PEMBUATAN DAN PENGUJIAN BIODIESEL BIJI NYAMPLUNG PADA MESIN DIESEL MULTI INJEKSI DENGAN VARIASI KOMPOSISI CAMPURAN BIODIESEL DAN BIOSOLAR

Transkripsi

1 PEMBUATAN DAN PENGUJIAN BIODIESEL BIJI NYAMPLUNG PADA MESIN DIESEL MULTI INJEKSI DENGAN VARIASI KOMPOSISI CAMPURAN BIODIESEL DAN BIOSOLAR Amin Jakfar dan Bambang Sudarmanta. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS- Keputih, Sukolilo, Surabaya amin_jakfar8124@yahoo.com ABSTRAK Biji nyamplung (calophyllum inophyllum) merupakan salah satu tanaman yang dapat dipakai sebagai sumber bahan bakar yang terbarukan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui proses pembuatan biodiesel dari minyak biji nyamplung karena rendemen minyak yang di hasilkan dari bijinya lebih besar dari biji tumbuhan lain yaitu mencapai 7% dan pengaruh komposisi campurai biodiesel dengan biosolar terhadap unjuk kerja mesin diesel stasioner dengan sistem injeksi bertingkat dengan karakteristik semprotan.penelitian ini menggunakan bahan bakar biodiesel minyak biji Nyamplung dengan komposisi campuran dari,,,,, dan dengan mengaplikasikan injektor solenoid pada mesin diesel empat langkah Diamond tipe Di 8. Pengujian dilakukan dengan injeksi bertingkat pada 75%-25%. Pengujian dilakukan di Laboratorium Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar yang berada di Teknik Mesin FTI ITS Surabaya. Penelitian diawali dengan proses pembuatan biodiesel Minyak Biji Nyamplung dan pengujian properties karakteristik biodiesel sebelum dilakukannya pengujian pada mesin diesel. Kemudian, dilakukan pengujian unjuk kerja pada putaran konstan (2rpm), pengambilan data pada pembebanan 2 Watt sampai 2. Watt dengan interval 2 Watt. Hasil yang didapatkan dari penelitian adalah dengan menggunakan variasi komposisi campuran dari sampai dengan yaitu daya, torsi, dan bmep mengalami penurunan rata.21% sedangkan sfc mengalami peningkatan seiring bertambahnya variasi komposisi campuran. Effisiensi thermis mengalami penurunan pada pembebanan 12 watt sampai dengan 2 watt. Temperatur gas buang mengalami peningkatan dan temperature engine,oli dan radiator mengalami penurunan pada variasi komposisi campuran. Kata kunci: Biodiesel Biji Nyamplung,Komposisi Biodiesel dan Biosolar, Mesin Diesel Multi Injeksi. PENDAHULUAN Krisis energi dunia yang terjadi pada dekade terakhir memberikan dampak yang signifikan pada meningkatnya harga bahan bakar minyak (BBM), Eksplorasi yang terus - menerus dan meningkat menyebabkan cadangan minyak bumi semakin menipis.khususnya di Indonesia yang diperkirakan cadangan sumber daya minyak bumi yang ada tinggal 7,99 miliar barel dan dengan tingkat produksi 346 juta barel per tahun, maka cadangan ladang minyak bumi Indonesia tinggal 23 tahun mendatang [1]. Pemanfaatan sumber energi sebagai salah satu bentuk energi alternatif adalah biofuel, bioethanol dan biodiesel sebagai pengganti bensin dan solar. Sumber energi yang digunakan sebagai pengganti solar salah satunya adalah biodiesel yaitu sumber energi yang terbuat dari A-22-1

