Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Biosistem Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara Dan Laboraturium Motor Bakar Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Serta Laboraturium Kimia Fisika Fakultas Mipa Universitas Sumatera Utara, dimulai pada bulan April sampai dengan Mei 2018.
Bahan dan Alat
Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah alat pirolisis, mesin diesel tipe Tecquipment TD114 Series, kunci pas, kunci ring, sarung tangan, timbangan, ember, termometer, alat tulis, kalkulator, bom kalorimeter, komputer dan kamera.
Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah polimer dari plastik pot bunga, plastik mulsa, plastik karung goni sebanyak 3 kg, tempurung kelapa sebanyak 15 kg, baut, mur, air dan es batu.
Metodologi Penelitian
Dalam penelitian ini, metode yang digunakan adalah studi literatur (kepustakaan), melakukan eksperimen dan melakukan pengamatan tentang alat pengolah limbah plastik yang telah ada. Setelah itu, dilakukan pengujian alat dan pengamatan parameter. Metodologi penelitian secara lengkap akan dijelaskan pada bagian di bawah ini:
1. Identifikasi masalah:
Identifikasi masalah dilakukan untuk mengetahui bahan bakar polimer dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar terdahulu.
2. Pengumpulan informasi dan studi literatur:
Pengumpulan informasi dan studi literatur dimaksudkan untuk mempelajari penelitian-penelitian sebelumnya yang diperoleh dari sumber buku, jurnal baik pada jurnal nasional maupun internasional yang terkait dengan permasalahan yang ditemukan dan solusi dari pemacahan masalah tersebut. Pada penelitian ini studi literatur diperlukan untuk mengetahui dari sifat fisik dan kimia dari berbagai jenis plastik yang menjadi bahan baku pada penelitian ini, mengetahui bagaimana proses pengujian minyak pirolisis pada mesin diesel.
3. Model Rancangan Penelitian
Model Rancangan percobaan yang digunakan yaitu rancangan Acak Lengkap dengan 2 faktor (RAL faktorial) dengan 3 kali ulangan
A. Minyak dari berbagai jenis plastik:
M1 = Minyak pirolisis dari pot bunga M2 = Minyak pirolisis dari karung goni M3 = Minyak pirolisis dari plastik mulsa B. Konsentrasi Minyak Pirolisis
K1 = Konsentrasi Minyak Pirolisis 10%
K2 = Konsentrasi Minyak Pirolisis 12,5%
Model matematis rancangan percobaan tersebut adalah :
Yijk = µ + Ai + Bj + AB ij + €ij(k) ... (8)
Keterangan
Yijk = Pengamatan pada perlakuan campuran minyak pirolisis (A) ke-i Dan Konsentrasi minyak pirolisis (B) ke-j
µ = Nilai rata-rata harapan
αi = Perlakuan campuram minyak pirolisis (A) ke-i
βj = Perlakuan campuran Konsentrasi minyak pirolisis (B) ke-j (αβ)ij = Interaksi campuran minyak pirolisis (A) ke-i dan Konsentrasi
minyak Pirolisis (B) ke-j
€ij(k) = Pengaruh galat percobaan dari perlakuan campuran minyak pirolisis (A) ke-i, Konsentrasi minyak pirolisis ke-j dan ulangan
ke-k.Dengan i = 1, 2, 3 (campuran minyak pirolisis); j = 1, 3, 5 (Konsentrasi minyak pirolisis ); k = 1, 2, 3 (ulangan)
Tahapan Pengujian
1. Bahan yang digunakan pada pengujian adalah minyak pirolisis plastik dan minyak bio-solar.
2. Pencampuran Bahan bakar Pirolisis limbah polimer dengan Bio solar bervariasi campuran bahan bakar tersebut.
3. Pengujian performance engine menggunakan motor diesel dengan spesifikasi :
1. Engine : Tecquipment TD114
2. Valve Position : Overhead 3. Valve rocker clearance : 0,10 mm
4. Swept : 230 cm
5. Bore : 70 mm
6. Stroke : 60 mm 7. Compression Ratio : 21 8. Number of Cylinder : 1
Mesin uji ini juga dilengkapi dengan unit instrumentasi yang terdiri dari : 1. Tachometer, untuk mengukur putaran mesin
2. Torquemeter, untuk mengukur torsi
3. Exhaust temperature meter, untuk mengukur temperatur gas buang 4. Air Flow manometer, untuk mengukur tekanan udara masuk
5. Fast Flow Pipette, untuk menentukan volume bahan bakar yang akan diuji (terdiri dari 3 tabung, masing-masing berkapasitas 8,16 dan 32 ml)
Selain mesin uji “TD110-TD115 Test Bed and Instrumentation for Small Engines”.
