KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER SATU SILINDER DENGAN MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR CAMPURAN PERTAMINA DEX DAN BIODIESEL BIJI BUNGA MATAHARI

Transkripsi

1 KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER SATU SILINDER DENGAN MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR CAMPURAN PERTAMINA DEX DAN BIODIESEL BIJI BUNGA MATAHARI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ALBERTO LUBIS NIM : DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2 -! KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER SATU SILINDER DENGAI\ MENGGTJNAKAN BAHAN BAKAR CAMPURAN PERTAMINA DEX DAN BIODIESEL BIJI BUNGA MATAIIARI ALBERTO LUBIS NIM Telah Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke 838 pada Tanggal09 februari 2016 DOSEN PEMBIMBING. 5ll*519?l{}61001

3 KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER SATU SILINDER DENGAN MENGGUNAKAN BAIIAN BAKAR CAMPURAN PERTAMINA DEX DAN BIODIESEL BIJI BUNGA MATAIIARI ALBERTO LUBIS NIM Telah Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke 838 pada Tanggal09 februart20l6 Pembanding I. Pembanding li, e7249?l2} NIP.r95403

4 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN AGENDA DITEzuMA TGL PARAF 2244t TS I s l\s I 2015 NAMA NIM MATA PELAJARAN ALBERTO LUBIS MOTOR BAKAR SPESIFIKASI KAJIAI{ PERf,'ORMAIYSI MESIN DIESEL STASIONER SATU SILINDER DENGAT\ MENGGUNAKAI{ BAHAN BAKAR CAMPURAN PERTAMINA DEX DAN BIODIESEL BIJI BUNGA MATAHARI DIBERIKAN TANGGAL : layzats SELESAI TANGGAL t28/au20t6 MEDAN, 3-B JAhb[Rt KE TUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN. DOSEN PEMBIMBING. F[IP.1964luntwI t1l00l

5 -\ KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER SATU SILINDER DENGAI{ MENGGT]NAKAN BAHAN BAKAR CAMPTJRAN PERTA]VIINA DEX DAN BIODIESEL BIJI BUNGA MATAI{ARI ALBERTO LUBIS NIM r DiketahuilDisahkm Ketua Departeme,n Teknik Mesin Fakultas TekEik-USU Diketahui Dosen Pembimbing l%5ilt)5197r{klml

6 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKIILTAS TEKNIK USU MEDAN KARTTI BIMBINGAN TUGAS SARJANA MAHASISWA No: Sub. Program Studi Bidang Tugas Judul Tugas : Konversi Energi. Motor Bakar : Kajian Performansi Mesin Diesel Stasioner Diberikan tanggal DosenPembimbing : Mei 2015 : Ir.Zamanhuri"MT Selesai Tgl :18- lanuael'2016 NamaMhs : Albertolubis NIM : ?1 No Tanggal Kegiatan Asistensi Bimbingan Tanda Tangan DosenPemb. 1 TUas/arc Meminta Spesifrkasi Tuqas 7,. 2 E/osrg.ots Studi Literatur dan Pencarian Referensi 5 <#-. 3 p/ot /aots Pengadaan Biodiesel Biji bunga matahari '8* r' 4 09 / to/zots Memperbaiki alat uii '-, A' 5 h /to,/zors- Pemasangan Alat dan Penguiian I & for.esx Pemasangan AIat dan Penzuiian tr TA & 7 l6 /tt /aots' Pemasangan Alat dan Peneuiian Itr -d-. c - 8!8/tz /rors Asistensi Laporan Bab I dan II *r (g 9 I lot /lot* Asistensi Laporan Bab IU fl vn t0 {ol f*otb Asistensi Laporan Bab IV n. (Id, 11 ttlol /Qw Asistensi keseluruhan,'& fo t2 to/ot /eora Perbaikan 7D/ l3 L5{or /a016 Asistensi Slide Presentasi Seminar # -n 14 2B /atll:u* ACC Seminar '.f 4 E CATATAN: Diketahui, KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN Departemerl bila kegiatan Asistensi ' ^.'.," Telah selesai. '-.. t224 t9921t

