STUDI KOMPARASI KINERJA MESIN BERBAHAN BAKAR SOLAR DAN CPO DENGAN PEMANASAN AWAL SKRIPSI

Transkripsi

1 STUDI KOMPARASI KINERJA MESIN BERBAHAN BAKAR SOLAR DAN CPO DENGAN PEMANASAN AWAL SKRIPSI Oleh : ASKHA KUSUMA PUTRA PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA GENAP 2007/2008

2 STUDI KOMPARASI KINERJA MESIN BERBAHAN BAKAR SOLAR DAN CPO DENGAN PEMANASAN AWAL SKRIPSI Oleh : ASKHA KUSUMA PUTRA TUGAS AKHIR INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA GENAP 2007/2008

3 PENGESAHAN Tugas akhir dengan judul : STUDI KOMPARASI KINERJA MESIN BERBAHAN BAKAR SOLAR DAN CPO DENGAN PEMANASAN AWAL Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Program Pendidikan S-1 Regular Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia dan disetujui untuk diajukan dalam sidang akhir. Depok, 19 Juni 2008 Dosen Pembimbing Prof.DR.Ir. Bambang Sugiarto, M.Eng NIP iii

4 UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada : Prof. Dr. Ir. Bambang Sugiarto, M.Eng Selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu diselasela kesibukannya sebagai Dekan Fakultas Teknik UI untuk memberi pengarahan, diskusi dan bimbingan kepada penulis serta persetujuan hingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik dan tepat waktu. iv

5 DAFTAR ISI PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ii PERSETUJUAN iii UCAPAN TERIMA KASIH iv ABSTRAK v ABSTRACT vi DAFTAR ISI vii DAFTAR GAMBAR xii DAFTAR TABEL xiv DAFTAR GRAFIK xv DAFTAR LAMPIRAN xvii DAFTAR SINGKATAN xviii DAFTAR SIMBOL xix BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG MASALAH PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN BATASAN MASALAH METODOLOGI PENELITIAN SISTEMATIKA PENULISAN 7 BAB II DASAR TEORI PRINSIP-PRINSIP PEMBAKARAN Proses Pembakaran Pembakaran Tiga T Proses Pembakaran Pada Mesin Diesel 11 vii

6 2.1.4 Siklus Termodinamika Mesin Diesel 4-Langkah Siklus Tertutup Siklus Terbuka Persamaan-Persamaan Pada Siklus Diesel Ideal Siklus Diesel Aktual SIFAT BAHAN BAKAR MESIN DIESEL BAHAN BAKAR CPO PARAMETER UNJUK KERJA MESIN DIESEL Laju Konsumsi Bahan Bakar (FC) Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) Daya Listrik Jumlah Input Energi Bahan Bakar Efisiensi Thermal (η th ) Emisi Gas Buang 34 BAB III METODOLOGI PENELITIAN SPESIFIKASI BAHAN BAKAR PENGUJIAN UNJUK KERJA MESIN DIESEL Tempat Pengujian Peralatan Pengujian Mesin Diesel Genset CPO Module Adjusted Wire Heater Papan Lampu Multi meter Opacitymeter Instalasi water cooling Skematik Diagram Peralatan Pengujian Prosedur Pengujian Persiapan Bahan Bakar Prosedur Menjalankan Mesin Diesel Prosedur Pengujian dengan Bahan Bakar Solar Prosedur Pengujian dengan Bahan Bakar Campuran viii

7 CPO & Solar Prosedur Pengujian dengan Bahan Bakar CPO Prosedur Pengambilan Data Prosedur Penggantian Bahan Bakar METODE PENGUKURAN DENSITAS Pengujian Densitas Tanpa Pemanasan Pengujian Densitas Dengan Pemanasan METODE PENGUJIAN VISKOSITAS Pengujian Viscocitas Tanpa Pemanasan Pengujian Viscocitas Dengan Pemanasan PENGUJIAN CETANE NUMBER Prosedur Pengujian dan Kalkulasi Data Cetane Number Prosedur Pengujian Cetane Number Kalkulasi Cetane Number 58 BAB IV HASIL DAN ANALISA DATA ANALISA VARIASI BEBAN TERHADAP BAHAN BAKAR PADA TEMPERATUR KONSTAN Bahan Bakar CPO 100% Perbandingan SFC Pada CPO 100% Perbandingan η Thermal Pada 100% CPO Perbandingan Opacity Pada 100% CPO Perbandingan Temperatur Gas Buang Pada 100% CPO Bahan Bakar CPO 75% Perbandingan SFC Pada CPO 75% Perbandingan η Thermal Pada CPO 75% Perbandingan Opacity Pada 75% CPO Perbandingan Temperatur Gas Buang Pada 75% CPO Bahan Bakar CPO 50% Perbandingan SFC Pada CPO 50% Perbandingan η Thermal Pada CPO 50% Perbandingan Opacity Pada CPO 50% Perbandingan Temperatur Gas Buang Pada CPO 50% 72 ix