6. Stopwatch untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin uji untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume tertentu
7. Pompa untuk mensirkulasikan air pendingin
Sebelum pengujian dilakukan pengkalibrasian terhadap torquemeter yang terdapat pada unit instrumentasi mesin uji dengan langkah-langkah sebagai berikut:
1. Menghubungkan unit instrumentasi mesin ke sumber arus listrik 2. Memutar tombol span searah jarum jam sampai ke posisi maksimum 3. Mengguncangkan / menggetarkan mesin pada bagian lengan beban
4. Memutar tombol zero sehingga jarum pada torquemeter menunjukkan angka nol
5. Memastikan bahwa penunjukan angka nol oleh jarum torquemeter telah akurat dengan mengguncangkan / menggetarkan mesin kembali.
6. Menggantungkan beban 1,5 kg pada lengan beban.
7. Mengguncangkan / menggetarkan mesin sampai posisi jarum torquemeter angka yang tetap.
8. Memutar tombol span sampai jarum torquemeter angka pembacaan yang benar
9. Melepaskan beban dari lengan beban
Pengkalibrasian ini dilakukan setiap kali akan melakukan pengujian sebelum mesin dihidupkan. Setelah dilakukan pengkalibrasian, maka pengujian dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Menghidupkan pompa air pendingin dan memastikan sirkulasi air pendingin mengalir dengan lancar melalui mesin.
2. Menghidupkan mesin dengan cara menarik tali stater.
3. Melakukan pemanasan pada mesin selama 15 – 20 menit pada putaran rendah (1.000 rpm)
4. Mengatur putaran mesin pada 1.800 rpm dengan menggunakan tuas kecepatan dan memastikan melalui tachometer.
5. Menggantungkan beban sebesar 0,5 kg pada lengan beban.
6. Menutup saluran bahan bakar dari tangki dengan memutar katup saluran bahan bakar sehingga permukaan bahan bakar didalam pipette turun.
7. Menentukan waktu yang dibutuhkan oleh mesin untuk menghabiskan 8 (delapan) ml bahan bakar dengan menggunakan stopwatch dan memperhatikan ketinggian permukaan bahan bakar di dalam pipette.
8. Mencatat torsi melalui pembacaan torquemeter, temperatur gas buang melalui pembacaan exhaust temperature meter dan tekanan udara masuk melalui pembacaan air flow meter.
9. Membuka katup bahan bakar sehingga pipette kembali terisi oleh bahan bakar yang berasal dari tangki
10. Mengulang pengujian untuk variasi beban, putaran dan bahan bakar yang berbeda.
Tahapan pengujian nilai kalor bahan bakar
1. Menimbang massa bahan bakar yang akan diuji dengan neraca analitik atau neraca digital
2. Kawat untuk penyala yang telah digulung dipasang pada tangki penyala yang terpasang pada penutup bom
3. Cawan yang berisi bahan bakar yang mau diuji ditempatkan pada penutup bom yang ditutup dengan kuat setelah ring O dipasang
4. Oksigen diisikan ke dalam tabung bom dengan tekanan 30 bar
5. Tabung bom ditempatkan ke dalam tabung kalorimeter yang telah terisi air sebanyak 1.250 ml.
6. Tabung kalorimeter ditutup dengan alat pengaduknya
7. Tombol elektromotor dihidupkan dan juga tombol alat pengaduk air 8. Temperatur air dicatat setelah temperatur stabil
9. Alat penyala dihidupkan
10. Temperatur akhir air pendingin setelah 5 menit dari mulainya penyalaan dicatat kemudian elektromotor dimatikan
11. Hasil pengujian adalah rata-rata dari 5 kali pengukuran.
Tahapan-tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji sebanyak 0,2 ml dengan mempergunakan spit.
2. Menggulung dan memasang kawat penyala pada tangkai penyala yang ada pada penutup bom.
3. Menempatkan cawan yang telah berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala, serta mengatur posisi kawat penyala agar berada tepat diatas permukaan bahan bakar yang berada didalam cawan dengan menggunakan pinset.
4. Meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan berisi bahan bakar pada tabungan serta dikunci dengan “ring-O” sampai rapat.
5. Mengisi bom dengan Oksigen (tekanan 30 bar).
6. Mengisi tabung kalometer dengan air pendingin sebanyak 1.250ml.
7. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter.
8. Menghubungkan tangkai penyala pada tutup bom ke kabel sumber air listrik.
9. Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang dilengkapi alat pengaduk.
10. Menghubungkan dan mengatur posisi pengaduk pada elektromotor.
11. Menempatkan termometer pada kalorimeter melalui lubang pada tutup kalorimeter.
12. Menghidupkan elektromotor selama 5 (lima) menit kemudian membaca dan mencatat temperatur air pendingin pada termometer.
13. Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar.
14. Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan lampu indikator sementara elektromotor pengaduk terus bekerja.
15. Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingin setelah 5 (lima) menit dari penyalaan berlangsung.
16. Mematikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk pengujian berikutnya.
17. Mengulang pengujian sebanyak 5 (lima) kali berturut-turut untuk satu jenis bahan bakar.
Prosedur pengukuran massa jenis 1. Menghidupkan neraca analitik 2. Menimbang piknometer kosong 3. Mencatat massa piknometer kosong
5. Memasukkan sampel kedalam piknometer hingga penuh 6. Menimbang piknometer berisi sampel
7. Mencatat massanya
8. Mengulangi prosedur yg sama untuk sampel lainnya.
Prosedur pengukuran viskositas 1. Merangkai alat viskosimeter oswald 2. Menyiapkan 10 ml sampel
3. Memasukkan sampel kedalam alat viskosimeter 4. Menghisap sampel hingga naik ke batas atas
5. Menghitung aliran sampel dari batas atas ke batas bawah 6. Mencatat waktunya
Parameter Penelitian Massa jenis
Massa jenis atau massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya Persamaan 1.
Viskositas
Fluida yang mengalir melalui sebuah pipa dapat dipandang terdiri atas lapisan-lapisan tipis zat alir yang bergerak dengan laju berbeda-beda sebagai akibat adanya gaya kohesi maupun adhesi Persamaan 2.
Nilai kalor
Nilai kalor merupakan jumlah energi kalor yang dilepaskan bahan bakar pada waktu terjadinya oksidasi unsur-unsur kimia yang ada pada bahan bakar tersebut. Dalam perencanaan ruang bakar sebuah ketel uap, nilai kalor bahan bakar sangat menentukan Persamaan 3.
Performansi Motor Bakar
Secara umum motor bakar memiliki parameter-parameter yang dapat menunjukkan performansi dari mesin tersebut. Beberapa dari parameter tersebut diuraikan di bawah ini.
Torsi
Torsi merupakan parameter indikator yang cukup baik untuk mengetahui kemampuan mesin dalam melakukan suatu usaha. Torsi didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada jarak tertentu dan memiliki satuan Nm atau lbf-ft.
Besarnya torsi suatu mesin dapat diperoleh dari hasil pengujian dengan menggunakan alat dynamometer test.
Daya
Daya yang utama pada motor bakar umumnya dikenal ada dua yaitu daya poros atau daya efektif dan daya indikator atau daya aktual. Daya tersebut dipengaruhi oleh putaran mesin dan torsi yang dihasilkan mesin. Namun yang digunakan dalam praktek di lapangan adalah daya poros. Daya poros atau daya efektif merupakan daya yang dihasilkan suatu mesin pada poros keluarannya atau biasa dikenal dengan brake horse power yang dihitung dengan Persamaan 4.
Konsumsi bahan bakar
Konsumsi bahan bakar didefenisikan sebagai jumlah bahan bakar yang dikonsumsi persatuan unit daya yang dihasilkan perjam operasi. Konsumsi bahan bakar diperoleh dengan Persamaan 5.
Volume bahan bakar yang dihabiskan untuk setiap satu kali pengujian sebesar 8 mililiter atau 0,008 liter.
Konsumsi bahan bakar spesifik
Konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk kerja mesin yang berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin, karena dengan mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu. Konsumsi bahan bakar spesifik diperoleh dengan Persamaan 6.