PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR MINYAK KELAPA SAWIT DENGAN CAMPURAN SOLAR DAN BIOSOLAR TERHADAP PERFORMANSI MESIN DIESEL

Transkripsi

1 PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR MINYAK KELAPA SAWIT DENGAN CAMPURAN SOLAR DAN BIOSOLAR TERHADAP PERFORMANSI MESIN DIESEL SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik FELIX MARBUN NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

2 ABSTRAK Kelangkaan akan bahan bakar minyak (BBM) yang terjadi akibat jumlah nya yang terbatas, sedangkan kebutuhan akan BBM semakin hari semakin meningkat, hal ini mendorong perlu dilakukannya penelitian untuk mengembangkan sumber bahan bakar alternatif lain sebagai pengganti solar. Berdasarkan pemikiran tersebut maka dilakukan pengujian mesin diesel TD 110- TD 115 Test Bed and Instrumentation for small Engines dengan penggunaan bahan bakar minyak kelapa sawit dengan campuran solar dan biosolar. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan pengaruh penggunaan bahan bakar minyak kelapa sawit dengan campuran solar dan biosolar terhadap performansi mesin diesel serta pengaruhnya terhadap parameter unjuk kerja mesin diesel maupun kandungan emisi gas buang yang dihasilkan motor diesel. Dalam hal ini peneliti melakukan pengambilan data-data dari hasil laboratorium dan analisa yang telah dilakukan. Data yang diperoleh pada penggunaan campuran bahan bakar solar + minyak kelapa sawit dan pencampuran biosolar dengan minyak kelapa sawit performansi tertinggi ialah diperoleh pada penggunaan campuran bahan bakar 0,80 L solar + 0,20 L minyak kelapa sawit di mana Torsi yang diperoleh adalah 6,6 Nm, daya 1,521 kw, perbandingan udara bahan bakar 30,164 efisiensi volumetris 48,1 % dan efisiensi termal brake 38,4 %. Tetapi untuk konsumsi bahan bakar spesifik tertinggi pada campuran bahan bakar 0,90 L solar + 0,10 L minyak kelapa sawit sebesar 905,759 g/kwh. Untuk performansi mesin diesel terendah terdapat pada campuran bahan bakar 0,90 L solar + 0,10 L minyak kelapa sawit di mana torsi sebesar 1,3 Nm, daya 0,191 kw, efisiensi volumetris14,6 % dan efisiensi termal brake 8,8 % tetapi untuk konsumsi bahan bakar spesifik terendah pada campuran bahan bakar 0,80 L solar + 0,20 L minyak kelapa sawit sebesar 186,062 g/kwh dan perbandingan udara bahan bakar terendah terdapat pada campuran 0,95 L solar + 0,05 L minyak kelapa sawit sebesar 7,628. Kata kunci : performansi mesin diesel, bahan bakar diesel, minyak kelapa sawit.

3 ABSTRACT Scarcity would fuel oil, which occurs due to its limited amount, while demand for fuel is increasingly rising, it is encouraged to do research to develop alternative fuel sources as a substitute for diesel. Based on such consideration is testing diesel-td 110 TD 115 Test Bed and Instrumentation for Small Engines with the use of palm oil fuel with a mixture of diesel and biodiesel. This study aims to compare the effect of the use of palm oil fuel with a mixture of diesel and biodiesel to diesel engine performance and its effect on diesel engine performance parameters and content of the resulting exhaust emissions of diesel motors. In this case the researchers conducted a data retrieval from the laboratory results and analysis has been done. Data obtained on the use of a mixture of diesel fuel and palm oil + biodiesel blending palm oil with the highest performance is obtained on the use of a mixture of diesel fuel 0.80 L L where palm oil is obtained torque is 6, 6 Nm, power kw, air-fuel ratio volumetris % efficiency and brake thermal efficiency of 38.4%. But for the specific fuel consumption was highest in the fuel mix 0.90 L L diesel oil palm at g / kwh. For the lowest performance diesel engine fuel mixture contained in 0.90 L L diesel oil palm plantations in which a torque of 1.3 Nm, power kw, efficiency volumetris14, 6% and 8.8% brake thermal efficiency but for the lowest specific fuel consumption in the fuel mix 0.80 L L diesel oil palm for g / kwh and fuel air ratio in the mixture are the lowest 0.95 L L diesel oil palm of Key words: performance of diesel engines, diesel fuel, palm oil.

