EVALUASI KINERJA DAYA POROS MOTOR DIESEL BERBAHAN BAKAR MINYAK KELAPA MENGGUNAKAN WATER BRAKE DYNAMOMETER YANG SUDAH DIMODIFIKASI

Transkripsi

1 EVALUASI KINERJA DAYA POROS MOTOR DIESEL BERBAHAN BAKAR MINYAK KELAPA MENGGUNAKAN WATER BRAKE DYNAMOMETER YANG SUDAH DIMODIFIKASI Oleh : PRAMUDITYA AZIZ FATIHA F DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2 EVALUASI KINERJA DAYA POROS MOTOR DIESEL BERBAHAN BAKAR MINYAK KELAPA MENGGUNAKAN WATER BRAKE DYNAMOMETER YANG SUDAH DIMODIFIKASI SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor Oleh: PRAMUDITYA AZIZ FATIHA F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

3 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR EVALUASI KINERJA DAYA POROS MOTOR DIESEL BERBAHAN BAKAR MINYAK KELAPA MENGGUNAKAN WATER BRAKE DYNAMOMETER YANG SUDAH DIMODIFIKASI SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor Oleh: PRAMUDITYA AZIZ FATIHA F Dilahirkan pada tanggal 25 Agustus 1987 di Jakarta Tanggal lulus :... Menyetujui, Bogor, September 2009 (Dr. Ir. Desrial, M.Eng) Dosen Pembimbing I Mengetahui, (Dr. Ir. Desrial, M.Eng) Ketua Departemen Teknik Pertanian

4 Pramuditya Aziz Fatiha. F Evaluasi Kinerja Daya Poros Motor Diesel Berbahan Bakar Minyak Kelapa Menggunakan Water Brake Dynamometer yang Sudah Dimodifikasi. Di bawah bimbingan Dr. Ir. Desrial, M.Eng RINGKASAN Motor bakar merupakan tenaga penggerak yang banyak digunakan di bidang pertanian. Aplikasi motor bakar digunakan mulai dari pembukaan lahan sampai dengan pengolahan produk pasca panen. Pada pembakaran bahan bakar di mesin, panas yang dihasilkan dari pembakaran dibuang ke lingkungan melalui gas buangan. Energi panas pada gas pembakaran ini berkisar antara 34-40%. Energi panas yang terbuang tersebut dapat dimanfaatkan kembali sebelum dibuang ke lingkungan. Pemanfaatan energi panas yang terbuang, dapat dilakukan dengan menampung energi panas yang dikeluarkan melalui gas buang. Salah satu jenis tanaman yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber biofuel adalah kelapa. Indonesia dengan luas lahan kelapa sebesar 3.8 juta hektar dan dengan produksi total 3.2 juta ton kelapa memiliki potensi akan pengembangan biofuel dari kelapa. Biofuel dari tanaman kelapa dimanfaatkan dalam bentuk minyak kopra sebagai subtitusi solar. Tetapi viskositas minyak kelapa lebih tinggi daripada bahan bakar solar, setidaknya 10 kali lipat lebih tinggi. Viskositas yang lebih tinggi ini membuat penyemprotan kurang baik, pembakaran yang tidak sempurna, dan penimbunan karbon pada mesin diesel. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi kinerja poros mesin diesel dengan bahan bakar minyak kelapa murni serta membandingkan kinerjanya dengan bahan bakar solar. Untuk memenuhi tujuan tersebut maka dinamometer perlu dimodifikasi sistem penyaluran dayanya. Sesuai dengan tujuan maka dicoba beberapa sistem penyaluran daya, yaitu dengan gear box, penyaluran langsung, dan dengan menggunakan puli belt. Setelah dicoba sistem yang paling sesuai adalah puli dan belt. Puli yang digunakan memakai 2 buah belt untuk mengurangi slip yang terjadi. Dengan menggunakan sistem puli dan belt, getaran pada motor diesel yang besar dapat diredam oleh belt. Karena getarannya yang tidak besar, pembacaan torsi menjadi lebih mudah. RPM yang rendah karena sudah direduksi juga mempermudah pembacaan torsi, karena torsi menjadi lebih tinggi. Selain itu slip yang terjadi juga sangat kecil yaitu sebesar 0.26%. Dari pengujian daya didapatkan daya maksimum mesin diesel berbahan bakar minyak kelapa adalah sebesar 6.5 kw pada tingkat kecepatan 1994 RPM. Sedangkan torsi maksimum yang dihasilkan adalah sebesar 7.6 N.m pada titik RPM Daya maksimum yang dihasilkan dari pengunaan bahan bakar minyak kelapa pada mesin solar adalah sebesar 6.1 kw. Daya maksimum didapatkan pada saat engine berada pada tingkat kecepatan 1795 RPM dan torsi sebesar 6.9 N.m. Torsi dan daya maksimum yang dihasilkan dari penggunaan bahan bakar minyak kopra pada engine tidak berbeda jauh dari penggunaan bahan bakar menggunakan solar. Penurunan daya maksimum yang terjadi sebesar 6.2%, sedangkan penurunan torsi maksimum adalah sebesar 9.2%. Tetapi pengunaan bahan bakar

5 minyak kelapa tidak cocok digunakan pada RPM di bawah RPM dengan daya maksimum karena nilai titik nyalanya yang berada pada titik 207 o C. Sehingga bila proses kompresinya berjalan lebih lambat minyak kelapa tidak terbakar. Hal ini dapat diketahui karena setelah melewati daya maksimumnya RPM turun dengan tajam berbeda dengan bahan bakar solar. Hasil dari pengukuran bahan bakar spesifik minimum minyak kelapa adalah sebesar 0.1 g/s.kw sedangkan pada pengujian pada bahan bakar solar didapatkan nilai bahan bakar spesifik minimum sebesar 0.07 g/s.kw. Dari analisis efisiensi termal pengereman maksimum pada solar didapatkan nilai 34.8% sedangkan dengan menggunakan minyak kelapa didapatkan efisiensi maksimum sebesar 23%. Dari data di atas dapat disimpulkan bahwa solar lebih efisien dalam penggunaannya sebagai bahan bakar karena lebih hemat dalam penggunaan bahan bakar dan konversi ke bentuk energi pada poros. Untuk mengetahui lebih lanjut efek dari penggunaan minyak kelapa sebagai bahan bakar motor bakar Diesel, perlu dilakukan penelitian yang berkaitan dengan pengaruh penggunaan bahan bakar minyak kelapa yang telah dipanaskan terhadap emisi. Selain itu perlu dilakukan penelitian apakah pengunaan minyak kelapa sebagai bahan bakar dapat diterima masyarakat.

