TESIS PENGUJIAN PERFORMANCE BIODIESEL BIJI ALPUKAT DI TINJAU DARI KARAKTERISTIK PANJANG PENYEMPROTAN DAN UKURAN BUTIRAN
Anak Agung Surya Dwi Pramana NIM : 1091961001
PROGRAM PASCASARJANA PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015 i
PENGUJIAN PERFORMANCE BIODIESEL BIJI ALPUKAT DI TINJAU DARI KARAKTERISTIK PANJANG PENYEMPROTAN DAN UKURAN BUTIRAN
Tesis Untuk Memperoleh Gelar Magister Pada Program Magister, Program Studi Teknik Mesin, Program Pascasarjana Universitas Udayana
Anak Agung Surya Dwi Pramana NIM : 1091961001
PROGRAM PASCASARJANA PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015 ii
Lembar Persetujuan Pembimbing
TESIS INI TELAH DI SETUJUI PADA TANGGAL :
AGUSTUS 2015
Pembimbing I
Pembimbing II
Prof.Dr.Ir. I GustiBagusWijayaKusuma
I Made Widiyarta, ST.,M.Eng.Sc.,Phd.
NIP. 19700607 199303 1 002
NIP.19710722 199803 1 003
Mengetahui
Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana UniversitasUdayana
Prof.Dr.Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP. 19700607 199303 1 002
iii
Tesis Diuji dan Dinilai oleh Panitia Penguji Pada Program Pascasarjana Universitas Udayana Pada Tanggal
Agustus 2015
Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana No. : ………………………………………… Tanggal :
Agustus 2015
Panitia Penguji Tesis adalah : Ketua
: Prof.Dr. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma
Sekretaris
: I Made Widiyarta, ST.,MSc.,Phd.
Anggota
: 1. Dr.Eng. Made Sucipta, ST.,MT. 2. Dr.Ir. I Wayan Bandem Adnyana,M.Erg. Dr.Ir. I Gusti Ngurah Priambadi, MT.
iv
SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT
NAMA
: ANAK AGUNG SURYA DWI PRAMANA
NIM
: 1091961001
PROGRAM STUDI : PASCASARJANA TEKNIK MESIN UNIVERSITAS UDAYANA JUDUL TESIS
: PENGUJIAN PERFORMANCE BIODIESEL BIJI ALPUKAT DI TINJAU DARI KARAKTERISTIK PANJANG PENYEMPROTAN DAN UKURAN BUTIRAN
Dengan ini menyatakan bahwa karya ilmiah Tesis ini bebas plagiat. Apabila dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sangsi sesuai peraturan mendiknas RI No.17 Tahun 2010 dan peraturan Perundang – undangan yang berlaku
Denapsar, 6 Agustus 2015 Yang menyatakan
Anak Agung Surya Dwi Pramana
v
KATA PENGANTAR
Om Swastyastu, Salam sejahtera bagi kita semua Terimakasih yang sebesar – besarnnya penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa Ida Sang Hyang Widhi Wasa atas terselesaikannya usulan proposal penelitian yang berjudul “pengujian performance biodiesel biji alpukat di tinjau dari karakteristik panjang penyemprotan dan ukuran butiran” semoga nantinya dapat bermanfaat sebagai bahan bacaan ataupun dapat di aplikasikan, yang berguna untuk perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya di bidang teknik mesin tentang biodiesel Usulan proposal penelitian ini merupakan salah satu prasyarat untuk mendapatkan kelulusan dalam program magister Teknik Mesin Universitas Udayana. Dalam usulan proposal penelitian ini mungkin masih banyak terdapat kekurangan yang merupakan keterbatasan dari penulis, saran dan kritik sangat penulis hargai sebagai penyempurnaan nantinya. Terimakasih yang sebesar besarnya kepada Rektor Universitas Udayana Prof. Dr. dr. Ketut Suastika, Sp. PD. KEMD, atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister di Universitas Udayana. Ucapan terimakasih ini juga ditujukan kepada Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana yang di jabat oleh Prof. Dr. dr. A.A Raka Sudewi, Sp. S (K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menjadikan karyasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana Universitas Udayana. Terimakasih yang sebesar – besarnya kepada Dosen pembimbing serta berbagai banyak pihak yang telah membantu sehingga dapat terselesaikannya usulan penelitian ini yang mungkin tidak dapat penulis jabarkan satu persatu. Om Shanti Shanti Shanti Om
