Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik DISUSUN OLEH : DANIEL PASARIBU

Transkripsi

1 KAJIAN EKSPERIMENTAL PERFORMANSI MESIN DIESEL SATU SILINDER DENGAN MENGGUNAKAN SUPERCARJER BERBAHAN BAKAR SOLAR DAN CAMPURAN SOLAR BIODIESEL BIJI CANOLA Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik DISUSUN OLEH : DANIEL PASARIBU DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017

2 Abstrak Seiring berkembangnya dunia industri mempengaruhi kebutuhan bahan bakar diesel khususnya solar yang cadangannya semakin menipis. Untuk itu diperlukan biodiesel sebagai bahan bakar alternatif pengganti bahan bakar solar. Bahan bakar biodiesel yang digunakan dalam penelitian ini adalah campuran minyak biji canola dengan solar yang menggunakan mesin diesel satu silinder TD-115 dan supercarjer guna mengetahui performansi yang dihasilkan dari biodiesel biji bunga canola dengan solar. Variasi campuran biodiesel dengan perbandingan B5%, B10%, B15%, dan B20% (B5% adalah campuran 5% biodiesel dengan 95% solar, dst). Mesin dioperasikan dengan variasi putaran 1800, 2000, 2200, 2400, 2600, dan 2800 rpm. Dari hasil penelitian ini diperoleh daya menurun 1,28-18,75 %, Laju aliran massa bahan bakar menurun 0,357 14,183 %, AFR menurun 0,29-30,57 %, efisiensi volumentris menurun 0,70-38,61%, efisiensi termal brake menurun 2,01-11,81%, konsumsi bahan bakar naik 1,355-47,468%, heat loss 0,07-33,14%, persentase heat loss menurun 0,60-4,74%. Kata kunci : Solar, Biodiesel, Canola, Supercarjer, Peformansi. i

3 Abstract As the development of the industrial world that affect the growing needed diesel fuel,especially diesel fuel has a decrease stock. Therefore need biodiesel for alternative fuel as replacement diesel fuel. In this research use biodiesel from canola,then mixture diesel fuel by using diesel engine single cylinder TD-115 with supercharger to get performance that resulting from canola biodiesel with diesel fuel. Variantion mixture of biodiesel has percentage 5%, 10%, 15%, and 20%(B5% is a mixture 5% biodiesel with 95% diesel fuel, etc). Engine can be operated with using idling variation rpm 1800, 2000, 2200, 2400, 2600, and 2800 rpm. From this research shows value decreased power 1,28-18,75 %, decreased mass flow rate of fuel 0,357 14,183%, decreased air fuel ratio 0,29-30,57 %, decreased volumentic efficiency 0,70-38,61%, thermal actual brake efficiency 2,01-11,81%, increased specific fuel consumption 1,355-47,468%, heat loss 0,07-33,14%, and decreased percentage heat loss 0,60-4,74%. Key words :Solar, Biodiesel, Canola, Supercharger, Performance. ii

4 KATA PENGANTAR Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang mana telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Kajian Eksperimental Performansi Mesin Diesel Satu Silinder Dengan Menggunakan Supercarjer Berbahan Bakar Solar dan Campuran Solar Biodiesel Biji Canola 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 sangat dicintai penulis, yaitu Augustus Pasaribu dan Berliana Panjaitan atas seluruh perhatian dukungan dan selalu mendoakan penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Selama penulisan skripsi ini,penulis juga mendapatkan dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Ir.A.Halim Nasution,M.Sc selaku dosen pembimbing tugas akhir atas segala arahan, motivasi, dan bimbingannya dalam penyelesaian tugas akhir 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 USU. 4. Partner Tugas Akhir yang setia menemani dan membantu Abednego Sormin. 5. Adikku, William Pasaribu, Cindy Pasaribu, dan Philip Pasaribu. iii

5 6. Teman-teman satu angkatan 2012 yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan semangat kepada penulis. 7. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis mengucapkan terima kasih banyak Penulis juga menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini banyak terdapat kekurangan, karena itu adanya kritik dan saran yang ilmiah diperlukan guna menyempurnakan laporan tugas akhir ini. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat dalam menumbuhkan suasana ilmiah dan kreatifitas dalam pengembangan teknologi tepat guna khususnya di lingkungan Teknik Mesin dan berguna bagi kemajuan bangsa dan negara. Medan, Januari 2017 Daniel Pasaribu iv

6 DAFTAR ISI ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL... i iii v viii x DAFTAR NOTASI... xi BAB I PENDAHULUAN LatarBelakang Tujuan Batasan Masalah Manfaat Pengujian Metodologi Penulisan Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Biodiesel Sejarah Penggunaan Bahan Bakar Biodiesel Definisi Biodiesel Pembuatan Biodiesel Biodiesel dengan Biji Canola Mesin Diesel Prinsip Kerja Mesin Diesel Peformansi Mesin Diesel Supercarjer BAB III METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Alat dan Bahan v

7 3.2.1 Alat Bahan Prosedur Penelitian Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas Prosedur Transesterifikasi Proses Pencampuran Solar dengan Biodiesel Pengujian Karakteristik Biodiesel Bahan Baku Metode Pengumpulan Data Metode Pengolahan Data Pengamatan dan Tahapan Pengujian Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakaar Prosedur Pengujian Peformansi Mesin Diesel... BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Hasil Biodiesel Biji Canola Hasil Pengujian Bom Kalorimeter Hasil Pengujian Engine Test Bed TD Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar Solar Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar Solar + B 5% Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar Solar + B 10% Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar Solar + B 15% Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar Solar + B 20% Pengujian Peformansi Motor Bakar Diesel Daya Laju Aliran Bahan Bakar (mf) Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) Efisiensi Volumentris Daya Aktual Efisiensi Termal Aktual Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Heat Loss Persentase Heat Loss vi