6 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta, pada tanggal 25 Agustus 1987, merupakan anak tertua dari dua bersaudara. Penulis adalah putra dari bapak Ir. Pramudya Yulianto Rachmadi dan ibu Ir. Srihartati setianingsih. Pendidikan pertamanya ditempuh di SD Pembangunan Jaya dan lulus pada tahun 1999, tahun 2002 lulus dari SMP Pembangunan Jaya, dan pada tahun 2005 lulus dari SMAN 47 Jakarta.Pada tahun 2005 penulis diterima sebagai mahasiswa IPB melalui jalur PMDK pada jurusan teknik pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian. Penulis melaksanakan praktek lapangan pada tahun 2008 di PT Sampoerna Agro, Sumatera Selatan. Topik yang dipelajari adalah aspek keteknikan pada proses budidaya dan pasca panen pada kelapa sawit. Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian, Penulis melakukan penelitian dengan judul Evaluasi Kinerja Daya Poros Motor Diesel Berbahan Bakar Minyak Kelapa Menggunakan Water Brake Dynamometer yang Sudah Dimodifikasi di bawah bimbingan Dr. Ir. Desrial, M. Eng.

7 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan hidayah-nya penulis dapat menyelesaikan usulan penelitian yang berjudul Evaluasi Kinerja Daya Poros Motor Diesel Berbahan Bakar Minyak Kelapa Menggunakan Water Brake Dynamometer Yang Sudah Dimodifikasi. Pada pelaksanaan penelitian penulis mendapat bantuan dalam bentuk pengetahuan, tenaga, dan doa yang sangat membantu penulis. Oleh karena itu penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan kepada : 1. Dr. Ir. Desrial sebagai dosen pembimbing akademik yang telah memberikan perhatian dan tenaganya dalam membimbing dan mengarahkan penulis dalam penyelesaian studi. 2. Dr. Ir. Namaken Sembiring dan Dr. Ir. Y. Aris Purwanto yang telah meluangkan waktu untuk menjadi dosen penguji dan atas saran serta masukkannya yang sangat berguna bagi penulis. 3. Kedua orang tua penulis yaitu Bapak Pramudya Yulianto Rachmadi dan Ibu Srihartati Setianingsih serta adikku, Bella Syahnarisa Azizah atas segala kasih sayang, doa, perhatian dan kerja kerasnya. 4. Keluarga besar Waris dan Suryati, atas segala bantuan dan doanya. 5. Pak Imin, Pak Parma, Pak Wana, serta Pak Abas yang telah memberikan bantuan pengalaman dan pengetahuan serta membantu kelancaran selama penelitian. 6. Reza, Sofie, Agung, Hadi, Fandra, Aris, Jam, Andi, dan rekan-rekan seperjuangan selama penelitian di bengkel, atas bantuan moral dan tenaga kepada penulis. 7. Teman-teman TEP 42 yang selalu mendukung dan kompak, semoga kebersamaan kita dapat menjadi pendukung keberhasilan kita di masa depan. 8. Yuli Widianingsih atas bantuan dan semangat yang diberikan pada penulis, semoga Allah SWT memberikan yang terbaik untuk adinda. i

8 Penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini. Oleh karena diharapkan adanya kritik dan saran agar untuk ke depannya akan menjadi lebih baik lagi. Sebagai penutup, semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat bagi yang membutuhkan. Bogor, Agustus 2009 Penulis ii

9 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... v DAFTAR TABEL... vi DAFTAR LAMPIRAN... viii I. PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Tujuan... 3 II. TINJAUAN PUSTAKA... 4 A. Motor Bakar... 4 B. Motor Diesel... 5 C. Bahan Bakar Diesel... 9 D. Kinerja Motor E. Biofuel F. Minyak Kelapa G. Ekstraksi Minyak Kelapa III. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat B. Alat dan Bahan C. Prosedur Penelitian IV. PENDEKATAN RANCANGAN A. Kriteria Perancangan B. Rancangan Fungsional C. Rancangan Struktural V. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pengukuran Slip pada Puli dan Belt B. Pengujian Karakteristik Minyak Kelapa C. Hasil Modifikasi Sistem Pengukuran Kinerja iii

10 D. Pengukuran Kinerja motor E. Pengukuran Bahan Bakar Spesifik F. Analisis Efisiensi Termal VI. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN iv

11 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Motor bakar diesel empat langkah... 7 Gambar 2. Grafik hubungan RPM dengan torsi dan daya serta BBS Gambar 3. Stopwatch dan tachometer Gambar 4. Dynamometer, engine, dan tabung ukur Gambar 5. Tahapan proses penelitan Gambar 6. Heat exchanger Gambar 7. Skema pemasangan heat exchanger dan tangki biofuel Gambar 8. Skema sistem pengujian kinerja Gambar 9. Urutan pengujian kinerja Gambar 10. Universal joint dan gear box Gambar 11. Poros dynamometer Gambar 12. Rangka dudukan Gambar 13. Tabung ukur Gambar 14. Grafik Viskositas minyak kelapa hasil pengujian Gambar 15. Skema penyaluran daya dengan puli dan belt Gambar 16. As dan puli pada dynamometer Gambar 17. Mesin diesel dan dudukannya Gambar 18. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar solar uji Gambar 19. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar solar uji Gambar 20. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar solar uji Gambar 21 Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar solar kombinasi Gambar 22. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar minyak kelapa uji Gambar 23. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar minyak kelapa uji Gambar 24. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar minyak kelapa uji Gambar 25. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar minyak kelapa kombinasi Gambar 26. Grafik BBS motor diesel berbahan bakar solar uji v

12 Halaman Gambar 27. Grafik BBS motor diesel berbahan bakar solar uji Gambar 28. Grafik BBS motor diesel berbahan bakar solar uji Gambar 29. Grafik BBS motor diesel berbahan bakar solar kombinasi Gambar 30. Grafik BBS motor diesel berbahan bakar minyak kelapa uji Gambar 31. Grafik BBS motor diesel berbahan bakar minyak kelapa uji Gambar 32. Grafik BBS motor diesel berbahan bakar minyak kelapa uji Gambar 33. Grafik BBS motor diesel berbahan bakar minyak kelapa kombinasi Gambar 34. Grafik efisiensi termal motor diesel berbahan bakar solar uji Gambar 35. Grafik efisiensi termal motor diesel berbahan bakar solar uji Gambar 36. Grafik efisiensi termal motor diesel berbahan bakar solar uji Gambar 37. Grafik efisiensi termal motor diesel berbahan bakar solar kombinasi Gambar 38. Grafik efisiensi termal motor diesel dengan minyak kelapa uji Gambar 39. Grafik efisiensi termal motor diesel dengan minyak kelapa uji Gambar 40. Grafik efisiensi termal motor diesel dengan minyak kelapa uji Gambar 41. Grafik efisiensi termal motor diesel dengan minyak kelapa kombinasi vi

13 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Produktivitas kelapa di Indonesia Tabel 2. Neraca kalor motor bakar diesel... 9 Tabel 3. Karakteristik bahan bakar motor diesel Tabel 4. Perbandingan bahan bakar solar dan minyak kelapa Tabel 5. Kandungan Kopra Tabel 6. Viskositas minyak kelapa hasil pengujian Tabel 7. Karakteristik minyak kelapa hasil pengujian Tabel 8. Perbedaan daya poros mesin berbahan bakar solar dan minyak kelapa Tabel 9. Perbedaan BBS mesin berbahan bakar solar dan minyak kelapa Tabel 10. Perbedaan efisiensi termal mesin berbahan bakar solar dan minyak kelapa...64 vii