Denpasar,
Agustus 2015
Penulis
vi
ABSTRAK
PENGUJIAN PERFORMANCE BIODIESEL BIJI ALPUKAT DI TINJAU DARI KARAKTERISTIK PANJANG PENYEMPROTAN DAN UKURAN BUTIRAN
Minyak biji alpukat merupakan salah satu jenis minyak yang bersumber dari minyak nabati yang dapat dijadikan sebagai pilihan bahan bakar alternatif karena biji buah alpukat yang biasanya menjadi sampah buangan oleh masyarakat apabila dapat di berdayakan kembali akan memberikan suatu dampak positif, baik lingkungan dalam hal pengurangan jumlah sampah ataupun dari segi pemanfaatanya sebagai salah satu sumber bahan bakar terbarukan. Oleh karena itu telah dilakukan suatu pengujian eksperimental untuk menguji karakteristik semprotan (spray) biodiesel biji alpukat yang diuji pada ruang pengujian bermekanisme nosel injector mesin diesel. Adapun variasi campuran pengujian bahan bakar yaitu 5%, 10%, 15%, 20%, 100%BD, dan 100%D. Karakteristik semprotan bahan bakar yang di uji adalah panjang tip penetrasi semprotan (L), kecepatan semprotan (Uin), Sudut semprotan (Ɵ), dan distribusi besar butiran yang terbentuk pada masing – masing campuran bahan bakar biodiesel yang di uji. Dari pengujian yang telah dilakukan maka di dapatkan sebagai berikut, dengan penambahan biodiesel minyak alpukat pada solar murni berpengaruh pada penurunan kecepatan terbentuknya tip penetrasi semprotan juga memperkecil sudut semprotan. Kata Kunci : Biodiesel minyak alpukat, distribusi butiran, kecepatan semprotan, sudut semprotan, panjang tip penetrasi.
vii
ABSTRACT
PERFORMANCE TEST OF THE AVOCADOS BIODIESEL IN TERMS CHARACTERISTICS SPRAYING NOZZLE DIESEL AND THE SIZE OF GRAINS
Oil seeds avocado is one of the type oil that’s is derived from vegetable oil that can be used as alternative fuel choices because fruit seeds avocado is usually a waste emissions by public if it can be in the empower back will give a positive impact, the environment in terms of reducing the amount of waste nor in terms of its use as one of the renewable fuel sources. Because of that has done a testing lab to test the characteristics spray of avocado biodiesel in test on the testing that has the mechanism of the nozzle injector of diesel engine. As for variation of a mixture of testing fuel that is 5%, 10%, 15%, 20%, 100%BD, and 100%D. Characteristics spray fuel in test is the length of the tip penetration of the spray (L), velocity spray (Uin), angle spray (Ɵ), and distribution of pellets that formed in each of a mixture of biodiesel fuel in test. From the tests that has been done, then there are as follows with addition of avocado biodiesel oil on pure diesel fuel effect on the velocity of the establishment of a tip penetration spray also reduce angle of the spray. Key Words : Biodiesel avocado oil, distribution the grains, spray velocity, angel spray, and length of tip penetration.
