KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER SATU SILINDER MENGGUNAKAN SUPERCHARGER DENGAN BAHAN BAKAR BIODIESEL SESAMUM INDICUM Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik BENNI AGUSTINUS SIREGAR NIM : 110401086 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016 1
Abstrak Ketergantungan masyarakat terhadap bahan bakar minyak sangat tinggi. Pemanfaatan energi alternatif sebagai campuran bahan bakar merupakan hal yang tepat untuk menghemat penggunaan minyak. Indonesia sangat kaya akan sumber daya alam yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku energi alternatif, misalnya biodiesel dari sesamum indicum (biji wijen). Krisis energi ini menyebabkan pemerintah harus beralih untuk lebih mengintensifikasikan penelitian dan penggunaan energi yang terbarukan dan juga berbagai macam peningkatan efisiensi untuk motor bakar, salah satunya dengan menambahkan alat turbocharger dan supercharger. Telah dilakukan pengujian terhadap mesin diesel satu stasioner TD111-MK11 menggunakan supercharger dengan bahan bakar akrasol yang dicampur dengan biodiesel wijen. Dari penelitian ini diperoleh data daya tertinggi terjadi pada penggunaan Akra Sol yaitu sebesar 4,31 kw. Torsi maksimum pada pembebanan 4,5 kg putaran 2800 rpm menggunakan Akra Sol yakni sebesar 15 Nm. Konsumsi bahan bakar (SFC) maksimum pada bahan bakar Akra Sol + Biodiesel wijen 20% beban 3,5 kg putaran 1800 rpm yaitu sebesar 449,45 g/kw.jam. Nilai rasio udara bajan bakar (AFR) maksimum pada bahan bakar Akra Sol dengan beban 4,5 kg dan putaran 1800 rpm yakni sebesar 120,11. Nilai Efisiensi Thermal maksimum pada bahan bakar Akra Sol dengan beban 3,5 kg dan putaran 2800 rpm yakni sebesar 43,24%. Heat Loss terbesar terjadi pada penggunaan Akra Sol beban 4,5 kg putaran 2800 rpm yakni sebesar 5199,39 W. Kata kunci: Akrasol, Biodiesel, Performansi, Sesamum, Supecharger. i
Abstract Society 's dependence on oil is very high. Utilization of alternative energy fuel mix is the right to save the use of oil. Indonesia is very rich in natural resources that can be utilized as raw material for alternative energy, such as biodiesel is processed from sesame seeds. The energy crisis led to the goverment need to switch to intensify research and the use of non-renewable energy to renewable energy and efficiency improvements for a wide variety of motor fuel, one of them by adding a tool such as the use of turbochargers and superchargers to increase the efficiency of the internal combustion engine. Have been experiment for diesel engine one stasioner TD111-MK11 using supercharger the authors conducted a test using akrasol fuel with biodiesel sesame seeds with a mixture. This esperimen obtained results the highest power occured when we use Akra Sol is equal to 4,31 kw. Maximuma torque at 4,5 kg load, 2800 rpm using Akra Sol which amounted to 15 Nm. Fuel comsumsi (SFC) Maximum occurred when using Akra Sol + Biodiesel fuel Sesame seed oil 20 % load 3,5 kg round, 1800 rpm is equal to 449,45 g / kw.jam. Air fuel rasio (AFR) maximum value on Akra Sol 3,5 kg load and 1800 rpm rotation which is equal to 120,11. Maximum value of Thermal Efficiency on Akra Sol happened in 4,5 kg load and 2600 rpm rotation which is equal to 43,24%. The biggest Heat loss occurs in the use of Akra Sol 4,5 kg load rotation 2800 rpm which is equal to 5199,39. Key Words: Akrasol, Biodiesel, Performance, Sesame Seeds, Supercharger ii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena hanya atas berkat dan karunia-nya penulis dapat mengerjakan dan menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER SATU SILINDER MENGGUNAKAN SUPERCHARGER DENGAN BAHAN BAKAR BIODIESEL SESAMUM INDICUM. Penulis berterima