7 t' V ALUASI SEMIT{AR SKRIPSI KANDIDAT I Nana/l.IIM Tugas S*jans Judul Tugas Sqiana Dosstr Pefnbimbing Doscn Pembaoding :..'. Penilaian Terhadap seninar srcripsijv{ahasiswa terscbut adalab : I. CATATAII HASIL SE&fi.jAR. 1. Judul 2. Sistematika 3. Bahaqflulisan 4. Materi yang dikorclcsi.: Menienuhi / perlu perbailan *) Memenuhi / pcrlu perbaikan *) Memenuhi / pedu perbaikan f) 5.Gambar II.SETELAH SEIVfINAR DIDISKUSiKAN DAN EVALUASI ANTARA DOSEN PEMBA}IDING I DAN DOSE}I PEMB^/qINC, MAKA HA*IL'EMINAR ADALAH : Dapstlarigsungmeugikuti Sidang.sLripri. ':"7 sebagian catatan seminar dqn akan dibtucb*, ol"h v'w Dosen svpvu periibauding r sidang shipsi, -e e'rtl sebelum 3. Perlu psrbaikan yang mentlasar dan akan dibimbing olch Dosen pemban{ing setela}r terlebih da'*ru metnrui brrnbiugan orung dufi Dosonpembimbing. ''',- Modaq I,e*JotA Doqr-rreyn6ains,

8 I' VALUASI SEMINAR' SKRIPSI lgpartelt[er.r I4I$irK MESrN raki]ltas TEKNTK USU PERT()DE KE-. fr 3.q. IIARr/TANG9AL T, &{4r,,. /.,7, 1,."i.,.-.iri.t I(AIIIDIDAT I Nalnsf\tlM Tugas Sarjana Judd ftgao Sadsf,s Dosen Pehibimbing Doscn Pembanding Ponilaiau Tah{ap Seminar SlaipsiMchs.sisqr tersebut adatah : I.CATATA}I HASIL SEMINAR. I. Judul 2. Sistematika 3. Bahasgllulisan 4. Materi yang dikorclcsi Menxeruhi / Pqrlu PerbaiLan t) Memenuhi / Perlu Pertraikan *; Memenuhi / Perlu perbaikur r) J"W bo^'{a' 11 u,,r! 5,Gambar II.SETELAH SE}"{INAR DIDISKUSIKAN DAN EVAIUASI ANTARA DOSEN PEMB.${DING DAN DOSEN PEMBIIUSING;MAKA HASILSEMINAR ADALAH : *. O** luigsung mengikuti Sidang Slcrtpsi.,; tr sebagian catatan q;*5ffi serninar dsn skan dftimbing oleh Dosen periruanoing sebetum 3' l*: ***!* yang rnentlasar dan akan dibimbing qlch Dosen pomban{ing setela}r terlebih da'ulu melolui btmbiugan ulang dari Dosen pembimbing. \, Dosen D{mbi MedsD, Dosen ful brb 'k:.*fu.,'$:tk / Teknik Mesin,

9 ABSENSI PEMBAFIDING BEBAS MAHASISWA PADA SEMINAR SKRIPSI MAIIASISWA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FT USU PERIODE :8 rb HARVTANGGAL : Selasa /09Februan20l6 NAMA : Alberto Lubis NIM : NO NAMA MAHASISWA N I M TANDA TANGAN I 2 J 4 5 1onqon {,lilabw/ar A4^r^,A0, 14oi,fu l+o4 0t0q3 Porntrlus Y*vmor ^A llo4c,l tgu ffij fruinttrr 0 9\b"ft*:, \lo{oro64 &'JL I " [brn"*to \rr'ronnhp]n \to{o r \q? d$a- Medan, 09 Februari 201,6 Ketua Seminar, l. I. i Lit't'*+nt Lr'tt t' Ir Z{manhuri,MT NIP I