viii
RINGKASAN
Biodiesel adalah salah satu bahan bakar alternatife yang memungkinkan sebagai bahan bakar pengganti yang memiliki beberapa keunggulan diantaranya mudah digunakan, ramah lingkungan (biodegradable), tidak beracun, dan mempunyai titik nyala yang lebih tinggi dari pada petroleum diesel sehingga lebih aman dalam penggunaannya. Biodiesel merupakan sumber daya yang dapat di perbaharui karena pada umumnya dapat diekstrak dari berbagai produk hasil pertanian dan perkebunan. Penelitian ini menggunakan biji alpukat sebagai bahan dasar pembuatan biodiesel untuk dapat mengetahui perbandingan dari penggunaan biodiesel berbahan biji alpukat dan terhadap performansi ditinjau dari karakteristik panjang penyemprotan dan ukuran butiran. Biji alpukat merupakan salah satu sumber minyak nabati yang melimpah, cukup mudah untuk dapat ditemukan dan memiliki kandungan minyak yang relatif tinggi dibandingkan dengan tanaman lain, sehingga dalam pengolahan menjadi minyak nabati memiliki keberlanjutan yang baik. Biodiesel dari minyak biji alpukat lebih ekonomis dan ramah lingkungan karena kadar belerang dalam minyak tersebut kurang dari 15 ppm. Memiliki angka setana yang tinggi, maka pembakaran biodiesel berlangsung lebih sempurna. Dengan berbagai hal di atas diperlukan penelitian lebih lanjut untuk dapat mengetahui performansi mesin diesel yang menggunakan biodiesel minyak biji alpukat ditinjau dari panjang penyemprotan dan ukuran butirannya. Dengan berbagai keunggulan yang terdapat pada biji alpukat dan memiliki kandungan minyak yang relative lebih besar bila dibandingkan dengan penggunaan sumber nabati yang lain dihitung per gram yang sama, maka akan di lakukan pengamatan dan analisis dari karaktersitik minyak biodiesel biji alpukat, adapun proses dalam pembuatan biodiesel biji alpukat diantaranya proses transesterifikasi dan titrasi untuk menentukan banyaknya katalis (KOH/NaOH) yang diperlukan Dari biodiesel tersebut akan diamati karakteristik panjang penyemprotan dan ukuran butiran dari masing – masing campuran biodiesel 5%, 10%, 15%, dan 20%, maka akan dapat di ketahui karakteristik dari masing – masing campuran tersebut yang berdampak terhadap performansi dan effisiensi.
ix
Mengacu pada pemasalahan di atas, hipotesis yang disampaikan dalam penelitian ini adalah biodiesel menghasilkan karakteristik panjang penyemprotan dan ukuran butiran yang lebih baik bila dibandingkan dengan minyak solar. Pengujian dilakukan terhadap biodiesel biji alpukat dengan perbandingan campuran 5%, 10%, 15%, 20%, dan 100% solar, ditinjau dari panjang penyemprotan dan ukuran butiran, maka akan dapat diketahui karakteristik panjang penyemprotan dan ukuran butiran dari masing – masing campuran. Dilakukan pengamatan dan analisis data dari masing – masing hasil pengujian sehingga dapat menentukan campuran terbaik dari masing – masing campuran tersebut. Data yang di dapat dari pengamatan kamera video pada penelitian adalah sebagai berikut, Panjang tip penetrasi semprotan (L), Kecepatan tip penetrasi (Uin), Sudut semprotan (Ɵ), Luas area semprotan (A), dan distribusi ukuran diameter dari butiran / droplet (D) yang terjadi pada semprotan minyak biodiesel. Untuk dapat menemukan nilai – nilai dari karakter semprotan tersebut di atas, data mentah tersebut kemudian di ubah dalam format (jpg). Dari semprotan biodiesel minyak alpukat terlihat bahwa panjang tip penetrasi campuran biodiesel minyak alpukat dari masing – masing campuran 5%BD - 20%BD mengalami peningkatan 211,46x10-3 – 231,13x10-3 dimana untuk solar murni sendiri panjang tip penetrasinya adalah 205,28x10-3. Kecepatan semprotan dari msing – masing campuran bahan bakar biodiesel tersebut adalah 5%BD : 8.73m/s, 10%BD : 6.32 m/s, 15%BD : 8.43m/s, 20%BD : 7.14 m/s. Jadi dari masing – masing campuran bahan bakar tersebut yang paling mendekati untuk panjang tip penetrasi adalah campuran biodiesel dengan komposisi 5%BD yang memiliki panjang 211.46x10-3 dimana kecepatan dari pembentukan semprotan juga yang paling mendekati dari solar murni Karakteristik distribusi butiran pada semprotan yang terbentuk pada pengujian campuran minyak biodiesel (5%BD, 10 %BD, 15%BD, dan 20%BD) diameter yang paling mendominasi adalah butiran dengan ukuran 2.20 µm. persentase diameter yang dominan tersebut berkisar pada nilai 58.87%, sedangkan untuk minyak solar murni, persentase diameter butiran yang dominan tersebut berkisar pada nilai 66.97%, jauh lebih besar dari pada minyak biodiesel alpukat dan campurannya
x
DAFTAR ISI
SAMPUL DALAM ……………………………………………………………………..
i
PRASYARAT GELAR ………………………………………………………………… ii LEMBAR PERSETUJUAN …………………………………………………………… iii PENETAPAN PANITIA PENGUJI …………………………………………………..