8 BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan Saran... DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN Lampiran-A... Lampiran-B... Lampiran-C vii

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bunga Canola Gambar 2.2 Diagram P-v Gambar 2.3 Diagram T-S Gambar 2.4 Prinsip Kerja Mesin Diesel Gambar 2.5 Supercarjer Gambar 3.1 Oven Gambar 3.2 Erlenmeyer Gambar 3.3 Labu Leher Tiga Gambar 3.4 Hotplate Stirrer Gambar 3.5 Magnetik Stirrer Gambar 3.6 Termometer Gambar 3.7 Breaker Glass Gambar 3.8 Corong Pemisah Gambar 3.9 Statif dan Klem Gambar 3.10 Bom Kalorimeter Gambar 3.11 TQ Small Engine Test Bed TD115-MKII Gambar 3.12 TecQuipment TD Gambar 3.13 Supercarjer Gambar 3.14 Garis Besar Tahapan Penelitian Gambar 3.15 Minyak Canola Gambar 3.16 Proses Transesterifikasi Gambar 3.17 Pemisahan dari Gliserol Gambar 3.18 Pencucian Gambar 3.19 Metil Ester Canola Gambar 3.20 Diagram Alir Pengujian Kadar FFA Gambar 3.21 Diagram Alir Proses Transesterifikasi Gambar 3.22 Diagram Alir Pengujian Peformansi Mesin Gambar 3.23 Set-up Pengujian Peformansi Mesin Diesel Gambar 4.1 Grafik Daya vs Putaran mesin untuk beban 3,5 kg viii

10 Gambar 4.2 Grafik Daya vs Putaran mesin untuk beban 4,5 kg... Gambar 4.3 Grafik mf vs Putaran mesin untuk beban 3,5 kg... Gambar 4.4 Grafik mf vs Putaran mesin untuk beban 4,5 kg... Gambar 4.5 Viscous Flow Meter... Gambar 4.6 Grafik AFR vs Putaran mesin untuk beban 3,5 kg... Gambar 4.7 Grafik AFR vs Putaran mesin untuk beban 4,5 kg... Gambar 4.8 Grafik Efisiensi Volumentrik vs Putaran mesin untuk beban 3,5 kg... Gambar 4.9 Grafik Efisiensi Volumentrik vs Putaran mesin untuk beban 4,5 kg.. Gambar 4.10 Grafik Daya Aktual vs Putaran mesin untuk beban 3,5 kg... Gambar 4.11 Grafik Daya Aktual vs Putaran mesin untuk beban 4,5 kg... Gambar 4.12 Grafik Efisiensi Termal vs Putaran mesin untuk beban 3,5 kg... Gambar 4.13 Grafik Efisiensi Termal vs Putaran mesin untuk beban 4,5 kg... Gambar 4.14 Grafik SFC vs Putaran mesin untuk beban 3,5 kg... Gambar 4.15 Grafik SFC vs Putaran mesin untuk beban 4,5 kg... Gambar 4.16 Grafik Heat Loss vs Putaran mesin untuk beban 3,5 kg... Gambar 4.17 Grafik Heat Loss vs Putaran mesin untuk beban 4,5 kg... Gambar 4.18 Grafik SFC vs Putaran mesin untuk beban 3,5 kg... Gambar 4.19 Grafik SFC vs Putaran mesin untuk beban 4,5 kg ix

11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Standard Biodiesel... 7 Tabel 2.2 Statistik Negara Penghasil Canola Tabel 4.1 Karakteristik Biodiesel Biji Bunga Canola Tabel 4.2 Hasil Pengujian Bom Kalorimeter Tabel 4.3 Hasil Pengujian Bahan Bakar Solar Tabel 4.4 Hasil Pengujian Bahan Bakar Solar + B5 % Tabel 4.5 Hasil Pengujian Bahan Bakar Solar + B10 % Tabel 4.6 Hasil Pengujian Bahan Bakar Solar + B15 % Tabel 4.7 Hasil Pengujian Bahan Bakar Solar + B20 % Tabel 4.8 Data Untuk Perhitungan Daya Tabel 4.9 Data Untuk Perhitungan mf Tabel 4.10 Data Untuk Perhitungan AFR Tabel 4.11 Data Untuk Perhitungan Efisiensi Volumentris Tabel 4.12 Data Untuk Daya Aktual Tabel 4.13 Data Efisiensi Termal Brake Tabel 4.14 Data Untuk SFC Tabel 4.15 Data Untuk Heat Loss Tabel 4.16 Data Untuk Persentase Heat Loss x

12 DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan Pb Daya keluaran watt n Putaran rpm T Torsi N.m Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kwh ṁf Laju aliran bahan bakar Kg/jam Pa Daya aktual watt ηv Efisiensi Volumentris % ηb Efisiensi Termal % AFR Rasio campuran bahan bakar dan udara ρa Densitas udara kg/m3 ṁa Laju aliran udara dalam silinder Kg/jam t Waktu jam xi