10 KEMENTERI.AN PENDIDIKAN DAN IGBUDAYAAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA EAKUUIAS TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK MESIN JalanAlmamater Kampus USU Medan Teleponffor. (061 ) AGENDA DITERIMA TGL. PAIL{F 2240lTS /20t5 / l20ts Kepada : Yth. Sdr.k.Zamanhuri,MT. Staf Pengajar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU Medan. Dengan hormat, Mahasiswa yang namanya tersebut dibawah ini : Nama : AlbertoLubis NIM. : Telah memenuhi syarat untuk mengambil Tugas : " SARJANA " Matapelaiaran yang diambil :..MOTORBAKAR" Dengan catata4 mata kuliah yang belum lulus adalah : No. Tinskat Mata Kuliah SKS Keterangan J. 4. \

11 Abstrak Peningkatan jumlah penduduk yang sangat cepat, keterbatasan sumber daya minyak menjadi sekian dari banyak hal yang mendorong kita untuk melakukan penelitian dan pengembangan terhadap bahan bakar alternative, salah satunya adalah penggunaan biji bunga matahari untuk menghasilkan biodiesel. Penilitian ini bertujuan untuk menganalisa performansi mesin diesel TD-115 dengan menggunakan bahan bakar alternatif biodiesel biji bunga matahari dan membandingkannya pada campuran tertentu, pada setiap penambahan biodiesel terjadi penurunan torsi, daya, dan efisiensi termal, hal ini menunjukkan bahwa semakin banyak biodiesel yang ditambahkan maka performansi mesin diesel semakin menurun,dan nilai konsumsi bahan bakar spesifik semakin meningkat pada penambahan biodiesel hal menunjukkan bahwa mesin diesel semakin boros. Dalam pengujian emisi gas buang didapat bahwa nilai Opacity, HC(Hidrocarbon), dan CO(Carbonmonoksida) semakin berkurang yang menunjukkan bahwa bahan bakar biodiesel biji bunga matahari merupakan bahan bakar yang ramah lingkungan, karena itu untuk saat ini biodiesel belum bisa direkomendasikan menjadi bahan bakar campuran dengan pertamina dex, tetapi dapat menjadi pertimbangan disaat mendatang. Kata kunci: Biodiesel, Biji bunga matahari, Performansi Mesin Diesel, i

12 ABSTRACT An increase in the number of people very quickly, the limited resources of oil into so many things that drive us to do the research and development of alternative fuels, one of which is the use of sun flower seeds to produce biodiesel. This research aims to analyze the performance of the TD diesel engine using alternative fuel biodiesel Sun flower seeds and compare in the particular mix. In addition of biodiesel sunflower oil seed consist the decreasing of torque, power, and also Thermal efficiency, this show that more biodiesel add cause the performance of diesel engine decrease. and Value of Specific Fuel Consumption is increasing for every addition biodiesel this show that for every addition of biodiesel the diesel engine more wasteful. In measuring of emissivity show that the value of Opacity, HC ( Hydro Carbon ),CO ( Carbon Monoxide ) are decreasing this show that the biodiesel sunflower oil is environmentally friendly fuel. Hence for this time biodiesel sunflower seed oil is not recommended as mixture fuel with pertamina dex, but it can be consideration for future. Key Words: Biodiesel, sun flower seed, Diesel Engine Performance, ii

13 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kasih, kekuatan dan kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini, sehingga skripsi ini dapat saya selesaikan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu Kajian Performansi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder Dengan Menggunakan Bahan Bakar Campuran Pertamina Dex dan Biodiesel Biji Bunga matahari Dalam penulisan skripsi ini tidak sedikit hambatan yang dihadapi oleh penulis. Untuk itu penulis secara khusus menyampaikan terima kasih kepada dosen pembimbing Bapak Ir Zamanhuri, MT yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan membimbing serta sumbangan pikiran bagi penulisan skripsi ini. Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 2. Kedua Orang Tua Saya P Lubis dan L Pangaribuan yang mendoakan dan mendukung penulis dalam pengerjaan Skripsi ini 3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU. 4. Partner TA yang setia Riki Hendra Purba 5. Saudaraku, kakak M Lubis Dan S sitorus, kakak A Lubis dan R Nababan, Kakak M Lubis dan F Tobing, kakak Togina S Lubis, kakak Rotua R Lubis, Kakak Siti Ulparia Lubis Beserta ponakan Yosia Sitorus, Yohana Sitorus, Yusuf Sitorus, Angel Nababan, anggita Nababan, Hoddy Tobing, ernest Tobing, Felix Tobing yang selalu medoakan dan mendukung penulis dalam pengerjaan skripsi ini iii