2 tumbuhan dan hewan. Dari jenis tumbuhan yang dapat dikembangkan untuk biodiesel yang ada di Indonesia salah satunya adalah pohon nyamplung (calophyllum inophyllum). Biodiesel digunakan dalam bentuk campuran antara biodiesel murni dengan biosolar. Pengkodean pencampuran biodiesel dalam biosolar ditulis dengan huruf B diikuti dengan prosentase biodiesel yang dicampurkan. Sebagai contoh adalah campuran bahan bakar yang mengandung 2% volume biodiesel dan 8% volume biosolar. Setiap campuran biodiesel-biosolar akan mempunyai karakteristik masing-masing pada saat digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel [2]. Pohon Nyamplung (calophyllum i nophyllum) merupakan salah satu sumber bahan baku biodiesel. Bagian dari pohon Nyamplung yang dapat digunakan sebagai biodiesel adalah inti bijinya. Bahan ini (biji Nyamplung) selain tidak dapat dikonsumsi, tanaman jenis tersebut juga terdapat hampir di semua Negara tropis dan subtropis, termasuk Indonesia. Biji buah Nyamplung yang sering dianggap masyarakat tidak berguna, ternyata dapat dimanfaatkan sebagai sumber bahan bakar alternatif minyak pengganti solar. Tanaman Nyamplung tersebut memiliki biji yang berpotensi menghasilkan minyak Nyamplung, terutama biji yang sudah tua. Kandungan minyaknya mencapai 5% hingga 7% (yang diperoleh secara mekanik, yaitu dengan proses pengepresan) dan mempunyai ketahanan bakar dua kali lipat lebih lama dibandingkan minyak tanah [8]. Selain itu juga karena kandungan sulfur yang dimiliki oleh minyak Nyamplung tergolong sangat rendah, sehingga jika dijadikan bahan bakar alternatif maka emisi gas buang yang dihasilkan dari proses pembakaran juga akan lebih ramah lingkungan [3]. Penelitian Jornalis Bambang Prastyanto [4], Institut Teknologi Sepuluh Nopember, FTI, jurusan Teknik Mesin dari penelitian tentang pengaruh penambahan biodiesel dari minyak biji nyamplung pada bahan bakar solar terhadap hasil uji unjuk kerja mesin diesel generator set dengan prosentase volumetris1%, 2%, 3% dan 1% (B1,, B3 dan ) yang telah dilakukan menyimpulkan bahwa: untuk daya, torsi dan bmep terjadi penurunan yang sama. Nilai penurunan rata-rata secara berturut-turut: 2,82%, 1,31%, 11,85% dan 3,23%. untuk sfc terjadi kenaikan, nilai kenaikan rata-rata secara berturut-turut : 1,87%, 2,88%, 2,72% dan 69,15%. untuk efisiensi thermis terjadi penurunan setelah penambahan lebih dari 1% biodiesel, dimana pada penambahan 1% biodiesel terjadi kenaikan 5,92%. Sedangkan nilai penurunan rata-rata secara berturut-turut: 7,9%, 12,8%, 36,23%. untuk temperatur exhaust terjadi kenaikan seiring dengan penambahan %biodiesel. Penelitian S. M. Ashrafur Rahman, et all [6], Universitas Malaysia, Fakultas Teknik, tentang Pembuatan Biodiesel dari kelapa sawit dan Calophyllum inophyllum serta investigasi kinerja campuran dan pembuangant emisi dalam mesin diesel dimodifikasi pada kondisi idle tinggi. Menyimpulkan bahwa; Brake Spesific Energi Consumsi (BSEC) biodiesel calophyllum lebih baik daripada biodiesel kelapa sawit karena memiliki nilai kalor yang lebih tinggi. Emisi CO dan HC menurun dengan meningkatnya presentase campuran. Peningkatan emisi NOx untuk persentase kecil campuran diabaikan dibandingkan dengan diesel, bagaimanapun. Untuk kondisi 1 RPM beban 1% dan 12 RPM 12% beban BTE untuk kedua campuran biodiesel-solar menurun signifikan. Penelitian yang dilakukan Sudarmanta, B, et all,[5] Institut Teknologi Sepuluh Nopember,FTI, jurusan Teknik Mesin, tentang Pengaruh Penambahan Biodiesel Terhadap Unjuk Kerja dan Emisi Motor Diesel Pada Derajat Waktu Injeksi Advanced, Menyimpulkan bahwa; A-22-2