iv
KATA PENGANTAR ………………………………………………………………….
vi
ABSTRAK ……………………………………………………………………………...
vii
ABSTRACT …………………………………………………………………………….
viii
RINGKASAN …………………………………………………………………………..
ix
DAFTAR ISI ……………………………………………………………………………
xi
DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………………...
xiv
DAFTAR TABEL ……………………………………………………………………… xvi DAFTAR GRAFIK …………………………………………………………………….
xvii
BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang …………………………………………………………………… 1 Rumusan Masalah ………………………………………………………………... 2 Batasan Masalah …………………………………………………………………. 2 Tujuan Penilitian ………………………………………………………………..... 2 Manfaat Penelitian ……………………………………………………………….. 3
BAB II KAJIAN PUSTAKA Alpukat …………………………………………………………………………... 4 Biodiesel …………………………………………………………………………. 5 Rapat Massa (Density) …………………………………………………………... 7 Viskositas/kekentalan ……………………………………………………………. 7 Titik Nyala (flash Point) …………………………………………………………. 7 xi
Specific Gravity ………………………………………………………………….. 7 Nilai Kalor ……………………………………………………………………….. 8 Minyak Solar …………………………………………………………………….. 8 Motor Diesel …………………………………………………………………….. 10 Prinsip Kerja Motor Diesel Empat Langkah …………………………………….
11
Siklus Motor Diesel ……………………………………………………………... 12 Komponen Bahan Bakar Motor Diesel ………………………………………….
13
Tangki Bahan bakar ……………………………………………………………... 15 Filter Bahan Bakar ………………………………………………………………. 15 Pompa Injeksi ……………………………………………………………………. 15 Injektor /Nozel …………………………………………………………………… 16 Penyemprotan (Spray) …………………………………………………………… 18 Camera …………………………………………………………………………… 23
BAB III KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS PENELITIAN Kerangka Berpikir ……………………………………………………………….. 24 Konsep ………………………………………………………………………….... 24 Hipotesis Penelitian ……………………………………………………………… 25
BAB IV METODE PENELITIAN 4.1 Metode Penelitian ………………………………………………………….... 26 4.2 Tempat Penelitian ………………………………….………………………... 26 4.3 Batas dan Prosedur Penelitian ……………………………………………….
26
4.4 Skema Pembuatan Biodiesel Minyak Alpukat ………………………………. 27 4.5 Diagram Alir Pengujian ……………………………………………………… 31 4.6 Proses Pengambilan Data ……………………………………………………. 32
BAB V DATA PENELITIAN 5.1 Prosedur Penelitian …………………………………………………………... 33
xii
5.2 Data Penelitian ………………………..……………………………………... 34 5.3 Pengolahan Data ………….………………………………………………… 35 Data Panjang dan Kecepatan tip Penetrasi ……………………………....
35
Data Distribusi Butiran (Droplet) ……………………………………….. 39 Data Flas dan Fire Point …………………………………………………
48
Massa Jenis Bahan Bakar ………..………………………………………
49
Nilai Kalor Bahan Bakar ………………………………………………… 50
BAB VI PEMBAHASAN 6.1 Analisa Panjang Tip Penetrasi ……………………….……………………... 51 6.2 Analisa Sudut Semprotan …………………………….……………………...
54
6.3 Analisa Distribusi Diameter Butiran …………………..……………….……
55
BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN 7.1 Kesimpulan …….……………………………………………………………. 57 7.2 Saran ………………………………………………………………………… 57 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN – LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Biji dan minyak Alpukat ………………………………………………….
6
Gambar 2.2 Proses Transesterifikasi Secara Kimia …….……….…………………….
6
Gambar 2.3 Prinsip kerja motor diesel 4 langkah .…………………………………….
11
Gambar 2.4 Siklus diesel digram P-V dan T-S …….………………………………….
12
Gambar 2.5 Komponen Bahan bakar Motor diesel ……...…………………………….
13
Gambar 2.6 Pompa Injektor ...………………………………………………………….
15
Gambar 2.7 Injektor/Nozel …………………………………………………………….
16
Gambar 2.8 Sistem peyemprotan ( spray) ….………………………………………….
19
Gambar 2.9 Penyemprotan tip Penetrasi …...………………………………………….