14 6. Seluruh teman-teman penulis, baik teman satu angkatan 2011 juga temanteman yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis. 7. Teman-teman di Departemen Teknik Kimia ; Bang Ruben Simangunsong, Rio Nazif, dan Nora untuk sambutan hangat dan tangan yang ringan membantu dalam pembuatan biodiesel ini. 8. Teman-Teman Kelompok Kecil Saya JEFLO yang mendorong, memotivasi dan mendoakan penulis dalam penyelesaian Skripsi ini. 9. Teman-Teman satu pelayanan yang selalu mendokan dan mendukung penulis dalam pengerjaan skripsi ini Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi penyempurnaan dimasa mendatang. Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terima kasih. Medan, 2016 Penulis Alberto Lubis NIM iv

15 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR NOTASI... xvi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan Pengujian Batasan Masalah Manfaat Pengujian Metodologi Penulisan Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Biodiesel Sejarah biodiesel Definisi Biodiesel Pembuatan Biodiesel Esterifikasi v

16 Transesterifikasi Biodiesel dari bahan-bahan lainnya Biodiesel dari Minyak Jelantah Kelapa Sawit Biodiesel dari Bahan baku Kemiri Sunan Biodiesel dari Minyak Jarak Pagar Biodiesel dari Biji Karet Komposisi Bahan Baku Mesin Diesel Prinsip Kerja Mesin Diesel Performansi Mesin Diesel polutan Mesin Diesel Dampak Pencemaran Udara Terhadap kesehatan 35 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu Dan Tempat Alat Dan Bahan Alat Bahan Metode Pengumpulan Data Metode Pengolahan Data Pengamatan Dan Tahap Pengujian Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel vi

17 3.8 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang Set Up alat BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Biodiesel Biji Bunga Matahari Hasil Pengujian Bom Kalorimeter Hasil pengujian Engine Test Bed Pada Bahan Bakar Pertamina dex Pada Pertamina dex + Biodiesel biji kemiri sunan 5% Pada Pertamina dex + Biodiesel biji kemiri sunan 10% Pada Pertamina dex + Biodiesel niji kemiri sunan 15% Pada Pertamina dex + Biodiesel niji kemiri sunan 20% Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel Daya Laju aliran bahan bakar Rasio Udara Bahan bakar Effesiensi Volumetris Daya Aktual Effesiensi Termal Brake Aktual Specific Fuel Consumption Heat Loss Persentase Heat Loss vii

18 Emisi Gas Buang BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... xvii LAMPIRAN... xviii viii

19 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Rudolf Christian Karl Diesel... 5 Gambar 2.2 Teknologi Konversi Biodiesel Gambar 2.3 Biji Bunga matahari Gambar 2.4 Diagram Pv 23 Gambar 2.5 Diagram T-S Gambar 2.6 Prinsip Kerja Mesin Diesel Gambar 3.1 Mesin Diesel Test Engine Gambar 3.2 Engine Smoke Meter dan Gas Analyzer Gambar 3.3 Tec Equipment TD Gambar 3.4 Minyak goreng biji bunga matahari Gambar 3.5 Pengukuran Kadar FFA Gambar 3.6 Transesterifikasi Gambar 3.7 Pemisahan minyak dari gliserol Gambar 3.8 Pencucian Biodiesel dengan air Gambar 3.9 Biodiesel Biji bunga matahari Gambar 3.10 Transesterifikasi Gambar 3.11 Pengujian nilai kalor bahan bakar Gambar 3.12 Diagram Alir Pengujian performansi mesin Gambar 3.13 Diagram Alir Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang Gambar 3.14 Set up alat.. 51 GAmabr 3.15 Set-up pengujian performansi mesin 53 Gambar 4.1 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 3.5 kg Gambar 4.2 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 4.5 kg Gambar 4.3 Grafik mf vs Putaran untuk beban 3.5 kg Gambar 4.4 Grafik mf vs Putaran untuk beban 4.5 kg Gambar 4.5 Viscous flow meter ix

