B-10)

15


10 5 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.18 Grafik Kadar UHC vs Putaran untuk beban 10 kg


25

UHC (ppm)

20 Biodiesel (B-10)

15

Biodiesel (B-20) 10

Solar

5 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.19 Grafik Kadar UHC vs Putaran untuk beban 25 kg


4.3.4

Kadar Carbon Dioksida (CO2) dalam gas buang Data hasil pengukuran kadar CO2 dari gas buang hasil pembakaran ke


Tabel 4.12 Kadar CO2 dalam gas buang. BEBAN

PUTARAN

STATIS

(rpm)

Biodiesel (B10)

Biodiesel (B20)

Solar

1000

2,65

2,77

3,65

1400

2,93

2,93

4,97

(KG)

KADAR CO2 (%)


10

25

1800

3,24

3,27

5,68

2200

3,61

3,64

6,79

2600

3,87

3,80

7,06

2800

4,10

3,89

6,74

1000

2,88

2,65

2,97

1400

3,22

2,99

3,15

1800

3,49

3,41

3,56

2200

3,89

3,84

3,97

2600

4,22

4,04

4,22

2800

4,43

4,27

4,29

o Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.20), kadar CO2 terendah terjadi saat menggunakan biodiesel (B-10) pada putaran 1000 yaitu sebesar 2,65 %. Sedangkan kadar CO2 tertinggi terjadi saat menggunakan solar pada putaran 2600 rpm yaitu sebesar 7,06 %. o Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.21), kadar CO2 terendah terjadi saat menggunakan biodiesel (B-20) pada putaran 1000 rpm yaitu

2,65 % .

Sedangkan kadar CO2 tertinggi terjadi saat menggunakan biodiesel (B-10) pada putaran 2800 rpm yaitu sebesar 4,43 %. Carbon dan Oksigen bergabung membentuk senyawa carbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan carbon dioksida (CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna . Semakin tinggi kadar (CO) , maka semakin rendah CO2 yang diperoleh dari hasil pembakaran . Bila campuran bahan bakar udara sempurna (stoikiometris), maka akan dihasilkan senyawa CO2. Jumlah emisi CO2 yang lebih besar pada solar jika dibandingkan terhadap biodiesel menunjukkan bahwa adanya kemungkinan bahwa solar mempunyai senyawa berat yang jumlah ikatan rantai karbon yang lebih panjang, sehingga kemungkinan jumlah senyawa karbon yang terbakar lebih banyak dan menghasilkan emisi CO2 yang besar. Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

Proses pencampuran udara-bahan bakar dimulai dari diinjeksikannya bahan bakar kedalam silinder, kemudian butiran bahan bakar akan menguap dan bercampur dengan udara, proses ini dipengaruhi oleh viskositas dan kemampuan bahan bakar untuk dapat menguap. Solar mempunyai viskositas yang lebih kecil dari biodiesel, sehingga pembentukan butiran dan penguapan bahan bakar lebih mudah dan pencampuran udara-bahan bakar berlangsung dengan baik. Kenaikan putaran poros mempercepat proses pembakaran, sehingga bahan bakar yang terbakar relatif lebih banyak dan emisi CO2 yang dihasilkan cenderung bertambah besar seperti yang ditunjukkan pada gambar (4.20) dan gambar (4.21). Perbandingan kadar CO2 yang terdapat dalam gas buang tiap-tiap pengujian dapat dilihat pada gambar berikut :

8 7

CO2 (%)

6 5

Biodiesel (B-10)

4

Biodiesel (B-20)

3

Solar

2 1 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.20 Grafik Kadar CO2 vs Putaran untuk beban 10 kg


CO2 (%)

5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5


1 0,5 0 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.21 Grafik Kadar CO2 vs Putaran untuk beban 25 kg


4.3.5

Kadar Sisa Oksigen (O2) dalam gas buang Data hasil pengukuran kadar sisa O2 dari gas buang hasil pembakaran

ke tiga tipe pengujian yang diuji dapat dilihat pada Tabel 4.13 berikut :

