PENGARUH VARIASI PERBANDINGAN BAHAN BAKAR SOLAR-BIODIESEL (MINYAK JELANTAH) TERHADAP UNJUK KERJA PADA MOTOR DIESEL

Transkripsi

1 PENGARUH VARIASI PERBANDINGAN BAHAN BAKAR SOLAR-BIODIESEL (MINYAK JELANTAH) TERHADAP UNJUK KERJA PADA MOTOR DIESEL SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memproleh Gelar Sarjana Teknik IKHSAN SUKRI NIM: DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2

3

4

5

6

7

8

9 i ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh persentase campuran biodiesel pada solar terhadap unjuk kerja mesin diesel dengan menggunakan metode variable speed (1200, 1500, 1800, 2100, dan 2400) rpm dan variable load (0,5, 1, dan 1,5) kg. Dalam penelitian ini menggunakan mesin diesel TD110- TD115 Test Bed and Instrument for Small Engines. Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah Torsi, Daya, Rasio Perbandingan Udara-Bahan Bakar (AFR), Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc), Efisiensi Volumetris, dan Efisiensi Thermal Brake. Bahan bakar yang digunakan adalah solar murni, dan campuran biodiesel 5% (B5), 10% (B10), 15% (B15) dan 20% (B20). Dari penelitian ini unjuk kerja mesin diesel tertinggi diperoleh pada penggunaan bahan bakar solar masing-masing pada putaran 2400 rpm dimana Torsi maksimal sebesar 5,5 (Nm; Daya terbesar 1,382 (kw); Konsumsi Bahan Bakar Spesifik paling ekonomis sebesar 211,349 (g/kwh); Perbandingan Udara- Bahan Bakar (AFR ) terbesar 53,565; Efisiensi Volumetris terbesar 0,808 (80,8%); Efisiensi Thermal Brake terbesar 0,422 (42,2%). Kata kunci: unjuk kerja, mesin diesel, biodiesel.

10 ii ABSTRACT This study aimed to determine the effect of the percentage of biodiesel in diesel fuel mixture on diesel engine performance by using variable speed (1200, 1500, 1800, 2100, and 2400) rpm and a variable load (0.5, 1, and 1.5) kg. In this study using a diesel engine TD110-TD115 Test Bed and Instrument for Small Engines. The parameters measured in this study is Torque, Power, Air Fuel Ratio (AFR), Specific Fuel Consumption (sfc), Volumetric Efficiency, and Brake Thermal Efficiency. Fuel used is pure diesel and biodiesel blend 5% (B5), 10% (B10), 15% (B15) and 20% (B20). From this study the highest performance diesel engines obtained on the use of diesel fuel each at rotation 2400 rpm where maximum torque of 5.5 (Nm); Power 1,382 (kw); Specific Fuel Consumption for the most economical (g/kwh ); Air Fuel Ratio (AFR) ; Volumetric Efficiency of (80.8%); Brake Thermal Efficiency (42.2%). Keywords: performance, diesel engine, biodiesel.

11 iii KATA PENGANTAR Puji syukur dan terima kasih penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, Tuhan yang Maha Kuasa. Shalawat dan salam selalu tercurah kepada Nabi Muhammad SAW yang telah membawa kita dari zaman jahiliyah ke zaman ilmiah sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Tugas Sarjana/Skripsi ini adalah salah satu syarat menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar Sarjana Teknik (ST) di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik,. Adapun judul Tugas Sarjana/Skripsi yang diambil dari mata kuliah Motor Bakar ini, yaitu PENGARUH VARIASI PERBANDINGAN BAHAN BAKAR SOLAR- BIODIESEL (MINYAK JELANTAH) TERHADAP UNJUK KERJA PADA MOTOR DIESEL. Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis telah banyak mendapat dukungnan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Abdul Halim Nst, MSc. Selaku dosen pembimbing penulis yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan tugas sarjana ini. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, dan Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik,. 3. Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc. selaku dosen Koordinator Program Pendidikan Sarjana Ekstensi Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik,. 4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Dosen Pembanding I dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST. MT. selaku Dosen Pembanding II yang telah membimbing penulis dalam menyempurnakan tugas sarjana ini. 5. Bapak/Ibu staff pengajar dan pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik,.