14 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Spesifikasi motor bakar diesel Lampiran 2. Pengujian perbedaan RPM pada kedua puli Lampiran 3. Data kinerja mesin berbahan bakar solar Lampiran 4. Data kinerja poros mesin berbahan bakar solar kombinasi Lampiran 5. Data pengujian kinerja mesin berbahan bakar minyak kelapa.. 74 Lampiran 6. Data kombinasi kinerja mesin berbahan bakar minyak kelapa.. 75 Lampiran 7. Analisis efisiensi termal mesin berbahan bakar solar Lampiran 8. Analisis efisiensi termal mesin berbahan bakar solar kombinasi Lampiran 9. Analisis efisiensi termal uji mesin berbahan bakar minyak kelapa Lampiran 10. Efisiensi termal uji mesin berbahan bakar minyak kelapa kombinasi Lampiran 11. Gambar teknik as Lampiran 12. Desain tempat tabung ukur Lampiran 13. Gambar teknik dudukan mesin Lampiran 14. Heat exchanger (Miftahuddin, 2009) viii

15 I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Motor bakar merupakan tenaga penggerak yang banyak digunakan di bidang pertanian. Aplikasi motor bakar digunakan mulai dari pembukaan lahan sampai dengan pengolahan produk pasca panen. Pada prinsipnya motor bakar menggunakan ledakan campuran bahan bakar dan udara untuk menghasilkan panas yang menyebabkan perubahan tekanan. Kemudian tekanan diubah menjadi gerakan-gerakan mekanis yang menghasilkan daya. Motor diesel merupakan salah satu jenis motor bakar yang sering digunakan. Prinsip kerja dari motor diesel adalah dengan cara menyemprotkan bahan bakar ke udara yang telah dimanfaatkan ke dalam silinder (compression ignition). Udara yang telah dimampatkan menyalakan bahan bakar dan menghasilkan ledakan dalam ruang bakar. Ledakan menghasilkan tekanan yang digunakan untuk menggerakan piston dan menghasilkan putaran pada mesin. Bahan bakar motor diesel adalah solar yang berasal dari pengolahan minyak bumi. Karena semakin menipisnya persediaan minyak bumi dan harganya yang semakin mahal maka dibutuhkan sumber energi alternatif. Salah satu sumber energi alternatif tersebut adalah biofuel. Biofuel adalah setiap bahan bakar baik padatan, cairan ataupun gas yang dihasilkan dari bahan-bahan organik. Biofuel dapat dihasilkan secara langsung dari tanaman atau secara tidak langsung dari limbah industri, komersial, domestik atau pertanian. Biofuel adalah sumber energi yang terbarukan (renewable energy). Energi terbarukan berarti sumber energi tersebut dapat diproduksi dengan waktu yang singkat, berbeda dengan minyak bumi yang suatu saat akan habis. Tanaman yang dapat menghasilkan biofuel antara lain kelapa, jarak, dan kacangkacangan. Indonesia merupakan negara yang memiliki luas lahan kelapa terluas di dunia yaitu sekitar 3.8 juta ha dengan produktivitas 0.85 ton per hektar per 1

16 tahun. Produktivitas kelapa terus meningkat dari tahun ke tahun seperti pada Tabel 1. Karena produksinya yang besar, maka pengembangan bahan bakar nabati dari kelapa di Indonesia sangat baik. Tabel 1. Produktivitas kelapa di Indonesia Tahun Luas areal Produksi kelapa (1000 Ha) (1000 ton) Sumber: Statistik Perkebunan Indonesia.2009 Pada pembakaran bahan bakar di mesin, panas yang dihasilkan dari pembakaran dibuang ke lingkungan melalui gas buangan. Energi panas pada gas pembakaran ini berkisar antara 34-40%. Energi panas yang terbuang tersebut dapat dimanfaatkan kembali sebelum dibuang ke lingkungan. Pemanfaatan energi panas yang terbuang, dapat dilakukan dengan menampung energi panas yang dikeluarkan melalui gas buang. Pada penelitian ini panas yang ditampung digunakan untuk memanaskan minyak kelapa. Minyak kelapa dipanaskan agar viskositasnya mendekati bahan bakar solar, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar mesin diesel. Kinerja sebuah motor dapat diuji dengan alat bernama dynamometer. Kinerja sebuah motor dapat diukur dari pengukuran torsi dan kecepatan rotasi engine sehingga didapatkan daya yang dihasilkan. Waterbrake dynamometer yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan air sebagai media pengereman untuk pengukuran torsi. Modifikasi perlu dilakukan untuk membuat sistem penyaluran daya yang paling sesuai pada pengujian kinerja mesin diesel. 2

17 B. Tujuan Tujuan penelitian ini adalah untuk mengevaluasi kinerja daya poros pada motor diesel dengan bahan bakar minyak kelapa murni dengan menggunakan water brake dynamometer yang sudah dimodifikasi. Adapun parameter kinerja yang dievaluasi adalah torsi, daya poros, dan konsumsi bahan bakar spesifik baik pada saat menggunakan bahan bakar minyak kelapa atau solar. Untuk pengujian kinerja mesin ini perlu dilakukan modifikasi sistem penyaluran daya yang paling sesuai dari mesin ke dynamometer. 3

18 II. TINJAUAN PUSTAKA A. Motor Bakar Motor bakar adalah mesin kalor dimana gas panas diperoleh dari proses pembakaran di dalam mesin itu sendiri dan langsung dipakai untuk melakukan kerja mekanis, yaitu menjalankan mesin itu sendiri (Arismunandar dan Tsuda, 1985). Motor bakar adalah salah satu sumber tenaga penggerak yang mudah di dapat dan digunakan pada setiap waktu dan tempat. Pemakaian motor bakar di bidang pertanian sudah semakin luas baik di bidang pra-panen maupun pasca panen. Ditinjau dari tempat terjadinya proses pembakaran, motor bakar dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu motor bakar eksternal dan motor bakar internal. Motor bakar eksternal adalah motor bakar yang proses pembakarannya berlangsung di luar silinder seperti mesin uap, sedangkan motor bakar internal proses pembakarannya terjadi di dalam silinder seperti motor bakar bensin dan motor bakar diesel (Arismunandar, 1983 dalam Desrial, 1990). Motor diesel yang digunakan pada penelitian ini merupakan salah satu jenis motor bakar internal, yaitu motor dengan sistem pembakaran di dalam mesin. Pada tahun 1862, Beau Rochas menetapkan 4 prinsip dasar dalam pengefisienan motor bakar internal. Prinsip ini adalah : 1. Ruang pembakaran harus memiliki rasio permukaan dengan volume yang terkecil. 2. Proses ekspansi harus berlangsung dengan secepat mungkin. 3. Proses kompresi pada awal ekspansi harus pada posisi terjauh. 4. Langkah proses ekspansi berlangsung sejauh mungkin. Kedua prinsip awal dimaksudkan untuk meminimalisasi proses pindah panas dari ruang pembakaran. Sedangkan kedua prinsip akhir bertujuan untuk memaksimalkan daya yang dihasilkan oleh mesin (Goering dan Hansen, 2004) 4