Tabel 4.13 Kadar Sisa Oksigen (O2) dalam gas buang. BEBAN

PUTARAN

STATIS

(rpm)

Biodiesel (B10)

Biodiesel (B20)

Solar

1000

21,43

20,75

20,33

1400

20,56

20,58

20,50

(KG)

KADAR O2 (%)


10

25

1800

21,55

20,91

20,69

2200

20,24

20,64

20,68

2600

20,72

20,64

20,69

2800

20,71

20,49

20,72

1000

22,71

20,72

20,71

1400

20,88

20,63

20,89

1800

19,77

22,99

19,87

2200

20,75

20,68

21,28

2600

20,72

20,69

20,98

2800

20,69

20,69

22,62

o Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.21), kadar O2 terendah terjadi saat menggunakan biodiesel (B-10) pada putaran 2200 yaitu sebesar 20,24 %. Sedangkan kadar O2 tertinggi terjadi saat menggunakan biodiesel (B-20) pada putaran 1800 rpm yaitu sebesar 20,91 %. o Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.22), kadar O2 terendah terjadi saat menggunakan biodiesel (B-10) pada putaran 1800 rpm yaitu

19,77 % .

Sedangkan kadar O2 tertinggi terjadi saat menggunakan biodiesel (B-20) pada putaran 1800 rpm yaitu sebesar 22,99 %.

Kadar sisa O2 terendah diperoleh ketika menggunakan biodiesel (B-10) pada putaran 1800 rpm yaitu 19,77 % pada pembebanan 25 kg , yang disebabkan karena kurang optimalnya proses pembakaran. Kadar sisa

O2 tertinggi terjadi

saat menggunakan biodiesel (B-20) pada putaran 1800 rpm yaitu sebesar 22,99 %. Proses pembakaran pada motor diesel berlangsung pada campuran udara-bahan bakar yang miskin atau adanya udara (oksigen) lebihan yang bertujuan untuk menjamin kelangsungan proses pembakaran, sehingga dalam gas Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

buang hasil pembakaran masih mengandung O2. Sisa O2 gas buang dari pembakaran biodiesel lebih besar dari pada solar, hal ini dimungkinkan karena adanya kandungan oksigen yang terikat langsung pada senyawa bahan bakar biodiesel. Pengaruh kenaikan putaran poros pada beban konstan cenderung mengurangi jumlah sisa O2 gas buang, hal ini disebabkan pada kondisi tersebut jumlah massa bahan bakar yang terbakar relatif lebih banyak, sehingga dengan jumlah udara yang sama memerlukan lebih banyak oksigen untuk proses pembakaran. Perbandingan kadar sisa

O2 yang terdapat dalam gas buang masing-

masing sampel pengujian dapat dilihat pada gambar berikut ini :

22

O2 (%)

21,5 Biodiesel (B-10)

21

Biodiesel (B-20) 20,5

Solar

20 19,5 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.22 Grafik Kadar O2 vs Putaran untuk beban 10 kg


24 23

O2 (%)

22

Biodiesel (B-10)

21


20 19 18 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (rpm)

Gambar 4.23 Grafik Kadar O2 vs Putaran untuk beban 25 kg


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan Beberapa kesimpulan yang dapat ditarik dari pengujian ini adalah : 1. Biodiesel berbahan baku dimethil ester (B-10) memiliki HHV 38496,350 kj/kg, lebih rendah 14,06 % dibanding solar yang memiliki HHV 44797,54 kj/kg. 2. Biodiesel berbahan baku dimethil ester (B-20) memiliki HHV sekitar 49031,154 kj/kg, lebih tinggi 9,45% dibanding solar yang memiliki HHV 44797,54 kj/kg. 3. Daya terendah terjadi ketika menggunakan biodiesel berbahan baku dimethil ester (B-20) pada beban 10 kg dan putaran 1000 rpm yaitu 3,19213 kW. Sedangkan daya tertinggi terjadi ketika menggunakan biodiesel berbahan baku dimethil ester (B-10) pada beban 25 kg dan putaran 2800 rpm yaitu sebesar 27,69417 kW. 4. Torsi terendah terjadi ketika menggunakan biodiesel berbahan baku dimethil ester (B-20) pada beban 10 kg pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 30,5 N.m. Sedangkan torsi tertinggi terjadi ketika menggunakan bahan bakar biodiesel berbahan baku dimethil ester (B-10)