8 4.1.4 Bahan Bakar CPO 25% Perbandingan SFC Pada CPO 25% Perbandingan η Thermal Pada CPO 25% Perbandingan Opacity Pada CPO 25% Perbandingan Temperatur Gas Buang Pada CPO 25% ANALISA VARIASI TEMPERATUR TERHADAP BAHAN BAKAR PADA BEBAN KONSTAN Analisa Pada Beban 500 Watt Analisa SFC Pada Beban 500 Watt Analisa η Thermal Pada Beban 500 Watt Analisa Opacity Pada Beban 500 Watt Analisa Temperatur Gas Buang Pada Beban 500 Watt Analisa Pada Beban 1000 Watt Analisa SFC Pada Beban 1000 Watt Analisa η Thermal Pada Beban 1000 Watt Analisa Opacity Pada Beban 1000 Watt Analisa Temperatur Gas Buang Pada Beban 1000 Watt Analisa Pada Beban 1500 Watt Analisa SFC Pada Beban 1500 Watt Analisa η Thermal Pada Beban 1500 Watt Analisa Opacity Pada Beban 1500 Watt Analisa Temperatur Gas Buang Pada Beban 1500 Watt Analisa Pada Beban 2000 Watt Analisa SFC Pada Beban 2000 Watt Analisa η Thermal Pada Beban 2000 Watt Analisa Opacity Pada Beban 2000 Watt Analisa Temperatur Gas Buang Pada Beban 2000 Watt Analisa Pengaruh Kenaikan Temperatur Bahan Bakar Yang Masuk Ke Mesin Diesel Analisa Pengaruh Temperatur Terhadap Densitas dan Viskositas 101 x

9 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 108 DAFTAR ACUAN 109 DAFTAR PUSTAKA 110 LAMPIRAN 112 xi

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Reaksi kimia C, H, dan S terhadap O 2 10 Gambar 2.2 Perbedaan pembakaran sempurna, baik dan tidak sempurna 11 Gambar 2.3 Siklus diesel tertutup 13 Gambar 2.4 Diagram P-V siklus diesel 13 Gambar 2.5 Siklus diesel terbuka 14 Gambar 2.6 Diagram P-V, T-V dan T-s dari siklus diesel 15 Gambar 2.7 Siklus diesel 16 Gambar 2.8 Siklus diesel aktual 18 Gambar 2.9 Pengaruh temperatur terhadap densitas bahan bakar nabati 31 Gambar 2.10 Pengaruh temperatur terhadap viskositas bahan bakar nabati 31 Gambar 2.11 Grafik Pengaruh Asap Terhadap VSP 35 Gambar 2.12 Portable smoke analyzer 36 Gambar 2.13 Diagram skematik smoke analyzer 36 Gambar 2.14 Aplikasi penggunaan smoke analyzer 37 Gambar 2.15 Contoh hasil pengujian smoke analyzer 37 Gambar 2.16 Hasil pengukuran smoke analyzer 37 Gambar 3.1 Mesin diesel genset Dong Feng 39 Gambar 3.2 CPO module 40 Gambar 3.3 Voltage regulator untuk mengatur temperature heater 41 Gambar 3.4 Heater yang dipasang pada saluran masuk bahan bakar 41 Gambar 3.5 Papan lampu 41 Gambar 3.6 kwh meter 41 Gambar 3.7 Termokopel yang digunakan untuk mengukur temperatur gas buang 42 xii

11 Gambar 3.8 Multimeter yang berfunsi sebagai voltmeter 42 Gambar 3.9 Opacitymeter di saluran gas buang 42 Gambar 3.10 Tampilan data pada komputer 42 Gambar 3.11 Instalasi water cooling 43 Gambar 3.12 Diagram skematik peralatan pengujian 44 Gambar 3.13 Gambar Peralatan Pengujian 44 Gambar 3.14 Pengambilan data temperatur udara masuk mesin 50 Gambar 3.15 Pengukuran temperatur bahan bakar masuk mesin 51 Gambar 3.16 Pengukuran nilai densitas pada permukaan 53 Gambar 3.17 Pengambilan nilai densitas tanpa pemanasan 53 Gambar 3.18 Pengambilan nilai densitas dengan pemanasan 54 Gambar 3.19 Pengambilan nilai viskositas tanpa pemanasan 55 Gambar 3.20 Pengambilan nilai viskositas dengan pemanasan 56 Gambar 4.1 Grafik hubungan SFC dan efisiensi mesin 98 xiii

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Pembagian Bahan Bakar Mesin Diesel 24 Tabel 2.2 Karakteristik Minyak Sawit CPO dan Biodiesel 30 Tabel 2.3 Tabel Daftar Racun Pada Exhaust Diesel 35 Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Diesel Genset 38 Tabel 4.1 Tabel pergerakan kurva SFC terhadap peningkatan temperatur 96 Tabel 4.2 Tabel pergerakan kurva η thermal terhadap peningkatan temperatur 98 Tabel 4.3 Tabel hasil uji cetane number CPO 99 xiv