12 iv 6. Staff Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik, yang telah banyak membantu dan membimbing penulis selama penelitian ini berlangsung. 7. Keluarga penulis, rasa hormat penghargaan dan terima kasih yang terbesar kepada kedua orangtua penulis, Ayahanda H. Muhammad Sidi dan Ibunda Mufliha, yang senantiasa memberikan motivasi dan arahan bagi penulis. Serta adik-adik penulis Muhammad Lukman dan Ahmad Baihaqi. 8. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin Program Pendidikan Ekstensi, terkhusus stambuk 2010 yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu, Solidarity Forever. Semoga Allah SWT, Tuhan Yang Maha Kuasa membalas seluruh kebaikan yang telah diberikan kepada penulis. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas Sarjana ini, baik karena keterbatasan ilmu dan juga pengalaman. Karena itu, penulis mengharapkan saran yang bersifat membangun, untuk kesempurnaan Tugas Sarjana ini. Semoga Tugas Sarjana ini dapat memberikan manfaat bagi para pembaca. Medan, 04 Januari 2013 Penulis, IKHSAN SUKRI NIM:

13 v DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL... vii DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR NOTASI... x BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Manfaat Pengujian Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Motor Diesel Prinsip Kerja Mesin Diesel Perbedaan Utama Mesin Diesel dan Mesin Bensin Bahan Bakar dan Pembakaran Bahan Bakar Diesel Pembakaran Bahan Bakar Diesel Biodiesel (Fatty Acid Methyl Ester) Karakteristik Biodiesel Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas (Jelantah) Proses Produksi Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas Beberapa Definisi Prestasi Mesin Torsi dan daya Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) Perbandingan Udara Terhadap Bahan Bakar Efisiensi Volumetris... 25

14 vi Efisiensi Termal Brake Nilai Kalor Bahan Bakar BAB III METODOLOGI PENELITIAN Objek Penelitian Parameter Penelitian Waktu dan Tempat Sampel Pengujian Metode Pengumpulan data Metode Pengolahan Data Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Prosedur Pengujian Performansi Motor Diesel BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel Torsi Daya Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) Rasio Perbandingan Udara Bahan Bakar Efisiensi Volumetris Efisiensi Thermal Brake BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

15 vii DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbedaan utama motor diesel dan motor bensin... 6 Tabel 2.2 Data karakteristik mutu solar Tabel 2.3 Beberapa tanaman penghasil minyak di Indonesia Tabel 2.4 Struktur kimia asam lemak pada biodiesel Tabel 2.5 Sifat-sifat fisik biodiesel metil ester dan solar Tabel 2.6 Standar mutu biodiesel indonesia Tabel 3.1 Data Spesifikasi mesin diesel uji TD110-TD115 Test Bed and instrument for small engines Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan Bom Kalorimeter untuk bahan bakar solar dan biodiesel minyak jelantah murni (B100) Tabel 4.2 Data hasil pengujian dan perhitungan Bom Kalorimeter untuk campuran variasi perbandingan bahan bakar solar dan biodiesel Tabel 4.3 Nilai kalor bawah bahan bakar (Low Heating Value/LHV) untuk bahan bakar solar dan biodiesel minyak jelantah murni (B100) Tabel 4.4 Nilai kalor bawah bahan bakar (Low Heating Value/LHV) untuk campuran variasi perbandingan bahan bakar solar dan biodiesel minyak jelantah Tabel 4.5 Bahan bakar solar Tabel 4.6 Bahan bakar solar 95% + biodiesel minyak jelantah 5% (B5) Tabel 4.7 Bahan bakar solar 90% + biodiesel minyak jelantah 10% (B10) Tabel 4.8 Bahan bakar solar 85% + biodiesel minyak jelantah 15% (B15) Tabel 4.9 Bahan bakar solar 80% + biodiesel minyak jelantah 20% (B20) Tabel 4.10 Daya tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban dan putaran Tabel 4.11 sfc tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban dan putaran Tabel 4.12 AFR tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban dan putaran Tabel 4.13 Efisiensi volumetris (η v ) tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban dan putaran Tabel 4.14 Jumlah air yang terbentuk dari pembakaran tiap 1 kg biodiesel (B100) Tabel 4.15 Efisiensi termal brake (η b ) tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban dan putaran... 72