pada beban 25 kg pada putaran 2800

rpm yaitu sebesar 94,5 N.m. 5. Besar kecil nya daya mesin bergantung pada besar kecil nya torsi yang didapat. Semakin besar torsi yang di dapat dari hasil pengujian maka semakin besar pula daya yang dihasilkan. Selain dipengaruhi oleh torsi, daya yang dihasilkan mesin juga dipengaruhi

oleh putaran poros engkol yang terjadi akibat

dorongan piston yang dihasilkan karena adanya pembakaran bahan bakar dengan udara. Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

6. Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) tertinggi terjadi pada bahan bakar solar dengan pembebanan 10 kg dan

putaran 2200 rpm sebesar 360 g/kWh,

sedangkan konsumsi bahan bakar terendah terjadi pada penggunaan bahan bakar biodiesel berbahan baku dimethil ester (B-10) pada putaran 1800 rpm sebesar 67,58666595 g/kWh. 7. Perbandingan udara dan bahan bakar (AFR) terendah terjadi ketika menggunakan solar

pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 3,655110014.

sedangkan AFR tertinggi terjadi ketika dengan menggunakan

biodiesel

berbahan baku dimethil ester (B-20) pada putaran 2800 rpm yaitu sebesar 14,04103485. 8. Efisiensi volumetris tertinggi terjadi ketika menggunakan biodiesel (B-10) pada putaran 2800 rpm yaitu sebesar 19,21 % sedangkan effisiensi volumetris terendah terjadi ketika

menggunakan

solar

pada putaran 1000 rpm

yaitu 6,49 % . 9. Effsiensi thermal brake (BTE) terendah terjadi ketika menggunakan solar pada beban 10 kg dan putaran 2200 rpm yaitu 24,97 % . Harga BTE tertinggi terjadi ketika menggunakan biodiesel (B-10) pada beban 25 kg dan putaran 1800 rpm yaitu sebesar 158,10 % . 10. Penggunaan biodiesel dimethil ester dengan konsentrasi bio-diesel 10 % (B-10) menghasilkan performansi motor yang lebih tinggi dibandingkan dimethil ester B-20 . Semakin besar konsentrasi biodiesel yang digunakan dalam campuran mengakibatkan semakin menurun nya performansi motor . .11. Emisi gas buang hasil pembakaran mesin diperoleh : •

Kadar

CO terendah terjadi saat menggunakan bahan bakar solar

sebesar 0,042 % . •

Kadar NOx terendah terjadi saat menggunakan bahan bakar biodiesel dimethil ester B-10 sebesar 1 ppm.

•

Kadar HC terendah terjadi saat menggunakan bahan bakar biodiesel dimethil ester B-10 sebesar 4 ppm.


•

Kadar CO2 terendah terjadi saat menggunakan bahan bakar biodiesel dimethil ester B-10 dan B-20 sebesar 2,65 %.

•

Kadar

O2 terendah terjadi saat menggunakan bahan bakar biodiesel

dimethil ester B-10 sebesar 19,77 %. 12. Berdasarkan Keputusan Menteri Lingkungan Hidup tahun 1995 tentang baku mutu emisi sumber tidak bergerak (lampiran 1) menyatakan bahwa kadar ambang batas emisi untuk NO2 yaitu 1000 mg/m3 = 1000 ppm . Dari hasil pengujian diperoleh bahwa biodiesel ini sangat baik digunakan pada saat putaran 2600 rpm dengan beban 10 kg karena jauh dari ambang batas yang diijinkan yakni sebesar 1 ppm dan dapat disimpulkan bahan bakar ini sangat ramah linkungan atau tidak menyebabkan pencemaran lingkungan.