4 KATA PENGANTAR Puji syukur dan terimakasih saya panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kekuatan dan hikmat yang diberikan-nya sehingga skripsi ini dapat saya selesaikan dengan baik. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik,. Adapun yang menjadi judul dari pada skripsi ini yaitu Pengaruh penggunaan bahan bakar solar dan biosolar dengan campuran minyak kelapa sawit terhadap performansi mesin disel dan emisi gas buang. Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis banyak mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, MSc, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 3. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT dan Bapak Tulus B Sitorus, ST. MT selaku penguji dan yang telah membimbing penulis dalam menyempurnakan tugas sarjana ini. 4. Bapak / Ibu staf pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 5. Kedua orangtua saya, Ayahanda A. Marbun dan Ibunda P. br. Aritonang serta abang dan kakak saya Roi dan Nella, yang senangtiasa memberikan motivasi dan arahan bagi saya. 6. Seluruh rekan rekan mahasiswa Teknik Mesin Program Pendidikan Ekstensi, terkhusus stambuk 2009 Irsan, Ronald, dan yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu.

5 7. Staf laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara, bang Atin dan Andre yang telah banyak membantu dan membimbing penulis selama penelitian ini berjalan. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk penyempurnaan Skripsi ini. Sebelum dan sesudahnya Penulis ucapkan banyak terimakasih. Medan, Mei 2012 Penulis, Felix Marbun

6 DAFTAR ISI ABSTRAK... KATA PENGANTAR. DAFTAR ISI. DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR i iii v viii x DAFTAR NOTASI... xv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Pengujian Batasan Masalah Metode Pembahasan Sistematika Penulisan BAB II TINJAUAN PUSTAKA Motor Diesel Bahan Bakar dan Pembakaran Bahan Bakar Disel Sifat Minyak Bahan Bakar Pembakaran Performansi Motor Diesel Torsi dan Daya Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR) Efisiensi Volumetris Efisiensi Termal Brake... 15

7 2.4 Nilai Kalor Bahan Bakar Bahan Bakar Diesel Biodiesel Karakteristik Biodiesel Biodiesel dari Minyak Kelapa Sawit Emisi Gas Buang Pengendalian Emisi Gas Buang 28 BAB III METODOLOGI PENGUJIAN Waktu dan Tempat Bahan dan Alat Bahan Alat Metode Pengumpulan Data Pengamatan dan Tahap Pengujian Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Prosedur Pengujian Performansi Motor Diesel Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang.. 41 BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel Torsi Daya Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Rasio Perbandingan Udara Bahan Bakar Efisiensi Volumetris Efisiensi Termal Brake.. 95

8 4.3 Pengujian Emisi Gas Buang Kadar Carbon Monoksida (CO) dalam Gas Buang Kadar NO x dalam Gas Buang Kadar CO 2 dalam Gas Buang Kadar Sisa Oksigen (O 2 ) dalam Gas Buang 127 BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan Saran. 140 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

9 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Karakteristik Solar...18 Tabel 2.2 Karakter Biosolar...19 Tabel 2.3 Struktur Kimia Asam Lemak pada Biodiesel...20 Tabel 2.4 Perbandingan Biodiesel dan Solar...23 Tabel 2.5 Karakteristik Mutu Biodiesel dari Minyak Kelapa Sawit...25 Tabel 3.1 Data Spesifikasi TD110 TD Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan Bom Kalorimeter...45 Tabel 4.2 Data hasil pengujian dan perhitungan Bom Kalorimeter...47 Tabel 4.3 Data hasil pengujian dan perhitungan Bom Kalorimeter...49 Tabel 4.4 Tabel Nilai Kalor Bawah Bahan Bakar...50 Tabel 4.5 Tabel Nilai Kalor Bawah Bahan Bakar Solar...51 Tabel 4.6 Tabel Nilai Kalor Bawah Bahan Bakar Biosolar...52 Tabel 4.7 Bahan Bakar 0,95 L Solar + 0,05 L Minyak Kelapa Sawit...54 Tabel 4.8 Bahan Bakar 0,90 L Solar + 0,10 L Minyak Kelapa Sawit...55 Tabel 4.9 Bahan Bakar 0,85 L Solar + 0,15 L Minyak Kelapa Sawit...56 Tabel 4.10 Bahan Bakar 0,80 L Solar + 0,20 L Minyak Kelapa Sawit...57 Tabel 4.11 Bahan Bakar 0,95 L Biosolar + 0,05 L Minyak Kelapa Sawit...58 Tabel 4.12 Bahan Bakar 0,90 L Biosolar + 0,10 L Minyak kelapa Sawit...59 Tabel 4.13 Bahan bakar 0,85 L Biosolar + 0,15 L Minyak Kelapa Sawit...60 Tabel 4.14 Bahan Bakar 0,80 L Biosolar + 0,20 L Minyak Kelapa Sawit...61