16 viii DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Silinder... 7 Gambar 2.2 Langkah Hisap... 8 Gambar 2.3 Langkah Kompresi... 8 Gambar 2.4 Langkah Kerja/Pembakaran... 9 Gambar 2.5 Langkah Buang... 9 Gambar 2.6 Diagram P-V Udara Tekanan Konstan Gambar 2.7 Reaksi Transesterifikasi Gambar 2.8 Bagan alir proses pembuatan biodiesel Gambar 3.1 Jenis Bahan Bakar Pengujian Gambar 3.2 Bom Kalorimeter Gambar 3.3 Diagram Alir Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Gambar 3.3 Mesin Uji TD 110 TD 115 Test Bed and Instrument for Small Engines 4 Stroke 1 Cylinder Gambar 3.5 Diagram Alir Pengujian Performansi Motor Diesel Gambar 4.1 Grafik HHV vs Bahan Bakar Solar dan B Gambar 4.2 Grafik HHV vs Bahan Bakar B5, B10, B15, dan B Gambar 4.3 Grafik LHV vs Bahan Bakar Solar dan B Gambar 4.4 Grafik LHV vs Bahan Bakar B5, B10, B15, dan B Gambar 4.5 Grafik Torsi vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg Gambar 4.6 Grafik Torsi vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg Gambar 4.7 Grafik Torsi vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg Gambar 4.8 Grafik Daya vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg Gambar 4.9 Grafik Daya vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg Gambar 4.10 Grafik Daya vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg Gambar 4.11 Grafik sfc vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg Gambar 4.12 Grafik sfc vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg Gambar 4.13 Grafik sfc vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg Gambar 4.14 Kurva Viscous Flow Meter Calibration Gambar 4.15 Kurva Pembacaan Manometer mmh 2 O Gambar 4.16 Grafik AFR vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg... 63

17 ix Gambar 4.17 Grafik AFR vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg Gambar 4.18 Grafik AFR vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg Gambar 4.19 Grafik efisiensi volumetris (η v ) vs Putaran Mesin (rpm) Gambar 4.20 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk Beban 0,5 kg Gambar 4.21 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk Beban 1 kg Gambar 4.22 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk Beban 1,5 kg... 74

18 x DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan P B Daya keluaran Watt n Putaran mesin rpm T Torsi N.m sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kwh m f Laju aliran bahan bakar kg/jam sg f Spesifik gravity 9,81 m/s 2 V f Volume bahan bakar yang diuji ml t f Waktu untuk menghabiskan bahan bakar detik AFR Air Fuel Ratio m a Laju aliran massa udara kg/jam C f Faktor koreksi Ta Temperatur udara K η v Efisiensi volumetris ρ a Kerapatan udara kg/m 3 V s Volume langkah Torak cc R Konstanta gas J/kg.K η b Efisiensi thermal brake C v Panas jenis bom kalorimeter kj/kg. o C CV Nilai kalor bahan bakar kj/kg HHV Nilai kalor atas bahan bakar kj/kg LHV Nilai kalor bawah bahan bakar kj/kg M Persentase kandungan air dalam bahan bakar Q lc Kalor laten kondensasi uap air kj/kg