19
Gambar 2.10 Tip Penetrasi …..……..………………………………………………….
21
Gambar 2.11 High Speed Camera ……….…………………………………………….
23
Gambar 4.1 Skema Proses Pengolahan Biji Alpukat Menjadi Biodiesel ……….…..…
27
Gambar 4.2 Biji Buah Alpukat ………………………………………………….…..…
28
Gambar 4.3 Proses Pembuatan Biodiesel Minyak Alpukat …………………….…..…
28
Gambar 4.4 Proses Esterifikasi dan Tranesterifikasi …………….……………….…..…
29
Gambar 4.5 Peralatan dan Proses Pengujian …………………..………………….…..…
30
Gambar 4.6 Diagram Alir Pengujian ……….……..…………..………………….…..…
31
Gambar 4.7 Skema Proses Pengambilan Data ……..…………..………………….…..… 32 Gambar 5.1 Rangkaian Alat Pengujian …………...….………..………………….…..…
33
Gambar 5.2 Variasi Campuran Bahan Bakar Pengujian ………………………….…..…
34
Gambar 5.3 Pengolahan Data Awal Semprotan Dengan Program image J …...….…..…
34
Gambar 5.4 Pengukuran Sudut dan Panjang Tiap Variasi Biodiesel ….….…...….…..…
35
xiv
Gambar 5.5 Hasil Olah Data dengan Menggunakan Program Image J ..….…...….…..… 40 Gambar 5.7 Distribusi Butiran Semprotan Minyak 5%BD …………....….…...….…..… 42 Gambar 5.9 Distribusi Butiran Semprotan Minyak 10%BD …………....…………….… 43 Gambar 5.11 Distribusi Butiran Semprotan Minyak 15%BD ………......…………….… 44 Gambar 5.13 Distribusi Butiran Semprotan Minyak 20%BD ………......…………….… 45 Gambar 5.15 Distribusi Butiran Semprotan Minyak 100%D ……….......…………….… 46 Gambar 5.17 Distribusi Butiran Semprotan Minyak 100%BD ….….......…………….… 47
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kandungan minyak ….……………………………………………………….
5
Tabel 2.2 Karakteristik fisika minyak biji alpukat ..........……………………………….
5
Tabel 2.3 Spesifikasi bahan bakar solar …………….………………………………….
8
Tabel 5.1 Data Sudut, Kecepatan dan Panjang Semprotan untuk tiap Variasi Biodiesel
36
Tabel 5.2 Data Distribusi Butiran Semprotan pada Campuran 5% BD …..……………
41
Tabel 5.3 Data Total Distribusi Butiran Tiap Campuran Biodiesel …..…..……………
41
Tabel 5.4 Flash Point ….………………………………………………………………..
48
Tabel 5.5 Fire Point …...………………………………………………………………..
49
Tabel 5.6 Massa Jenis Bahan Bakar …………..………………………………………..
49
Tabel 5.7 Nilai Kalor Bahan Bakar ……………………………………………………..
50
Tabel 6.1 Perbedaan Panjang Tip Penetrasi Hasil Pengujian Dengan Hasil Perhitungan Teoritis …………………………………………………………………………………………...
xvi
53
DAFTAR GRAFIK
Grafik 5.1 Hubungan Panjang Tip Penetrasi dengan Waktu Semprotan …………….….
37
Grafik 5.2 Perubahan Sudut Penyemprotan Setiap Pengujian ………………….……….
37
Grafik 5.3 Variasi Kecepatan Semprotan Pengujian ……...…………………………….
38
Grafik 5.4 Variasi Sudut Semprotan Pengujian ……………………..……………….…
39
Grafik 5.5 Distribusi Diameter Butiran Semprotan Minyak 5% BD ……………..….…
42
Grafik 5.6 Distribusi Diameter Butiran Semprotan Minyak 10% BD ……..……..….…
43
Grafik 5.7 Distribusi Diameter Butiran Semprotan Minyak 15% BD ……..……..….…
44
Grafik 5.8 Distribusi Diameter Butiran Semprotan Minyak 20% BD ……..……..….…
45
Grafik 5.9 Distribusi Diameter Butiran Semprotan Minyak 100% D ….…..……..….…
46
Grafik 5.10 Distribusi Diameter Butiran Semprotan Minyak 100% BD …...……..….…
47
xvii