kasih kepada banyak pihak yang telah banyak membantu penulis di berbagai hal dalam proses penyusunan skripsi ini. Oleh sebab itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada: 1. Orang tua penulis, Ayahanda M. Siregar dan Ibunda R. Sihombing almarhumah atas segala pengorbanan yang tiada terbalaskan di dalam membesarkan, menyekolahkan saya hingga ke jenjang perguruan tinggi. Permohonan saya kepada Tuhan melalui doa yang tulus kiranya kepada Ibunda tercinta diberikan tempat yang layak disisi-nya dan kepada Ayahanda tercinta kiranya diberikan kekuatan dan kesehatan serta ketabahan di dalam membimbing kami anak-anak mu. 2. Bapak Ir.Abdul Halim Nasution, MSc selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama penyusunan skripsi ini. 3. Bapak Ir. Alvian Hamsi, M.Sc dan Bapak Dr. Eng. Taufig bin Nur, ST.,M.Eng.Sc selaku Dosen pembanding I dan Dosen pembanding II penulis, yang bayak memberikan saran dalam perbaikan penyusunan skripsi ini. 4. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin. iii
5. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera. 6. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin di, yang telah banyak membantu penulis dan memberikan bimbingan selama perkuliahan. 7. Rekan satu tim skripsi yaitu Arhtur K.M Bintang yang selalu menyemangati penulis dengan sabar. 8. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin terkhusus stambuk 2011 yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.. Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi tambahan pengetahuan bagi pembaca dan bermanfaat untuk kita semua. Terimakasih. Medan,...Maret 2016 Penulis BENNI AGUSTINUS SIREGAR NIM : 110401086 iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR NOTASI... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan Pengujian... 2 1.3 Batasan Masalah... 3 1.4 Manfaat Pengujian... 3 1.5 Metodologi Penulisan... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Biodiesel... 5 2.1.1 Sejarah biodiesel... 5 2.1.2 Definisi Biodiesel... 7 2.1.3 Pembuatan Biodiesel... 9 2.2 Biodiesel dari bahan-bahan lainnya... 15 2.2.1 Biodiesel dari Bahan Baku Biji Karet... 15 2.2.2 Biodiesel dari Bahan Baku Kelapa... 16 2.2.3Biodiesel dari Bahan Baku Sawit... 18 2.3 Komposisi Bahan Baku... 20 2.4 Mesin Diesel... 22 2.4.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel... 24 v
2.4.2 Performansi Mesin Diesel... 25 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu Dan Tempat... 37 3.2 Alat Dan Bahan... 37 3.2.1 Alat... 37 3.2.2 Bahan... 39 3.3 Metode Pengumpulan Data... 44 3.4 Metode Pengolahan Data... 44 3.5 Pengamatan Dan Tahap Pengujian... 44 3.6 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar... 45 3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel... 47 3.8 Set Up alat... 48 BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Hasil Pengujian Bom Kalorimeter... 51 4.2 Hasil pengujian Engine Test Bed... 52 4.2.1 Pada Bahan Bakar Akra Sol... 52 4.2.2 Pada Akra Sol + Biodiesel Wijen 5%... 53 4.2.3 Pada Akra Sol + Biodiesel Wijen 10%... 54 4.2.4 Pada Akra Sol + Biodiesel Wijen 15%... 54 4.2.5 Pada Akra Sol + Biodiesel Wijen 20%... 55 4.3 Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel... 56 4.3.1 Daya... 56 4.3.2 Laju aliran bahan bakar... 50 4.3.3 Rasio Udara Bahan bakar... 62 4.3.4 Effesiensi Volumetris... 66 4.3.5Daya Aktual... 69 4.3.6 Efisiensi Termal Aktual... 71 4.3.7 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik... 74 vi