19 Motor didesain untuk mengubah energi pada bahan bakar menjadi kerja mekanik, tetapi tidak semua tenaga hasil pembakaran bahan bakar pada motor bakar dapat digunakan untuk menghasilkan tenaga mekanis. Tenaga mekanis yang dihasilkan hanya memanfaatkan sekitar 30 sampai 45 persen dari tenaga hasil pembakaran. Sisa energi dari hasil pembakaran ini terbuang pada proses konversinya, sebagian besar terbuang bersama gas buang dan proses pendinginan (Goering dan Hansen, 2004). B. Motor Diesel Salah satu jenis motor bakar yang paling umum digunakan adalah motor diesel. Motor ini digunakan untuk menggerakan traktor pertanian, perahu nelayan, generator listrik, dan sebagainya. Motor diesel disebut juga motor penyalaan kompresi (compression ignition engine) oleh karena cara penyalaan bahan bakar yang dilakukan dengan menyemprotakan bahan bakar ke dalam udara yang telah bertekanan dan bertemperatur tinggi, sebagai akibat dari proses kompresi. Sedangkan motor bensin biasanya dinamai motor penyalaan bunga api (spark ignition engine) karena percikan api untuk menyalakan campuran bahan bakar dan udara (Daywin, 1990). Mesin diesel dan mesin bensin memiliki beberapa perbedaan menurut Arismunandar dan Tsuda (1985), Davis (1983) dan Goering serta Hansen (2004) yaitu : a. Pada motor diesel bahan bakar disemprotkan setelah udara ditekan, sedangkan pada motor bensin bahan bakar dicampurakan dengan udara kemudian ditekan. b. Pada motor bensin kontrol kecepatan diatur dengan mengatur rasio pencampuran bahan bakar dengan udara, sedangkan pada motor diesel pengaturan dilakukan dengan pengaturan jumlah bahan bakar yang masuk. c. Pada motor bensin penyalaan campuran bahan bakar dan udara menggunakan percikan listrik, sedangkan pada motor diesel penyalaan menggunakan suhu dari pasokan udara yang ditekan. 5

20 d. Pemakaian bahan bakar kira-kira 25% lebih rendah dari motor bensin, harga bahan bakar solar pun lebih rendah dibandingkan dengan bensin. Hal ini yang menyebabkan motor diesel lebih hemat dari motor bensin. e. Tekanan kerja motor diesel lebih tinggi dari motor bensin karena perbandingan kompresinya yang tinggi. Pada motor bensin perbandingan kompresi berkisar antara 8:1 atau 9:1, sedangkan pada motor diesel perbandingannya dapat mencapai 16:1 sampai 24:1. Karena itu motor diesel harus dibuat lebih kokoh dan kuat, sehingga beratnya bertambah. f. Motor diesel mengeluarkan bunyi yang lebih keras, warna dan bau gas yang kurang baik. Motor bakar internal diesel dibagi menjadi dua jenis, yaitu mesin dengan dua langkah dan mesin dengan empat langkah. Motor dua langkah (two strokes cycle engine) merupakan motor dengan proses gerakan dua langkah piston atau satu putaran dari crankshaft. Sedangkan motor empat langkah (four strokes cycle engine) adalah motor dengan proses gerakan empat langkah piston atau 2 putaran dari crank shaft (Daywin, 1990). Prinsip kerja motor diesel putaran tinggi adalah pada torak yang bergerak translasi (bolak-balik) di dalam silinder yang dihubungkan dengan pena engkol dan poros engkol. Pena engkol dan poros engkol berputar pada bantalannya dengan perantara batang penggerak atau batang penghubung. Campuran bahan bakar dan udara dibakar di dalam ruang bakar, yaitu ruangan yang dibatasi oleh dinding silinder, kepala torak, dan kepala silinder. Gas pembakaran mampu menggerakan torak yang selanjutnya memutar poros engkol. Pada kepala silinder terdapat katup hisap yang berfungsi memasukkan udara ke dalam silinder dan katup buang untuk membuang gas hasil pembakaran (Arismunandar dan Tsuda, 1985). Langkah awal pada mesin diesel empat langkah berawal dari masuknya udara melalui katup hisap. Saat torak berada pada posisi terjauh dari kepala silinder dan kedua katup pada posisi tertutup, maka gerakan torak ke atas merupakan gerakan menekan udara di dalam silinder (langkah kompresi). Umumnya tekanan dan suhu yang terjadi pada saat proses adalah mencapai 30 6

21 kg/cm 2 dan 550 o C atau minimal 427 o C (Davis, 1983). Sesaat sebelum torak mencapai posisi maksimum, bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar. Bahan bakar terbakar dan menyebabkan kenaikan tekanan dan temperatur. Gas hasil pembakaran mendorong torak ke bawah (langkah ekspansi) dan selanjutnya memutar poros engkol. Selanjutnya gas pembakaran dipaksa keluar melalui silinder oleh torak yang bergerak dari bawah ke atas melalui saluran buang. Siklus ini kemudian berputar kembali saat udara masuk bersamaan dengan gerakan torak dari atas ke bawah. Siklus motor empat langkah ini dapat dilihat pada Gambar 1. Motor seperti ini yaitu dengan proses gerakan empat langkah piston atau 2 putaran dari poros engkol disebut motor empat langkah (four strokes cycle engine). Sedangkan motor dengan proses gerakan dua langkah piston atau satu putaran dari poros engkol disebut motor dua langkah (two strokes cycle engine) (Arismunandar dan Tsuda, 1985). Gambar 1. Motor bakar diesel empat langkah (Goering dan Hansen, 2004) Minyak bakar yang disemprotkan ke dalam silinder berbentuk butir-butir cairan yang halus oleh injektor. Tekanan pada bahan bakar adalah di antara 1300 sampai 3000 lb/in 2 atau 8970 sampai kpa. Penyemprotan harus dilakukan pada waktu, jumlah dan dengan pola yang tepat (Davis, 1983). Karena udara di dalam silinder pada saat tersebut sudah bersuhu dan bertekanan tinggi maka butir-butir tersebut akan menguap. Penguapan butir bahan bakar dimulai dari bagian luarnya, yaitu bagian yang terpanas. Uap 7

22 bahan bakar kemudian bercampur dengan udara yang ada di sekitarnya. Proses ini berlangsung selama temperatur sekitarnya mencukupi dan secara berangsur-angsur. Proses pembakaran juga terjadi berangsur dimana proses pembakaran awal terjadi pada suhu yang lebih rendah dan laju pembakarannya pun akan bertambah cepat (Arismunandar dan Tsuda, 1985). Menurut Goering dan Hansen (2004) pembakaran adalah reaksi kimia antara karbon dan hidrogen dalam bahan bakar dengan oksigen di udara untuk membentuk air dan hasil pembakaran lainnya. Proses pembakaran dapat dipercepat dengan menambah pasokan udara ke dalam silinder dan memperbaiki proses pencampuran bahan bakar udara dengan bahan bakar. Tetapi jika pasokan udara terlalu banyak maka kemungkinan terjadi kesukaran dalam menyalakan mesin dalam keadaan dingin. Hal ini disebabkan proses pemindahan panas dari udara ke dinding silinder, yang masih dalam keadaan dingin menjadi lebih besar sehingga udara tersebut menjadi dingin juga. Sebaliknya, jika mesin sudah panas temperatur udara sebelum langkah kompresi menjadi lebih tinggi, sehingga diperoleh kenaikan tekanan efektif rata-rata. Hal ini menyebabkan mesin bekerja lebih efisien (Arismunandar dan Tsuda, 1985). Hasil pembakaran bahan bakar tidak dimanfaatkan seluruhnya menjadi kerja, lebih dari separuhnya terbuang. Gas buang yang bersuhu antara C merupakan kerugian tenaga paling besar yaitu berkisar antara 34 sampai 40 persen dari tenaga hasil pembakaran. Kerugian kalor dalam gas buang disebut kerugian pembuangan. Pendinginan silinder, katup dan torak juga disebut kerugian pendinginan. Selain itu, kerugian mekanis juga terjadi yaitu kerugian gesekan yang diubah dalam bentuk kalor. Tabel neraca kalor pada motor bakar diesel dapat dilihat pada Tabel 2 (Arismunandar dan Tsuda, 1985). 8