20 Gambar 4.6 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 3.5 kg Gambar 4.7 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 4.5 kg Gambar 4.8 Grafik Effesiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 3.5 kg.. 72 Gambar 4.9 Grafik effesiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 4.5 kg Gambar 4.10 Grafik Daya Aktual vs Putaran untuk beban 3.5 kg Gambar 4.11 Grafik Daya Aktual vs Putaran untuk beban 4.5 kg Gambar 4.12 Grafik effesiensi Termal Brake Akltual vs Putaran untuk beban 3.5 kg Gambar 4.13 Grafik Effesiensi Termal Brake Aktual vs Putaran untuk beban 4.5 kg Gambar 4.14 Grafik Specific Fuel Consumption vs Putaran untuk beban kg Gambar 4.15 Grafik Specific Fuel Consumption vs Putaran untuk beban kg Gambar 4.16 Grafik Heat Loss vs Putaran untuk beban 3.5 kg Gambar 4.17 Grafik Heat Loss vs Putaran untuk beban 4.5 kg Gambar 4.18 Grafik Persentase Heat Loss vs Putaran untuk beban 3.5 kg Gambar 4.19 Grafik Persentase Heat Loss vs Putaran untuk beban 4.5 kg Gambar 4.20 Kondisi injector 88 x

21 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Standar biodiesel... 9 Tabel 2.2 Hasil Metil Ester Biodiesel Jelantah Sawit Tabel 2.3 Spesifikasi Metil Ester Minyak Jarak Tabel 2.4 Kandungan giji bunga matahari 21 Tabel 2.5 Standard Emisi Gas Buang Tabel 4.1 Karateristik Biodiesel Biji Bunga Matahari Tabel 4.2 Hasil Pengujian Bom Kalorimeter Tabel 4.3 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Pertamina dex Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Pertamina dex + Biodiesel BIji bunga matahari 5%...57 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Pertamina dex + Biodiesel BIji bunga matahari 10%...58 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Pertamina dex + Biodiesel BIji bunga matahari 15%...59 Tabel 4.7 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Pertamina dex + Biodiesel BIji bunga matahari 20%...55 Tabel 4.8 Data Perhitungan Untuk Daya Tabel 4.9 Data Perhitungan Untuk Laju aliran Bahan Bakar Tabel 4.10 Data Perhitungan Untuk AFR Tabel 4.11 Data Perhitungan Untuk Effesiensi Volumetris xi

22 Tabel 4.12 Data Perhitungan Untuk Daya Aktual Tabel 4.13 Data Perhitungan Untuk Effesiensi termal brake aktual Tabel 4.14 Data Perhitungan Untuk Specific Fuel Consumption Tabel 4.15 Data Perhitungan Untuk Heat Losses Tabel 4.16 Data Perhitungan Untuk Persentase Heat Loss Tabel 4.17 Tabel 4.18 Tabel 4.19 Opacity.86 HC 86 CO 87 xii

23 DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan P B Daya Keluaran Watt n Putaran rpm T Torsi N.m Sfc Konsumsi Bahan Bakar Spesifik g/kwh ṁ f Laju Aliran Bahan Bakar Kg/jam CV Nilai Kalor Kj/Kg η b Efisiensi Thermal % t Waktu Jam ṁ a Laju massa udara dalam Silinder Kg/jam B Diameter Silinder mm S Panjang Langkah mm r c Rasio Kompresi V d Volume Silinder m 3 V c Volume sisa di silinder m 3 AFR Rasio campuran bahan bakar dan udara xiii

24 LAMPIRAN xiv