4.3.8 Heat Loss... 76 4.3.9 Persentase Heat Loss... 79 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 81 5.2 Saran... 82 DAFTAR PUSTAKA...xiii LAMPIRAN vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Rudolf Christian Karl Diesel... 5 Gambar 2.2 Diagram Alir Biodiesel... 10 Gambar 2.3 Reaksi Trans-esterifikasi... 11 Gambar 2.4 Reaksi esterifikas... 14 Gambar 2.5 Diagram P-v... 23 Gambar 2.6 Diagram T-S...23 Gambar 2.7 Prinsip Kerja Mesin Diesel...25 Gambar 2.8 Supercharger...33 Gambar 2.9 Tubocarjer...36 Gambar 3.1 Mesin Diesel Small engine Test TD111-MKII...37 Gambar 3.2 Supercarjer... 38 Gambar 3.3 Tec Equipment TD-114... 39 Gambar 3.4 Minyak Nabati Biji Wijen... 39 Gambar 3.5 Transesterifikasi... 40 Gambar 3.6 Pemisahan Minyak Transesterifikasi dari Gliserol... 40 Gambar 3.7 Proses Pencucian Biodiesel... 41 Gambar 3.8 Biodiesel Biji Wijen... 41 Gambar 3.9 Penyabunan... 42 Gambar 3.10 Diagram Alir Pengujian performansi mesin... 43 Gambar 3.11 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar.....46 Gambar 3.12 Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin....47 Gambar 3.13 Set Up Alat...48 Gambar 3.14 Set-up pengujian performansi mesin diesel...50 Gambar 4.1 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 3.5 kg... 59 Gambar 4.2 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 4.5 kg... 59 Gambar 4.3 Grafik mf vs Putaran untuk beban 3.5 kg... 62 Gambar 4.4 Grafik mf vs Putaran untuk beban 4.5 kg... 62 Gambar 4.5 Viscous flow meter... 63 Gambar 4.6 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 3.5 kg... 66 Gambar 4.7 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 4.5 kg... 66 Gambar 4.8 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 3.5 kg... 69 viii
Gambar 4.9 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 4.5 kg... 69 Gambar 4.10 Grafik Daya Aktual vs Putaran untuk beban 3.5 kg... 71 Gambar 4.11 Grafik Daya Aktual vs Putaran untuk beban 4.5 kg... 72 Gambar 4.12 Grafik Efisiensi Termal Brake Aktual vs Putaran untuk beban 3.5 kg... 74 Gambar 4.13 Grafik Efisiensi Termal Brake Aktual vs Putaran untuk beban 4.5 kg... 75 Gambar 4.14 Grafik Specific Fuel Consumption vs Putaran untuk beban.. 3.5 kg... 77 Gambar 4.15 Grafik Specific Fuel Consumption vs Putaran untuk beban.. 4.5 kg... 77 Gambar 4.16 Grafik Heat Loss vs Putaran untuk beban 3.5 kg... 78 Gambar 4.17 Grafik Heat Loss vs Putaran untuk beban 4.5 kg... 78 Gambar 4.18 Grafik Persentase Heat Loss vs Putaran untuk beban 3.5 kg... 80 Gambar 4.19 Grafik Persentase Heat Loss vs Putaran untuk beban 4.5 kg... 80 ix
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Standar biodiesel...... 8 Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa......14 Tabel 2.3 Karakteristik Minyak Sawit......15 Tabel 2.4 Komposisi Trigliserida Asam Lemak......16 Tabel 2.5 Kandungan Minor Minyak Sawit......16 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Bom Kalorimeter......43 Tabel 4.2 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Akra Sol... 44 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Akra Sol + Biodiesel Biji Wijen 5%...44 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Bakar Akra Sol + Biodiesel Biji Wijen 10%...45 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Bakar Akra Sol + Biodiesel Biji Wijen 15%...46 Tabel 4.6 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Bakar Akra Sol + Biodiesel Biji Wijen 20%...46 Tabel 4.7 Data Perhitungan Untuk Daya......48 Tabel 4.8 Data Perhitungan Untuk Laju Aliran Bahan Bakar......50 Tabel 4.9 Data Perhitungan Untuk AFR......54 Tabel 4.10 Data Perhitungan Untuk Effesiensi Volumetris......57 Tabel 4.11 Data Perhitungan Untuk Daya Aktual......60 Tabel 4.12 Data Perhitungan Untuk Efisiensi Termal Rrake Aktual......63 Tabel 4.13 Data Perhitungan Untuk Specific Fuel Consumption......66 x
Tabel 4.14 Data Perhitungan Untuk Heat Losses......68 Tabel 4.15 Data Perhitungan Untuk Persentase Heat Loss......71 xi