KAJIAN EKSPERIMENTAL TERHADAP PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN CAMPURAN PERTAMINA - DEX DENGAN BIODIESEL BIJI KARET

Transkripsi

1 KAJIAN EKSPERIMENTAL TERHADAP PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN CAMPURAN PERTAMINA - DEX DENGAN BIODIESEL BIJI KARET Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Oleh : DANIEL NIM : DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2016 i

2 ii

3 iii

4 iv

5 v

6 vi

7 vii

8 viii

9 ix

10 ABSTRAK Biodiesel merupakan energi terbarukan yang sangat bermanfaat di era globalisasi ini. Pengehematan penggunaan akan minyak bumi harus dilakukan supaya minyak bumi bisa bertahan untuk jangka waktu yang lama. Biodiesel berperan sebagai pengganti bahan bakar minyak bumi tersebut. Ada berbagai macam bahan yang bisa digunakan untuk pembuatan biodiesel, salah atu nya adalah biji karet. Pengolahan biji karet menjadi biodiesel memiliki kerumitan yang cukup besar dikarenakan ada getah yang terkandung di dalam minyak biji karet tersebut. Adapun pengolahan nya ialah dengan metode ekstraksi, degumming, esterifikasi, dan transesterifikasi. Biodiesel biji karet ini kemudian di uji dengan menggunakan mesin diesel stasioner satu silinder, serta di lakukan variasi pencampuran dengan bahan bakar Pertamina DEX. Adapun tujuan pengujian nya adalah untuk mengetahui perubahan performansi mesin yang terjadi antara menggunakan bahan bakar pertamina _ DEX dengan bahan bakar campuran biodiesel biji karet dan untuk mengetahui emisi gas buang dari biodiesel tersebut. Nilai kalor yang terbesar diperoleh pada bahan bakar pertamina DEX, yakni LHV = ,04 Kj/Kg. Efisiensi termal aktual tertinggi diperoleh ketika menggunakan bahan bakar pertamina - DEX dengan pembebanan statis 4,5 kg pada putaran mesin 2600 rpm yaitu sebesar 37,2 %. Daya aktual tertinggi diperoleh ketika menggunakan bahan bakar pertamina - DEX dengan pembebanan statis 4,5 kg pada putaran mesin 2800 rpm yaitu sebesar 2,377 kw. Konsumsi bahan bakar spesifik tertinggi diperoleh ketika menggunakan bahan bakar B20 x

11 Biji Karet dengan pembebanan statis 3,5 kg pada putaran mesin 1800 rpm yaitu sebesar 641,20 g/kwh. Hasil uji emisi terbaik didapat pada bahan bakar B10 Biji Karet pada pembebanan statis 3,5 kg dengan karakteristik Opacity 9,0333%, Kadar CO 0,04%, dan Kadar HC 14 ppm. Kata kunci : Biodiesel Biji Karet, performansi mesin diesel, emisi gas buang, biji karet. xi

12 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan karunia-nya sehingga penulis diberikan kemampuan dan kesempatan untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Kajian Eksperimental Terhadap Performansi Mesin Diesel Menggunakan Campuran Pertamina - DEX Dengan Biodiesel Biji Karet yang penulis susun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik,. Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai, yaitu D. Sianipar dan R. Manurung, atas seluruh perhatian dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak T u l u s Bu r h a n u d d i n, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing tugas akhir atas segala arahan, motivasi, dan bimbingannya dalam penyelesaian tugas akhir ini. 2. Bapak Drs.Ing. Ikwansyah Isranuri dan Bapak Syaril Gultom, S.T., M.T. selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. xii

13 3. Seluruh Dosen Departemen Teknik Mesin FT-USU yang telah membekali penulis dengan berbagai disiplin ilmu selama masa pendidikan. 4. Seluruh Pegawai dan Karyawan Departemen Teknik Mesin FT-USU atas segala bantuan dan dukungannya. 5. Teman-teman stambuk 2010: dan teman-teman 2010 lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. 6. Semua abang-kakak senior dan adik-adik junior yang telah mau berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis. 7. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan terima kasih banyak. Akhir kata penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini bermanfaat bagi siapapun yang membutuhkannya. Medan, Maret 2016 Penulis Daniel Sianipar xiii

14 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... xii DAFTAR ISI... xiv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Pengujian Batasan Masalah Manfaat Pengujian Metodologi Penulisan Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Biodiesel Biji Karet Proses Pembuatan Biodiesel Ekstraksi Degumming Esterifikasi Transesterifikasi Mesin Diesel xiv

15 2.4.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel Performansi Mesin Diesel BAB III METODOLOGI PENELITIAN Pembuatan Biodiesel Biji Karet Waktu dan Tempat Alat dan Bahan Prosedur Pembuatan Biodiesel Pengujian Performansi dan Emisi Mesin Diesel Waktu dan Tempat Alat dan Bahan Metode Pengumpulan Data Metode Pengolahan Data Pengamatan dan Tahap Pengujian Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Prosedur Pengujian Performansi Mesin BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Pembuatan Biodiesel Hasil Pengujian Bom Kalorimeter Pengujian Performansi Mesin xv

16 4.4 Emisi Gas Buang BAB V KESIPULAN DAN SARAN Kesimpulan SARAN DAFTAR PUSTAKA xvi

17 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Biji Karet... 9 Gambar 2.2 Alur Pembuatan Biodisel Biji Karet Gambar 2.3 Diagram P-V dan T-S Pada Siklus Diesel Gambar 2.4 skema operasi dynamometer Gambar 3.1 Oven Gambar 3.2 Blender Gambar 3.3 Tabung kaca Gambar 3.4 Kertas Saring Gambar 3.5 Erlenmeyer Gambar 3.6 Labu Leher Tiga Gambar 3.7 Hotplate Stirrer Gambar 3.8 Magnetik Stirrer Gambar 3.9 Statik dan Klem Gambar 3.10 Termometer Gambar 3.11 Refluks Kodensor Gambar 3.12 Gabus Gambar 3.13 Piknometer Gambar 3.14 Stopwatch xvii