23 Tabel 2. Neraca kalor motor bakar diesel Neraca kalor (%) Kerja efektif Kerugian mekanis 11-4 Kerugian pendinginan Kerugian buang (Sumber: Arismunandar dan Tsuda,1985) Pada proses pembakaran apabila butir butir bahan bakar terlalu besar saat penyemprotan bahan bakar atau bila beberapa butir terkumpul menjadi satu, maka akan terjadi dekomposisi. Dekomposisi menyebabkan terbentuknya karbon-karbon padat (angus). Hal ini disebabkan penguapan dan pencampuran dengan udara yang ada di dalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna. Proses ini terjadi bila terlalu banyak bahan bakar yang disemprotkan, yaitu pada waktu daya mesin akan diperbesar. Jika angus yang terjadi terlalu banyak, gas buang yang keluar dari mesin akan berwarna hitam dan mengotori udara. C. Bahan Bakar Diesel Menurut Daywin et al (1991) serta Goering dan Hansen (2004), bahan bakar mesin diesel harus memenuhi beberapa persyaratan yang perlu dipenuhi diantaranya adalah Mempunyai nilai energi yang tinggi 1. Dapat diuapkan pada temperatur rendah. 2. Mengandung energi tinggi agar tidak membutuhkan tempat bahan bakar yang besar. 3. Uap bahan bakar mudah terbakar didalam campuran dengan oksigen. 4. Bahan bakar dan hasil pembakaran tidak berbahaya. 5. Mudah didapat dalam jumlah yang besar. 9

24 Bahan bakar solar diperoleh dari hasil penyulingan minyak bumi (minyak ringan) atau minyak mentah (minyak berat). Menurut Arismunandar dan Tsuda (1985), bahan bakar diesel dapat menggunakan minyak ringan dan berat tergantung dari jenis saringannya. Untuk motor diesel biasanya dipakai bahan bakar dengan spesifikasi pada Tabel 3 berikut : Tabel 3. Karakteristik bahan bakar motor diesel Minyak ringan Minyak berat Berat jenis (gr/cm 3 ) Bilangan setana minimal Titik nyala minimal ( o C) Kadar abu maksimal (%) Kadar air maksimal (%) Kadar belerang maksimal (%) Nilai kalor minimal (kcal/kg) (Sumber: Arismunandar dan Tsuda,1985) Menurut Goering dan Hansen (2004) serta Liljedahl (1989), bahan bakar motor diesel juga mempunyai sifat-sifat yang mempengaruhi prestasi. Sifatsifat bahan bakar diesel yang dapat mempengaruhi prestasi mesin antara lain: a. Penguapan Bahan bakar harus menguap sebelum terbakar. Volatilitas bahan bakar mengacu pada kemampuan dari bahan bakar untuk menguap. Bahan bakar yang mudah menguap pada temperatur rendah lebih volatil dari bahan bakar yang membutuhkan suhu tinggi untuk menguap. Penguapan dari bahan bakar Diesel diukur pada 90% suhu penyulingan. Penguapan menandakan pada suhu berapa bahan bakar berubah fase dari cair menjadi uap. b. Titik nyala Titik nyala adalah temperatur terendah dimana bahan bakar yang menguap tercampur dengan udara dan ketika terkena dengan nyala api bahan bakar menyala. Titik nyala suatu bahan bakar bervariasi tergantung dari volatilitas bahan bakar. Pada suhu dibawah titik nyala, bahan bakar 10

25 belum cukup tercampur sehingga tidak dapat menyebabkan pembakaran. Titik nyala minimum bahan bakar untuk mesin diesel adalah 52 o C (Liljedahl, 1989). c. Titik pengembunan dan titik tuang Titik pengembunan adalah suhu dimana molekul bahan bakar mulai membentuk kristal. Sedangkan titik tuang adalah suhu maksimum saat bahan bakar mulai berhenti mengalir. Titik tuang maksimum bahan bakar diesel adalah -17 o C dan titik embunnya adalah -12 o C (Goering dan Hansen, 2004). d. Viskositas Viskositas adalah ukuran tahanan alir dari suatu cairan. Viskositas menjadi pertimbangan penting ketika bahan bakar diinjeksi ke ruang pembakaran. Bila viskositas terlalu tinggi, injektor tidak mampu memecah bahan bakar menjadi lebih kecil agar penguapan dan pembakaran berjalan lancar. Viskositas bahan bakar diesel umumnya adalah antara 1.9-4,1 CST (Liljedahl, 1989). e. Residu karbon Bahan bakar diesel umumnya membentuk sisa karbon di dalam mesin setelah penguapan dan pembakaran habis. Residu karbon yang diperbolehkan maksimum adalah sebesar 0.35% (Liljedahl, 1989). f. Belerang Belerang dalam bahan bakar terbakar bersama minyak dan menghasilkan gas sulfur oksida (SO) yang bersifat korosif. Kandungan belerang dalam bahan bakar sebaiknya tidak lebih dari 0.05% dari berat (Goering dan Hansen, 2004). g. Abu Abu terdiri dari partikel padatan dan kandungan logam di bahan bakar. Abu dapat menyebabkan penyumbatan pada filter bahan bakar dan pompa injektor. Abu maksimal yang diijinkan adalah sebesar 0.01% (Goering dan Hansen, 2004). 11