10 Tabel 4.15 Daya Solar + Minyak Kelapa Sawit Tabel 4.16 Daya Biosolar + Minyak Kelapa Sawit...68 Tabel 4.17 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Solar + Minyak Kelapa Sawit...75 Tabel 4.18 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Biosolar + Minyak Kelapa Sawit...76 Tabel 4.19 Rasio Perbandingan Udara Solar + Minyak Kelapa Sawit...84 Tabel 4.20 Rasio Perbandingan Udara Biosolar + Minyak Kelapa Sawit...85 Tabel 4.21 Efisiensi Volumetris Solar + Minyak Kelapa Sawit...92 Tabel 4.22 Efisiensi Volumetris Biosolar + Minyak Kelapa Sawit...93 Tabel 4.23 Jumlah air yang terbentuk dari pembakaran tiap 1 kg biodiesel Tabel 4.24 Efisiensi Termal Brake Solar + Minyak Kelapa Sawit Tabel 4.25 Efisiensi Termal Brake Biosolar + Minyak Kelapa Sawit 101 Tabel 4.26 Kadar CO dalam gas buang..107 Tabel 4.27 Kadar CO dalam gas buang Tabel 4.28 Kadar NO x dalam gas buang Tabel 4.29 Kadar NO x dalam gas buang Tabel 4.30 Kadar CO 2 dalam gas buang Tabel 4.31 Kadar CO 2 dalam gas buang Tabel 4.32 Kadar Sisa Oksigen (O 2 ) dalam gas buang Tabel 4.33 Kadar Sisa Oksigen (O 2 ) dalam gas buang...131

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Reaksi Transesterifikasi...24 Gambar 3.1 Campuran Biosolar dengan Minyak Kelapa Sawit...32 Gambar 3.2 Campuran Solar dengan Minyak Kelapa Sawit...32 Gambar 3.3 Bom Kalorimeter...33 Gambar 3.4 Diagram alir pengujian nilai kalor bahan bakar...35 Gambar 3.5 Mesin Uji...36 Gambar 3.6 Diagram alir pengujian performansi motor diesel...40 Gambar 3.7 Auto logic gas analizer...41 Gambar 3.8 Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar diesel...42 Gambar 4.1 Grafik pengujian Bom kalorimeter jenis bahan bakar vs HHV...46 Gambar 4.2 Grafik pengujian Bom kalorimeter jenis bahan bakar vs HHV...48 Gambar 4.3 Grafik pengujian Bom kalorimeter jenis bahan bakar vs HHV...50 Gambar 4.4 Grafik pengujian Bom kalorimeter jenis bahan bakar vs LHV...51 Gambar 4.5 Grafik pengujian Bom kalorimeter jenis bahan bakar vs LHV...52 Gambar 4.6 Grafik pengujian Bom kalorimeter jenis bahan bakar vs LHV...53 Gambar 4.7 Grafik Torsi vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg...62 Gambar 4.8 Grafik Torsi vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg...62 Gambar 4.9 Grafik Torsi vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg...63 Gambar 4.10 Grafik Torsi vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg...63 Gambar 4.11 Grafik Torsi vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg...64