13 DAFTAR GRAFIK Grafik 4.1 Grafik SFC CPO 100% pada variasi temperatur 59 Grafik 4.2 Grafik η Thermal CPO 100% pada variasi temperatur 60 Grafik 4.3 Grafik opacity CPO 100% pada variasi temperatur 62 Grafik 4.4 Grafik temperatur gas buang CPO 100% pada variasi temperatur 63 Grafik 4.5 Grafik SFC CPO 75% pada variasi temperatur 64 Grafik 4.6 Grafik η Thermal CPO 75% pada variasi temperatur 65 Grafik 4.7 Grafik opacity CPO 75% pada variasi temperatur 66 Grafik 4.8 Grafik temperatur gas buang CPO 75% pada variasi temperatur 67 Grafik 4.9 Grafik SFC CPO 50% pada variasi temperatur 69 Grafik 4.10 Grafik η Thermal CPO 50% pada variasi temperatur 70 Grafik 4.11 Grafik opacity CPO 50% pada variasi temperatur 71 Grafik 4.12 Grafik temperatur gas buang CPO 50% pada variasi temperatur 72 Grafik 4.13 Grafik SFC CPO 25% pada variasi temperatur 74 Grafik 4.14 Grafik η Thermal CPO 25% pada variasi temperatur 75 Grafik 4.15 Grafik opacity CPO 25% pada variasi temperatur 76 Grafik 4.16 Grafik temperatur gas buang CPO 25% pada variasi temperatur 77 Grafik 4.17 Grafik perbandingan SFC pada 500 watt 79 Grafik 4.18 Grafik perbandingan η Thermal 500 Watt 80 Grafik 4.19 Grafik perbandingan opacity beban 500 Watt 81 Grafik 4.20 Grafik perbandingan temperatur gas buang beban 500 Watt 82 Grafik 4.21 Grafik perbandingan SFC pada 1000 watt 83 Grafik 4.22 Grafik perbandingan η Thermal 1000 watt 84 xv

14 Grafik 4.23 Grafik perbandingan opacity beban 1000 Watt 85 Grafik 4.24 Grafik perbandingan temperatur gas buang beban 1000 Watt 86 Grafik 4.25 Grafik perbandingan SFC pada 1500 watt 87 Grafik 4.26 Grafik perbandingan η Thermal 1500 Watt 88 Grafik 4.27 Grafik perbandingan opacity beban 1500 Watt 89 Grafik 4.28 Grafik perbandingan temperatur gas buang beban 1500 Watt 90 Grafik 4.29 Grafik perbandingan SFC pada 2000 watt 91 Grafik 4.30 Grafik perbandingan η Thermal 2000 Watt 92 Grafik 4.31 Grafik perbandingan opacity beban 2000 Watt 93 Grafik 4.32 Grafik perbandingan temperatur gas buang beban 2000 Watt 94 Grafik 4.33 Grafik densitas vs temperatur 95 Grafik 4.34 Grafik konsentrasi CPO vs cetane number 100 Grafik 4.35 Grafik konsentrasi CPO vs viskositas 102 Grafik 4.36 Grafik konsentrasi CPO vs densitas 104 Grafik 4.37 Grafik k densitas vs viskositas 105 xvi

15 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Data pengujian unjuk kerja mesin diesel bahan bakar CPO 100% 112 Lampiran 2 Data pengujian unjuk kerja mesin diesel bahan bakar CPO 75% 116 Lampiran 3 Data pengujian unjuk kerja mesin diesel bahan bakar CPO 50% 120 Lampiran 4 Data pengujian unjuk kerja mesin diesel bahan bakar CPO 25% 124 xvii

16 DAFTAR SINGKATAN ADO BBM BSFC BDC CPO FC FO HHV LHV MARKAL MFO TDC TMA TMB SFC SVO Automotive Diesel Oil Bahan Bakar Minyak Brake Spesific Fuel Consumption Bottom Death Centre Crude Palm Oil Fuel Consumption Fuel Oil High Heating Value Low Heating Value Market Allocation Marine Fuel Oil Top Death Centre Titik Mati Atas Titik Mati Bawah Spesific Fuel Consumption Straight Vegetable Oil xviii

17 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi E Energi yang terukur kwh W Daya yang dihasilkan kw t Waktu detik m bb Jumlah bahan bakar kg V g Volume bahan bakar L/hr ρ Berat jenis bahan bakar kg/l r c Rasio kompresi pada mesin - P Tekanan Pascal v Volume Liter R Konstanta gas universal kj/kg.k T Temperatur Kelvin u Energi dalam kj/kg c v Specific heat at constant volume kj/kg.k c p Specific heat at constant pressure kj/kg.k h Entalpi kj/kg s Entropi J/mol K k Spesific heat ratio - β Cut-off ratio - xix

18 SFC Spesific fuel consumption kg/kwh Q m Jumlah kalor masuk kcal LHV Nilai kalor bawah bahan bakar kcal/kg η th Efisiensi thermal % η bt Efisiensi brake thermal % q Kalor Joule xx