26 h. Air dan sedimen Air dan sedimen dapat tercampur ke bahan bakar saat proses penyimpanan bahan bakar atau saat penanganan. Air dapat menyebabkan pembentukan sedimen yang dapat menyebabkan penyumabatan. Kadar air dan sedimen yang diperboleh kan adalah 0.05% (Goering dan Hansen, 2004). i. Bilangan Setana Mutu penyalaan diukur dengan indeks yang disebut Cetana. Bilangan setana bahan bakar adalah persentase volume dari cetana dalam campuran setana dengan alpha-metyl naphthalene. Setana mempunyai mutu penyalaan yang sangat baik dan alpha-metyl naphthalene mempunyai mutu penyalaan yang kurang baik. Bilangan cetana 48 berarti bahan bakar cetana dengan campuran yang terdiri atas 48% cetana dan 52% alphametyl naphthalene. Bahan bakar dari mesin diesel memiliki bilangan setana minimal 40 (Liljedahl, 1989). D. Kinerja Motor Dalam pengukuran daya ada beberapa terminologi yang harus kita mengerti definisi dan satuannya. Satuan Definisi Gaya N Suatu usaha yang mengubah kedudukan suatu benda. Torsi N m Gaya yang menyebabkan putaran. Besar dari torsi adalah gaya yang dikalikan ke titik pusat. Daya kw Jumlah kerja yang dapat dilakukan per satuan waktu. BHP HP Brake Horse Power adalah daya yang diberikan oleh engkol atau daya yang tersedia pada roda gila. DHP HP Drawbar Horse Power adalah daya yang tersedia pada gandengan dan tersedia untuk menarik beban. FHP HP Friction Horse Power adalah daya yang digunakan untuk mengatasi gesekan-gesekan pada motor. IHP HP Indicated Horse Power adalah daya yang timbul pada ruang pembakaran dan diterima oleh torak. 12

27 Daya yang dihasilkan di dalam silinder dinamai daya indikator dan daya poros dibagi oleh daya indikator dinamai efisiensi mekanis. Sedangkan daya gesek atau kerugian mekanis, adalah selisih antara daya indikator dan daya poros. Untuk menghitung daya yang keluar pada suatu mesin, dipakai sebuah alat yang dinamakan dinamometer. Sebuat dinamometer harus memiliki 3 elemen penting yaitu : 1. Pengontrolan tingkat beban 2. Pengukuran torsi. 3. Pengukuran kecepatan. Pada penelitian ini digunakan water brake dynamometer. Dinamometer ini termasuk tipe absorbsi, yaitu dinamometer yang mengukur daya dan pada saat yang sama mengubahnya menjadi bentuk tenaga lain yaitu panas. Dyanometer ini menggunakan media air sebagai media ukur dan penyerap panas akibat gesekan. Bagian luar dari dinamometer ini terhubung dengan timbangan. Akurasi dari dinamometer ini lebih baik dari tipe prony brake. Dinamometer ini cocok untuk pembuatan grafik prestasi dari mesin karena adanya pengaturan kecepatan dengan menggunakan air (Lilijedahl, 1989). Dyanamometer ini dihubungkan dengan poros mesin dan dipakai untuk mengukur momen putar atau torsi. Sedangkan putaran poros (RPM) diukur dengan menggunakan tachometer. Dari torsi dan putaran poros, maka daya poros dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (Goering dan Hansen, 2004) : Dimana : P : Daya (kw) T : Torsi (N.m) n : Kecepatan putar motor (RPM)...(1) 13

28 Gambar 2. Grafik hubungan RPM dengan torsi dan dayaa serta BBS (Sumber: Arismunandar dan Tsuda, 1985) Dari grafik pada Gambar 2 di atas dapat dilihat bahwa semakin naik RPM maka daya akan semakin tinggi. Daya terus naik sampai mencapi titik daya maksimum kemudian grafik akan menurun. Hal ini disebabkan torsi yang tinggi tetapi kecepatan mesin turun karena pengereman. Hubungan antara RPM dan torsi serupa dengan hubungan antara RPM dan daya. Semakin tinggi RPM maka torsi semakin naik hingga mencapai titik torsi maksimum. Titik torsi maksimum adalah keadaan dimana suatu mesin dapat menghasilkan daya dorong yang paling optimum untuk menggerakkan suatu kendaraan. Semakin besar torsi yang didapat pada putaran mesin yang semakin rendah, maka semakin baik mesin tersebut berakselerasi. Selain pengukuran daya dibutuhkan pengukuran kebutuhan bahan bakar spesifik. Kebutuhan bahan bakar spesifik adalah banyaknya bahan bakar yang digunakan oleh suatu mesin pada setiap kw dalam setiap satuan waktu 14

29 tertentu. Menurut Goering dan Hansen (2004) tingkat konsumsi bahan bakar bervariasi tergantung dari efisiensi mesin dan ukurannya. Tetapi walaupun konsumsi bahan bakar spesifik dipengaruhi oleh efisiensinya, konsumsi bahan bakar spesifik bukan indikator yang baik untuk menentukan tingkat efisien mesin. Untuk menentukan jumlah kebutuhan bahan bakar spesifik, dapat digunakan berbagai sistem pengukuran, ada dua sistem yang banyak digunakan yaitu metode volumetrik dan metode gravimetrik (Arismunandar dan Tsuda, 1985). Metode volumetrik digunakan untuk bahan bahan bakar yang mudah menguap, karena akan mengurangi bahaya terbakar. Sedangkan metode gravimetrik digunakan untuk jenis bahan bakar yang tidak mudah menguap. Pada metode gravimetrik ini ditentukan jumlah bobot bahan bakar selama periode tertentu. Pada penelitian ini digunakan metode gravimetrik, dengan rumus (Goering dan Hansen, 2004): Dimana :...(2) SFC : Konsumsi bahan bakar spesifik (g/s.kw) P out : Daya yang keluar dari mesin (kw) Dari data perhitungan daya dan konsumsi bahan bakar dapat diperoleh efisiensi termal pengereman. Efisiensi termal pengereman didefinisikan sebagai efisiensi keseluruhan dari motor saat pengubahan tenaga di dalam bahan bakar menjadi daya yang dihasilkan mesin. Daya yang dihasilkan oleh mesin ini diukur dari daya pada roda gila. Semakin tinggi efisiensi ini maka semakin baik proses pembakaran pada engine. Pengukuran efisiensi termal pengereman dapat dihitung dengan rumus (Goering dan Hansen, 2004): 15

30 Dimana :!"...(3) e bt = efisiensi termal pengereman Pb = daya pada roda gila (kw) Pfe = daya yang ada pada bahan bakar (kw) Daya yang ada pada bahan bakar dapat dihitung dari tingkat konsumsi bahan bakar serta jumlah kalor yang dikandung bahan bakar. Daya pada bahan bakar dapat dihitung dengan rumus (Goering dan Hansen, 2004) : # $% &'($ $%...(4) Dimana : Pfe = daya yang ada pada bahan bakar (kw) HV = kalor jenis bahan bakar (kj/ kg) Mf = tingkat konsumsi bahan bakar (kg/jam) Kfe = Konstanta = 3600 E. Biofuel Biofuel adalah setiap bahan bakar baik padatan, cairan ataupun gas yang dihasilkan dari bahan-bahan organik. Biofuel dapat dihasilkan secara langsung dari tanaman atau secara tidak langsung dari limbah industri, komersial, domestik atau pertanian. Ada berbagai cara untuk pembuatan biofuel yaitu pembakaran limbah organik kering (seperti buangan rumah tangga, limbah industri dan pertanian), fermentasi limbah basah (seperti kotoran hewan) tanpa oksigen untuk menghasilkan biogas, serta fermentasi tebu atau jagung untuk menghasilkan alkohol dan ester (wikipedia, 2008). Biofuel memproduksi energi tanpa meningkatkan kadar karbon di atmosfir karena berbagai tanaman yang digunakan untuk memproduksi biofuel 16