12 Gambar 4.12 Grafik Torsi vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg...64 Gambar 4.13 Grafik Torsi vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg...65 Gambar 4.14 Grafik Torsi vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg...65 Gambar 4.15 Grafik Daya vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg...69 Gambar 4.16 Grafik Daya vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg...69 Gambar 4.17 Grafik Daya vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg...70 Gambar 4.18 Grafik Daya vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg...70 Gambar 4.19 Grafik Daya vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg...71 Gambar 4.20 Grafik Daya vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg...71 Gambar 4.21 Grafik Daya vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg...72 Gambar 4.22 Grafik Daya vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg...72 Gambar 4.23 Grafik sfc vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg...77 Gambar 4.24 Grafik sfc vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg...77 Gambar 4.25 Grafik sfc vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg...78 Gambar 4.26 Grafik sfc vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg...78 Gambar 4.27 Grafik sfc vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg...79 Gambar 4.28 Grafik sfc vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg...79 Gambar 4.29 Grafik sfc vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg...80 Gambar 4.30 Grafik sfc vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg...80 Gambar 4.31 Kurva Viscous Flow Meter Calibration...81 Gambar 4.32 Kurva Viscous Flow Meter Calibration...82 Gambar 4.33 Grafik AFR vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg...86

13 Gambar 4.34 Grafik AFR vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg...86 Gambar 4.35 Grafik AFR vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg...87 Gambar 4.36 Grafik AFR vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg...87 Gambar 4.37 Grafik AFR vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg...88 Gambar 4.38 Grafik AFR vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg...88 Gambar 4.39 Grafik AFR vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg...89 Gambar 4.40 Grafik AFR vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg...89 Gambar 4.41 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran Mesin...94 Gambar 4.42 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran Mesin...94 Gambar 4.43 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg Gambar 4.44 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg Gambar 4.45 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg Gambar 4.46 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg Gambar 4.47 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg Gambar 4.48 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg Gambar 4.49 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg Gambar 4.50 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg Gambar 4.51 Grafik Kadar CO vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg Gambar 4.52 Grafik Kadar CO vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg Gambar 4.53 Grafik Kadar CO vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg Gambar 4.54 Grafik Kadar CO vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg Gambar 4.55 Grafik Kadar CO vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg...111

14 Gambar 4.56 Grafik Kadar CO vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg Gambar 4.57 Grafik Kadar CO vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg Gambar 4.58 Grafik Kadar CO vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg Gambar 4.59 Grafik Kadar NO x vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg Gambar 4.60 Grafik Kadar NO x vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg Gambar 4.61 Grafik Kadar NO x vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg Gambar 4.62 Grafik Kadar NO x vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg Gambar 4.63 Grafik Kadar NO x vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg Gambar 4.64 Grafik Kadar NO x vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg Gambar 4.65 Grafik Kadar NO x vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg Gambar 4.66 Grafik Kadar NO x vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg Gambar Grafik Kadar CO 2 vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg Gambar 4.68 Grafik Kadar CO 2 vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg Gambar 4.69 Grafik Kadar CO 2 vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg Gambar 4.70 Grafik Kadar CO 2 vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg Gambar 4.71 Grafik Kadar CO 2 vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg Gambar 4.72 Grafik Kadar CO 2 vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg Gambar 4.73 Grafik Kadar CO 2 vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg Gambar 4.74 Grafik Kadar CO 2 vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg Gambar 4.75 Grafik Kadar O 2 vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg Gambar 4.76 Grafik Kadar O 2 vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg Gambar 4.77 Grafik Kadar O 2 vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg...130

15 Gambar 4.78 Grafik Kadar O 2 vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg Gambar 4.79 Grafik Kadar O 2 vs Putaran Mesin untuk beban 0,5 kg Gambar 4.80 Grafik Kadar O 2 vs Putaran Mesin untuk beban 1 kg Gambar 4.81 Grafik Kadar O 2 vs Putaran Mesin untuk beban 1,5 kg Gambar 4.82 Grafik Kadar O 2 vs Putaran Mesin untuk beban 2 kg...133

16 DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan P B Daya keluaran Watt n Putaran Mesin rpm T Torsi N.m sfc Konsumsi Bahan Bakar Spesifik g/kw.h Laju aliran bahan bakar kg/jam Spesific gravity 9,81 m/s 2 Volume bahan bakar yang diuji Waktu untuk menghabiskan bahan bakar Laju aliran massa udara ml detik kg/jam Kerapatan udara kg/m 3 Volume langkah Torak cc Faktor koreksi AFR Air fuel ratio Efisiensi volumetris Efisiensi thermal brake HHV Nilai kalor atas bahan bakar kj/kg LHV Nilai kalor bawah bahan bakar kj/kg CV Nilai kalor bahan bakar kj/kg C v Panas jenis bom kalorimeter kj/kg. O C M Persentase kandungan air dalam bahan bakar Q lc Kalor laten kondensasi uap air kj/kg