3 Pada pemakaian 1 % biodiesel dapat mengurangi durasi ignition delay sampai 4 deg, durasi premixed combustion sampai 2 deg, heat release total sampai 26 %, emisi soot sampai 3 % serta meningkatkan durasi diffusion combustion sebesar 3 deg dibandingkan dengan fossil diesel. Pada pengukuran unjuk kerja mesin menunjukkan bahwa penambahan persentase biodiesel kedalam campuran bahan bakar menghasilkan penurunan unjuk kerja (torsi, daya, bmep dan effisiensi thermis) 1 3 % untuk setiap penambahan 2% biodiesel pada campuran bahan bakar dan kenaikan bsfc 2-4 % untuk setiap penambahan 2% biodiesel pada campuran bahan bakar. Pada pengukuran emisi mesin menunjukkan bahwa penambahan persentase biodiesel kedalam campuran bahan bakar menghasilkan penurunan emisi partikel soot 4 6 % untuk setiap penambahan 2% biodiesel pada campuran. METODE PENELITIAN Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui cara pembuatan dan pengujian biodiesel biji nyamplung yang diuji pada mesin diesel stasioner multi injeksi. Pengujian dilakukan dengan memvariasikan campuran biodiesel biji nyamplung dengan biosolar dari pertamina.variasi campuran yang digunakan adalah,,,, dan. Sebelum pengujian dilakukan, terlebih dahulu dilakukan pencampuran bahan bakar biosolar dari pertamina dengan biodiesel nyamplung.sebagai contoh dengan perbandingan 8% solar + 2% biodiesel adalah untuk memperoleh campuran biodiesel. Berikut skema engine dan alat ukur yang digunakan dalam penelitian ini (Gambar.1). Gambar 1. Skema engine alat ukur Gambar 1 Skema engine dan alat ukur Dari Gambar 1 dapat dilihat skema pengujian pada engine diesel Diamond tipe Di 8, dimana engine dan generator dihubungkan dengan menggunakan v-belt. Alat ukur dipasangkan seperti terlihat pada gambar, dimana pada generator dipasangkan voltmeter dan amperemeter untuk pembacaan arus dan tegangan. Penelitain ini menggunakan metode pengujian kecepatan konstan ( constant speed test). Pengujian dilakukan dengan menaikkan putaran mesin hingga mesin mencapai putaran optimum, kemudian generator dinyalakan dan diberikan pembebanan dengan menggunakan lampu secara betahap. Kemudian dilakukan pengukuran tegangan dan arus output dari generator, pengukuran waktu konsumsi 25ml bahan bakar dan mengukur temperatur gas buang, temperatur engine, temperatur oli pelumas, dan temperatur radiator. Prosedur untuk pengujian adalah pertama dilakukan pencampuran bahan bakar dari sampai dengan. Kemudian dilakukan pengecekan pada komponen engine dan juga alat ukurnya. Setelah itu mesin dihidupkan dengan settingan injeksi bertingkat 75%-25% pada putaran idle ( + 8 rpm) selama + 5 menit sampai mesin mencapai suhu kerja. Kemudian putaran engine dinaikkan hingga putaran 2 rpm dan diberikan beban dari generator yang A-22-3

4 diatur dengan menyalakan lampu sebesar 2 Watt sampai dengan 2 Watt dengan interval 2 Watt. Pada setiap perubahan pembebanan lampu dilakukan pencatatan data sebagai berikut : Tegangan, Arus, Waktu konsumsi bahan bakar setiap 25 ml, Temperatur oli, gas buang, engine dan radiator.. Selanjutnya dilakukan penggantian bahan bakar dari,,,, dan yang dibuang melalui saluran bahan bakar yang kemudian dilakukan pengujian ulang. Setelah semua variasi campuran bahan bakar selesai diuji, putaran engine diturunkan perlahan. Kemudian engine dimatikan, ECU dan semua alat ukur elektronik dimatikan. HASIL DAN DISKUSI Berikut grafik unjuk kerja dan temperatur hasil perhitungan data penelitian setelah pengambilan semua data dilakukan pada masing-masing variasi campuran bahan bakar: 1. Daya efektif (Ne) Dari grafik diatas terlihat bahwa daya yang dihasilkan meningkat seiring dengan meningkatnya beban yang diberikan. Pada putaran motor yang konstan untuk mengatasi beban yang semakin besar maka bahan bakar yang diinjeksikan akan semakin banyak. Sehingga pembakaran bahan bakar yang terjadi diruang bakar lebih besar. Sehingga energi kalor yang dimiliki bahan bakar yang diubah menjadi energi mekanik juga akan semakin meningkat..dari grafik terlihat penambahan % biodiesel minyak biji nyamplung pada biosolar memiliki kecenderungan menurunkan daya. Hal ini disebabkan kurang tercapainya pembakaran yang sempurna dikarenakan semakin tingginya nilai viskositas, yang dapat menyebabkan semakin rendahnya kemampuan untuk membentuk campuran yang homogen dengan udara. Meskipun biodiesel mengandung kadar O2, yang dapat membantu proses pembakaran lebih sempurna, namun hal ini masih belum mencukupi untuk tercapainya pembakaran yang optimal seperti halnya pada biosolar. Daya (hp) Daya Vs Beban Gambar 2. Grafik daya terhadap beban Gambar 2. Grafik daya terhadap beban 2. Torsi (T) Dari Gambar 3 terlihat bahwa nilai torsi meningkat seiring dengan meningkatnya beban yang diberikan. Hal ini disebabkan karena dengan penambahan beban maka terjadi penambahan konsumsi bahan bakar pada engine. Penambahan bahan bakar tersebut dimaksudkan untuk mengatasi beban dan menjaga putaran engine tetap konstan, sehingga terjadi pembakaran yang lebih besar. Energi kalor bahan bakar yang diubah menjadi energi mekanik juga bertambah besar, yang merupakan representasi gaya dorong pada piston. Bila gaya dorong pada piston besar, maka torsi juga akan besar.dengan semakin besarnya A-22-4