31 mengurangi kadar karbondioksida di atmosfir. Sedangkan bahan bakar fosil mengeluarkan karbon yang tersimpan di bawah permukaan tanah selama jutaan tahun ke udara. Karena itu biofuel lebih bersifat carbon neutral. Menurut White dan Plaskett (1981) walaupun dapat menjadi subtitusi dari bahan bakar fosil, biofuel mempunyai beberapa kekurangan antara lain : 1. Nilai kalor jenis yang lebih rendah dibandingkan bahan bakar fosil. 2. Memiliki kandungan air yang tinggi sehingga menyebabkan terjadinya memperlambat pembakaran hingga mengurangi energi hasil pembakaran. 3. Umumnya memiliki densitas rendah sehingga membutuhkan tempat penyimpanan dan ruang pembakaran yang lebih besar. F. Minyak Kelapa Minyak sayuran (minyak kedelai, minyak biji bunga matahari, dan lainnya) dipertimbangkan sebagai bahan bakar untuk mesin diesel. Angka setana untuk kebanyakan minyak sayuran berada pada angka 40. Tetapi viskositas minyak sayuran lebih tinggi daripada bahan bakar solar, setidaknya 10 kali lipat lebih tinggi. Viskositas yang lebih tinggi ini membuat penyemprotan kurang baik, pembakaran yang tidak sempurna, dan penimbunan karbon pada mesin diesel (Goering dan Hansen, 2004). Salah satu jenis tanaman yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber biofuel adalah kelapa. Biofuel dari tanaman kelapa dimanfaatkan dalam bentuk minyak kelapa. Indonesia dengan luas lahan kelapa sebesar 3.9 juta hektar memiliki potensi akan pengembangan biofuel dari kelapa. Dari satu pohon dapat dihasilkan 23 kg kelapa per tahunnya. Secara umum, deskripsi minyak kelapa dapat dijelaskan sebagai lemak yang berwarna putih sampai putih kekuningan, tergantung pada kualitas bahan baku dan metoda ekstraksi minyak. Pada saat meleleh, minyak kelapa berubah wujud menjadi minyak berwarna bening sampai coklat kekuningan. Bau minyak ini menyerupai bau kelapa segar sebelum disuling, sedangkan minyak kelapa yang disuling dengan baik tidak memiliki bau dan rasa (Williams dan Churchill,1966). 17

32 Minyak kelapa merupakan senyawa ester dari gliserol dan asam lemak yang disebut trigliserida, serta larut dalam pelarut minyak atau lemak (Meyer, 1973). Asam lemak jenuh minyak kelapa kurang lebih sejumlah 90 persen. Minyak kelapa mengandung 84 persen trigliserida dengan tiga molekul asam lemak jenuh, 12 persen trigliserida, dan 4 persen trigliserida dengan satu asam lemak jenuh (Ketaren, 1986). Bahan bakar dari minyak kelapa dapat langsung digunakan untuk menjalankan mesin diesel dengan sedikit perubahan dan pemanas minyak. Minyak kelapa bisa digunakan untuk semua mesin diesel, termasuk mobil, truk, traktor, penggilingan padi, generator kecil, pompa dan lainnya. Karakteristik bahan bakar solar dan minyak kelapa dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Perbandingan bahan bakar solar dan minyak kelapa Fuel Diesel Coconut Oil Heating value (MJ/kg) Density (kg/m3) Viscosity (Pa s) Surface tension (N/m) (Sumber: Machacon, 2008) G. Ekstraksi Minyak Kelapa Ekstraksi merupakan suatu cara untuk mendapatkan minyak atau lemak dari bahan yang diduga mengandung minyak atau lemak. Menurut Dendi dan Timmins (1973) daging buah kelapa terdiri dari berjuta-juta sel parenkim yang berorientasi pada dinding sel bagian dalam dan tegak lurus pada dinding sel bagian luar. Pada sel ini terdapat minyak dalam globula yang bentuknya berbeda-beda dan akan mempengaruhi konsentrasi minyak yang akan keluar dari dinding sel buah pada saat ekstraksi. Untuk mendapatkan minyak dari kelapa, terlebih dahulu kita harus mengeluarkan daging kelapa dan menjemurnya. Waktu yang dibutuhkan untuk penjemuran daging kelapa ini kira-kira mencapai 3 hari. Daging kelapa yang sudah dikeluarkan dan dikeringkan ini umumnya disebut dengan nama 18

33 kopra. Kandungan minyak dalam kopra sendiri adalah berkisar 66.9% seperti dapat dilihat pada Tabel 6 berikut (Williams dan Churchill, 1966). Tabel 5. Kandungan Kopra Minimal Maksimal Rata-rata Kadar air (%) Minyak (%) FFA minyak (%) (Sumber: Williams,1966) Menurut Ketaren (1986), ekstraksi dari bahan berminyak dapat menggunakan cara mechanical expression. Pada penelitian ini metode yang digunakan dalam ekstraksi minyak kelapa adalah dengan cara mechanical expression, yaitu pengambilan minyak menggunakan mesin press. Cara ini dilakukan untuk bahan yang berkadar minyak tinggi (30-70 persen). Ekstraksi seperti ini banyak dilakukan pada pabrik-pabrik minyak kelapa dengan menggunakan kopra sebagai bahan baku, karena mudah dilakukan dalam skala besar. Namun kelemahannya ialah persiapan bahan baku yang cukup lama sebelum siap diekstraksi. Serta minyak tidak seluruhnya dapat diekstraksi atau rendemen tidak terlalu tinggi. Proses ini diawali dengan mencacah kopra menjadi potongan kecil dengan hammer mill. Kemudian potongan-potongan ini dipanaskan untuk membuat protein berkoagulasi dan padatan lebih mudah ditembus minyak. Potongan ini kemudian ditekan dan minyaknya diambil. Proses ini dapat berlangsung secara kontinyu atau tidak (Woodroof, 1979). 19

34 III. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Kegiatan penelitan dilaksanakan selama bulan Februari hingga bulan Agustus Penelitian bertempat di Laboratrium Alat dan Mesin Budidaya Pertanian Leuwikopo, Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. B. Alat dan Bahan Alat alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1. Motor bakar diesel stasioner 8.5 HP Motor bakar diesel digunakan sebagai alat utama yang akan di ujicoba. Pada roda gila motor dipasangkan double belt puli yang terhubung pada puli di dynamometer. Spesifikasi mesin ini dapat dilihat pada Lampiran Elemen pemindah panas (heat exchanger) 3. Tangki minyak kelapa 4. Selang 5. Dynamometer 6. Pompa air 7. Universal joint 8. Gearbox 9. Puli dan sabuk 10. As penghubung 11. Timbangan 12. Tachometer 13. Kertas mika 14. Tabung ukur 15. Stopwatch 16. Bak penampung Air 20

35 Beberapa alat yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3 dan Gambar 4. Gambar 3. Stopwatch dan tachometer Gambar 4. Dynamometer, engine, dan tabung ukur Sedangkan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Bahan bakar solar 2. Minyak kelapa Minyak kelapa yang digunakan dalam penelitian ini dibeli dari pabrik di Ciamis. Proses ekstraksi di pabrik ini menggunakan cara pengepresan berulir. 3. Air 4. Oli dan Gemuk 21