18 Gambar 3.15 Pipet Tetes Gambar 3.16 Selang Gambar 3.17 Corong Gelas Gambar 3.18 Beaker Glass Gambar 3.19 Selang Gambar 3.20 Corong Pemisah Gambar 3.21 Gelas Ukur Gambar 3.22 Rotary Tekanan Vakum Gambar 3.23 diagram alur pembuatan biodiesel Gambar 3.24 Proses penggilingan Gambar 3.25 Proses ekstraksi Maserasi Gambar 3.26 Proses Penyulingan Gambar 3.27 Proses Rotary Gambar 3.28 Proses Degumming dan Pengendapan Gambar 3.29 Tecquipment TD111 Four-Stroke Diesel Engine Gambar 3.30 I.C Engine Instrumentation TD Gambar 3.31 Tecquipment Small Test Engine Bed TD115 MKII Gambar 3.32 HESHBON Opacity Smokemeter HD Gambar 3.33 HESBON automotive Emission Analyzer HG xviii

19 Gambar 4.1 Proses Esterifikasi dan Proses Transesterifikasi Gambar 4.2 Proses Pemisahan Methanol Pada Proses Esterifikasi Gambar 4.3 Proses Pemisahan Gliserol Pada Proses Transesterifikasi Gambar 4.4 Proses Pencucian Minyak Kasar Gambar 4.5 Grafik Torsi Mesin Vs Putaran Mesin untuk beban 3,5 kg Gambar 4.6 Grafik Torsi Mesin Vs Putaran Mesin untuk beban 4,5 kg Gambar 4.7 Grafik daya ideal versus putaran mesin pada 3.5 kg Gambar 4.8 Grafik daya ideal versus putaran mesin pada 4.5 kg Gambar 4.9 Kurva Viscous Flow Meter Calibration Gambar 4.10 Grafik AFR Versus Putaran Mesin Pada Pembebanan 3,5 kg Gambar 4.11 Grafik AFR Versus Putaran Mesin Pada Pembebanan 4,5 kg Gambar 4.12 Efisiensi Volumetris Vs Putaran Mesin Pada 3,5 kg Gambar 4.13 Efisiensi Volumetris Vs Putaran Mesin Pada 3,5 kg Gambar 4.14 Daya Aktual Vs Putaran Mesin Pada Pembebanan 3,5 kg Gambar 4.15 Daya Aktual Vs Putaran Mesin Pada Pembebanan 4,5 kg Gambar 4.16 Efisiensi Thermal Aktual Vs Putaran mesin Pada 3,5 kg Gambar 4.17 Efisiensi Thermal Aktual Vs Putaran mesin Pada 4,5 kg Gambar 4.18 SFC Aktual Vs Putaran Mesin Pada Pembebanan 3,5 kg Gambar 4.19 Aktual Vs Putaran Mesin Pada Pembebanan 4,5 kg xix

20 Gambar 4.20 Heat Loss Vs Putaran Mesin Pada Pembebanan 3,5 kg Gambar 4.21 Heat Loss Vs Putaran Mesin Pada Pembebanan 4,5 kg xx

21 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Target Penggunaan Biofuel Dari Berbagai Negara... 5 Tabel 2.2 Daftar spesifikasi Mutu Biodisel Dalam Berbagai Standar... 8 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Bom Kalorimeter Tabel 4.2 Data hasil pengujian performansi mesin diesel Tabel 4.3 Torsi mesin hasil pengujian terhadap sampel Tabel 4.4 Daya Ideal Hasil Pengujian Tabel 4.5 Nilai AFR Hasil Dari Pengujian Tabel 4.6 Efisiensi Volumetris Hasil Pengujian Tabel 4.7 Daya Aktual Hasil Pengujian Tabel 4.8 Efisiensi Thermal Aktual Hasil Pengujian Tabel 4.9 SFC hasil Pengujian Tabel 4.10 Heat Loss Hasil Pengujian Tabel 4.11 Opacity pada beban statis 3,5 kg Tabel 4.12 Opacity pada beban statis 4,5 kg Tabel 4.13 Kadar CO pada beban statis 3,5 kg Tabel 4.14 Kadar CO pada beban statis 4,5 kg Tabel 4.15 Kadar HC pada beban statis 3,5 kg Tabel 4.16 Kadar HC pada beban statis 4,5 kg xxi

22 Tabel 4.17 Rekapitulasi Hasil Uji Emisi xxii

23 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 mf Laju Aliran Bahan Bakar kg/jam sgf Spesifik Gravity Vf Volume Bahan Bakar Yang Diuji ml tf Waktu Untuk Menghabiskan Bahan Bakar detik ma Laju Aliran Massa Udara kg/jam a Kerapatan Udara kg/m 3 Vs Volume Langkah Torak m 3 Cf Faktor Koreksi AFR Air Fuel Ratio ηv Efisiensi Volumetrik ηb Efisiensi Termal Brake HHV Nilai Kalor Atas Bahan Bakar kj/kg xxiii

24 LHV Nilai Kalor Bawah Bahan Bakar kj/kg CV Nilai Kalor Bahan Bakar kj/kg Cv Panas Jenis Bom Kalorimeter J/gr. C M Persentase Kandungan Air Bahan Bakar Qlc Kalor Laten Kondensasi Uap Air kj/kg xxiv