5.2 Saran 1. Untuk mendukung kelancaran dan akurasi hasil pengujian sebaiknya dilakukan pemeriksaan dan kalibrasi terhadap instrumentasi dan alat ukur setiap kali pengujian akan dilakukan. 2. Salah satu kendala yang kerap menjadi penghalang dalam melakukan pengujian adalah ketidaktersediaan alat pendukung, oleh karena itu diharapkan Departemen Teknik Mesin bersedia untuk lebih memperhatikan dan mengusahakan pengadaan peralatan tersebut. 3. Jika hasil data tertera pada alat auto gas analyzer berubah-ubah , maka perlu dilakukan kalibrasi ulang selama 5 menit dan membersihkan gas fitting agar kinerja sensor lebih efektif. 4. Pengujian ini agar lebih dikembangkan lagi dengan menggunakan bahan bakar hasil pencampuran biodiesel dengan solar agar diperoleh perbandingan performansi yang lebih ideal pada masing-masing bahan bakar.


DAFTAR PUSTAKA

1. Amir, Isril, Panduan Praktikum Bom Kalorimeter, Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin USU, Medan, 1996. 2. Arismunandar, Wiranto. Penggerak Mula Motor Bakar Torak : Penerbit ITB Bandung, 1988. 3. Arismunandar, Wiranto dan Koichi Tsuda, Motor Diesel Putaran Tinggi, Pradnya Paramita, Jakarta, 1976. 4. Crouse, William. H, Automotive Mechanics, Seventh Edition-McGrawHill Book Company,1976. 5. Edi, Sigar, Buku Pintar Otomotif, Penerbit Pustaka Dela Pratasa, Jakarta, 1998. 6. Lichty, L.C, Internal Combustion Engines, Sixth Edition-McGraw-Hill Book Company, INC, Tokyo, 1951. 7. Manual Book of TD 110–115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd – Product Division 2000. 8. Priambodo, Bambang dan Maleev, V.L, Operasi dan Pemeliharaan Mesin Diesel, Penerbit Erlangga, 1991. 9. Petrovsky, H. Marine Internal Combustion Engine, MIR Publishers, Moscow, 1968. 10. Soenarta, Nakolea dan Shoichi Furuhama, Motor Serba Guna, Pradnya Paramita, Jakarta, 2002. 11. Schulz, Erich. J, Diesel Mechanics, Second Edition-McGraw-Hill Book Company, 1976. 12. Toyota Astra Motor, Training Manual Turbocharger dan Supercharger Step 3, Toyota Astra Motor. 13. Toyota Astra Motor, Buku Panduan Toyota New Team Step 1, Toyota Astra Motor. 14. Khovakh, M, Motor Vehicle Engines, MIR Publisher, Moscow, 1979. 15. Ginting, Jameshlon dan Firman Sudiarto, Kajian Eksperimental Pengaruh Catalytic Converter dan Supercharger terhadap unjuk kerja mesin dengan Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009

bahan bakar biodiesel, Tugas Sarjana Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU, 2007. 16. www.pertamina.com 17. www.id.wikipedia.org/wiki/katalis 18. www.menlh.co.id 19. www.yellowbiodiesel.com 20. www.autologicco.com 21. www.chemeng.ui.ac.id/~wulan/Materi/port/BAHAN%2520CAIR.PDF 22. www.turbocalculator.com/turbocharger-supercharger.html 23. www.biodiesel.org 24. www.astm.org 25. www.osti.gov/bridge 26. www. Epa.gov/otaq/models/biodsl.htm 27. www.members.fortunecity.com/lingkungan/artikel/timbal.htm


PENGUJIAN PERFORMANSI MOTOR DIESEL DENGAN BIODIESEL DARI DIMETHIL ESTER

Recommend Documents