36 C. Prosedur Penelitian Tahapan proses penelitian dapat dilihat pada Gambar5. Mulai Persiapan motor bakar serta alat dan bahan lain Modifikasi elemen Pemanas dan tangki biofuel Modifikasi water brake dynamometer Pembuatan sistem pengujian kinerja Pengujian kinerja motor bakar Pengukuran dan penghitungan hasil Selesai Gambar 5. Tahapan proses penelitan 1. Persiapan dan pengecekan motor bakar Tahap pertama dalam penelitian ini adalah menyiapkan motor bakar diesel. Motor bakar diesel yang diuji harus memiliki kondisi yang baik. Semua bagian motor dicek, jika ada kerusakan harus diperbaiki terlebih dahulu. Pengisian tangki bahan bakar dengan diesel dan penggantian oli juga perlu dilakukan. Air radiator juga ditambahkan bila diperlukan. 22

37 2. Pemasangan elemen pemanas dan tangki minyak kelapa Perancangan elemen pemanas (heat exchanger) penelitian ini mengikuti rancangan dalam penelitan miftahuddin (2009). Tujuan dalam perancangan alat ini adalah mendapatkan viskositas minyak kelapa yang mendekati solar. Hal ini didapat dengan memanfaatkan panas yang ada dari gas buang. Elemen pemindah panas atau heat exchanger yang digunakan pada saat awal adalah heat exchanger dari penelitian sebelumnya. Heat exchanger tersebut terbuat dari pipa tembaga seperti dapat dilihat pada Gambar 6. Pipa tembaga memiliki nilai konduktivitas panas 386 W/m K sehingga dapat menyalurkan panas kepada minyak kelapa dengan baik. Tembaga juga memiliki titik lebur yang tinggi yaitu 1089 C sehingga dapat menahan suhu gas buang hingga 600 C. Gambar 6. Heat exchanger Namun pada saat pengujian, heat exchanger yang menggunakan bahan dari tembaga ini patah. Hal ini menyebabkan bahan bakar minyak kelapa tidak masuk ke ruang pembakaran. Patahnya bahan disebabkan oleh 2 faktor yaitu, getaran dan suhu gas hasil pembakaran. Karena alasan tersebut bahan dari heat exchanger diganti dengan besi yang berukuran 23

38 sama dengan pipa tembaga. Pemilihan pipa besi dikarenakan titik lebur yang lebih tinggi dari tembaga, yaitu pada titik 1538 o C. Heat exchanger akan terhubung kepada tangki minyak kelapa. Biofuel akan mengalir melalui heat exchanger untuk dipanaskan sebelum masuk ke ruang bakar. Sebelum biofuel digunakan terlebih dahulu digunakan bahan bakar solar untuk memanaskan mesin. Skema pemasangan heat exchanger dan tangki minyak kelapa pada mesin diesel dapat dilihat pada Gambar 7. Tangki minyak kelapa Katup Tabung ukur Knalpot Tangki solar Heat exchanger Pipa tekanan tinggi dan injektor Katup pengatur arah Pompa injeksi Gambar 7. Skema pemasangan heat exchanger dan tangki minyak kelapa 24

39 3. Perancangan sistem pengujian kinerja dengan waterbrake dynamometer Sistem pengujian kinerja dirancang berdasarkan tujuan pengujian, yaitu mengukur RPM dari engine, torsi serta kebutuhan bahan bakar per satuan waktu. Dari data-data tersebut akan didapat kinerja suatu engine, sehingga dapat dibandingkan antara motor diesel yang menggunakan bahan bakar solar dan minyak kelapa. Bagian-bagian dari sistem pengujian kinerja ini terdiri dari dua sistem, yaitu sistem pengukuran bahan bakar serta sistem pengujian daya. Pengukuran bahan bakar diukur dengan tabung ukur yang dipasang pada papan penampang. Papan penampang perlu didesain agar dapat menahan tabung. Selain itu, perlu diperhitungkan letak keran agar penyaluran bahan bakar dari tabung ke pipa ukur lalu ke motor berjalan lancar. Sistem pengujian daya dirancang berdasarkan kemampuan menyalurkan dayanya. Selain itu getaran dan RPM dari engine menjadi faktor yang harus diperhitungkan pula. Getaran dapat mempengaruhi pembacaan torsi pada timbangan. Pengaruh RPM adalah pada pembacaan torsi, semakin tinggi RPM dynamometer maka semakin kecil torsi dan menyulitkan pembacaan. RPM yang terlalu tinggi juga menyebabkan slip dan kerusakan pada poros penghubung dan dyanometer. Sistem penyaluran daya yang dicoba pada penelitian ini adalah dengan menggunakan gearbox, puli-belt, dan penyaluran langsung. Skema penyusunan sistem pengujian kinerja daya poros dengan dinamometer yang sudah dimodifikasi dapat dilihat pada gambar 8. 25

40 Gambar 8. Skema sistem pengujian kinerja 4. Pengujian kinerja motor bakar Pengujian kinerja motor bakar dilakukan dengan 2 jenis bahan bakar. Pertama, pengujian dilakukan dengan menggunakan bahan bakar solar. Kedua, pengujian dilakukan pada saat motor bakar menggunakan bahan bakar minyak kelapa yang telah dipanaskan. Dari kedua hasil pengujian tersebut nantinya akan didapatkan perbandingan kinerja motor bakar antara yang menggunakan bahan bakar solar dengan yang menggunakan bahan bakar minyak kelapa. Pengukuran kinerja dilakukan pada RPM motor Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan dynamometer dan tachometer. Dynamometer digunakan untuk mengukur torsi yang dihasilkan mesin dengan menggunakan timbangan. Tachometer digunakan untuk mengukur RPM mesin pada sumbu dynamometer. Untuk mengukur konsumsi bahan bakar digunakan tabung ukur yang dihubungkan dengan tangki minyak kelapa dan heat exchanger. Setelah mesin menyala keran air dibuka sedikit demi sedikit sehingga RPM menurun dan torsi dapat terbaca pada timbangan. Pada pengambilan data kinerja minyak kelapa mesin dipanaskan terlebih dahulu menggunakan bahan bakar solar selama kurang lebih 10 menit. Dari data torsi dan RPM, dilakukan penghitungan untuk mengukur daya. Pengukuran bahan bakar spesifik diukur dengan menggunakan tabung ukur yang terhubung pada mesin. Pada saat 26

41 pengukuran bahan bakar keran bahan bakar dari engine ditutup dan keran dari tabung ukur dibuka. Pengukuran diamati dari waktu yang dihabiskan untuk mengkonsumsi jumlah bahan bakar sebanyak 1 ml. Berdasarkan data daya mesin diesel pada tingkat putaran mesin dan data bahan bakar spesifik dapat diperoleh efisiensi termal motor. Urutan pengujian kinerja dapat dilihat pada gambar 9. Mulai Persiapan dan pengecekan motor bakar Pemasangan elemen Pemanas dan tangki biofuel Persiapan dyanometer dan tachometer Pengukuran RPM dan torsi Pengukuran konsumsi bahan bakar spesifik Pengukuran dan Penghitungan hasil Selesai Gambar 9. Urutan pengujian kinerja 27