5 penambahan % biodiesel dari minyak biji nyamplung pada biosolar hal ini mengakibatkan nilai torsi semakin menurun. Hal ini disebabkan semakin besar % penambahan biodiesel minyak biji nyamplung pada biosolar mengakibatkan menurunnya nilai kalor. Sehingga semakin besar penambahan % biodiesel pada solar akan dapat menurunkan nilai torsi. Torsi Vs Beban Torsi (N.m) Gambar 3. Grafik torsi terhadap beban Gambar 3. Grafik torsi terhadap beban 3. Tekanan Efektif Rata-rata (bmep) bmep Vs Beban bmep (kpa) Gambar 4. Grafik bmep terhadap beban Dari Gambar 4 terlihat bahwa besarnya bmep meningkat seiring dengan meningkatnya beban yang diberikan, hal ini disebabkan karena injeksi bahan bakar yang masuk kedalam ruang bakar yang semakin besar, sehingga pembakaran yang terjadi semakin besar, yang merupakan kompensasi untuk menjaga putaran engine konstan.dari gambar 4 menunjukkan bahwa penambahan biodiesel minyak biji nyamplung pada biosolar dapat menurunkan nilai bmep. Penyebab turunnya nilai bmep karena faktor nilai kalor. Karena penambahan % biodiesel minyak biji nyamplung pada biosolar dapat menurunkan nilai kalor, maka hal ini dapat menyebabkan nilai bmep turun. A-22-5

6 4. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) Dari Gambar 5 dapat dilihat bahwa pemakaian bahan bakar spesifik cenderung menurun seiring dengan bertambahnya beban. Hal ini disebabkan karena campuran bahan bakar dan udara yang terlalu miskin, sehingga untuk menghasilkan daya 1 hp dalam 1 jam membutuhkan lebih banyak bahan bakar. Seiring dengan bertambahnya beban serta peningkatan daya, engine semakin efektif dalam mengkonsumsi bahan bakar. sfc (kg/hp.jam) sfc Vs Beban Gambar 5. Grafik sfc terhadap beban Gambar 5. Grafik sfc terhadap beban 4. Efisiensi Thermal (ηth) Eff thermal (%) Eff thermal Vs Beban Gambar 6. Grafik efisiensi thermal terhadap beban Gambar 6. Grafik efisiensi thermal terhadap beban Dari Gambar 6 dapat dilihat terjadinya peningkatan efisiensi thermal dengan bertambahnya beban. Pada beban rendah, efisiensi thermal engine bernilai rendah, hal ini terjadi akibat campuran udara bahan bakar yang miskin sehingga pembakaran yang terjadi kurang baik, sehingga pemanfaatan energi bahan bakar yang belum optimal. Seiring dengan naiknya pembebanan, pemanfaatan energi yang semakin baik, sehingga proses pembakaran semakin optimal yang berdampak pada efisiensi thermal pada engine yang naik. Penambahan % campuran biodiesel minyak biji nyamplung pada biosolar mengakibatkan penurunan nilai efisiensi thermis. Menurunnya nilai sfisiensi thermis disebabkan oleh rendahnya nilai kalor. Selain itu tingginya nilai viscositas biodiesel menjadikan kemampuannya untuk membentuk campuran homegen dengan udara menjadi rendah karena A-22-6

7 T. Exhaust (⁰C) penambahan biodiesel pada bahan bakar solar pada dasarnya dapat mempengaruhi karakterisasi berupa diameter rata-rata droplate yang lebih besar dan penetrasi semprotan yang lebih panjang. Hal ini menyebabkan pembakaran menjadi kurang sempurna dan efisiensi thermis menjadi lebih rendah. 5. Temperatur Exhaust (⁰C) Dari gambar 7 di bawah dapat dilihat bahwa temperatur gas buang cenderung naik seiring dengan bertambahnya beban. Hal ini disebabkan karena dengan bertambahnya jumlah kebutuhan bahan bakar untuk meningkatkan daya yang bertujuan kompensasi dari kenaikan beban. Volume bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam ruang bakar semakin banyak sehingga pembakaran yang terjadi akan semakin besar, sehingga temperatur gas buang ikut meningkat. T. Exhaust Vs Beban Gambar 7. Grafik temperatur gas buang terhadap beban terhadap beban T. Engine (⁰C) Gambar 8. Grafik temperatur engine T. Engine Vs Beban Gambar 7. Grafik temperatur gas buang terhadap beban terhadap beban Gambar 8. Grafik temperatur engine T. Oli (⁰C) Temperatur Engine, Oli Pelumas dan Radiator (⁰C) Dari Gambar 8, 9 dan 1 dapat dilihat tren grafik yang menunjukkan temperatur engine, oli dan radiator cenderung naik seiring dengan bertambahnya beban. Hal ini dikarenakan meningkatanya temperatur gas buang sehingga beban pendinginan juga semakin besar yang mengakibatkan temperatur pada engine, Oli pelumas dan Radiator juga mengalami peningkatan meskipun tidak signifikan. T. Oli Vs Beban Gambar 9. Grafik temperatur radiatorgambar 1. Grafik temperatur oli Terhadap beban terhadap beban T. Radiator (⁰C) T. Radiator Vs Beban Gambar 9. Grafik temperatur radiator Terhadap beban Gambar 1. Grafik temperatur oli terhadap beban A-22-7

8 KESIMPULAN 1. Daya efektif, torsi dan bmep yang dihasilkan menurun pada variasi campuran penambahan % biodiesel yaitu rata-rata sebesar,21%. 2. Nilai untuk sfc terjadi kenaikan, nilai kenaikan rata-rata secara berturut-turut :1,41%, 2,78%, 2,89%, 4,98%, 5.78% dan 69,11%. 3. Nilai efisiensi thermis pada variasi komposisi campuran sampai dengan mengalami penurunan dari pembebanan 12 watt sampai dengan pembebanan 2 watt. 4. Temperatur gas buang pada variasi komposisi campuran cendrung meningkat dibandingkan dengan variasi komposisi campuran B dibawahnya. 5. Pada variasi komposisi campuran, temperatur engine, oli pelumas dan radiator cendrung menurun dibandingkan dengan variasi komposisi campuran B dibawahnya. Dari penelitian yang telah dilakukan, saran yang dapat direkomendasikan untuk penelitian selanjutnya adalah : 1. Perlu dilakukannya penelitian tentang pengaruh percampuran jenis methanol dan kuantitas metanol pada saat proses transesterifikasi. Sehingga kualitas dari biodiesel diharapkan menjadi lebih baik. 2. Perlu dilakukannya penelitian tentang pengaruh pemakaian campuran biodiesel minyak biji nyamplung yang ditambahkan pada biosolar terhadap komponen-komponen mesin seperti pompa bahan bakar dan injektor. DAFTAR PUSTAKA 1. Annual Book of ASTM Standards, Ehsan Md, Taposh Rahat Miagi, Islam Mazharul Md, (27), Running A Diesel Engine With Biodiesel, Proceedings of the International Conference on Mechanical Engineering, Dhaka, Bangladesh, ICME7-TH Hendro [Sound Recording], (212), FMIPA KIMIA ITS, Surabaya 4. Prastyanto J. Bambang, (212), Pengaruh Penambahan Biodiesel dari minyak biji Nyamplung pada bahan bakar Solar terhadap hasil uji kerja Mesin Diesel Generator Set Skripsi ITS, Surabaya. 5. Kawono Djoko Sungkono and Sudarmanta Bambang, Diesel and Palm Methylester Atomisation Characteristic of type diesel injection suply, [Journal]. 6. S. M. Ashrafur Rahman, et all (213), Pembuatan Biodiesel dari Kelapa Sawit dan Biji Nyamplung serta investigasi kinerja campuran dan pembuangan emisi dalam mesin diesl dimodifikasi pada kondisi idle tinggi, Journal, Fakultas Teknik, Universitas Malaya, Kualalumpur Malaysia.. 7. Kawano, D. Sungkono (211). Motor BakarTorak (Diesel). ITS Press. Surabaya. 8. Yunitasari E. P, and Arani I, (21), Pengaruh Jenis Solvent dan Variasi Tray Pada Pengambilan Minyak Nyamplung Dengan Metode Ekstrasi Kolom [Book]. A-22-8