a. Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret 2011 sampai dengan bulan November 2011. Pengujian daya tahan motor bakar diesel dilakukan di laboratorium lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB. Analisa penumpukan karbon dilakukan di Laboratorium Teknik Sipil dan Lingkungan IPB. Analisa pelumas dilakukan di Balai Besar Bahan dan Barang Teknik (B4T) Bandung dan PT Petrolab Services Jakarta.
b. Alat dan Bahan
Alat – alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1. Motor bakar diesel stasioner 4 langkah
Motor bakar diesel Dong Feng R180 digunakan sebagai alat utama yang akan diuji coba. Sistem penyaluran bahan bakar motor bakar diesel ini akan dimodifikasi dengan menambahkan sebuah pemanas bahan bakar yang memanfaatkan gas buang sebagai sumber energi panasnya. Motor bakar diesel Dong Feng R180 yang telah dimodifikasi dapat ditunjukkan oleh Gambar 6, sedangkan spesifikasi motor bakar diesel yang digunakan untuk penelitian ini dapat dilihat pada Lampiran 1.
Gambar 6. Motor bakar diesel Dong Feng R180 yang telah dimodifikasi Pemanas
minyak nyamplung
Tangki minyak nyamplung
20
2. Generator listrik
Generator listrik Dong Feng ST-3 dengan daya maksimum 3000 watt digunakan untuk memberikan pembebanan pada motor bakar diesel. Generator Dong Feng ST-3 dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Generator listrik Dong Feng ST-3 3. Pemanas bahan bakar (fuel heater)
Alat penukar panas digunakan untuk memanaskan minyak nyamplung sebelum diinjeksikan ke ruang pembakaran. Minyak nyamplung akan dipanaskan hingga mencapai suhu pemanasan optimumnya, yaitu sebesar 110 °C (Desrial et al, 2010). Pemanasan minyak nyamplung ini bertujuan untuk menurunkan viskositasnya hingga mendekati viskositas solar. Pemanas bahan bakar minyak nyamplung yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Pemanas bahan bakar minyak nyamplung (Desrial et al, 2010) 4. Tachometer
Tachometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan putaran motor bakar diesel (rpm). Tachometer yang digunakan merupakan jenis laser digital tachometer yang bisa dilihat pada Gambar 9.
21 Gambar 9. Digital tachometer
5. Lampu Halogen
Lampu halogen digunakan untuk memberikan pembebanan pada saat pengujian daya tahan berlangsung. Total daya pembebanan yang diberikan sebesar 2 kW.
6. Timbangan digital
Timbangan digital digunakan untuk mengukur massa karbon yang melekat pada komponen-komponen motor bakar diesel. Timbangan digital yang digunakan memiliki tingkat ketelitian sebesar ±0.05 mg. Gambar timbangan digital yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Timbangan digital 7. Kamera digital
Kamera digital digunakan untuk mengambil gambar komponen-komponen motor bakar diesel. Pengambilan gambar ini bertujuan untuk membandingkan tampilan komponen antara sebelum dan sesudah pengujian daya tahan.
8. Peralatan bengkel
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahan bakar solar sebagai bahan bakar utama motor bakar diesel dan bahan bakar minyak nyamplung yang telah dihilangkan gum-nya (degummed) sebagai bahan bakar
22
alternatif. Tujuan proses degumming adalah untuk memisahkan minyak nyamplung dari getah atau lendir yang terdiri dari fosfatida, protein, karbohidrat, residu, air, dan resin. Proses degumming dilakukan dengan menambahkan asam fosfat untuk mengikat senyawa fosfatida yang mudah terpisah dari minyak nyamplung, kemudian senyawa tersebut dipisahkan berdasarkan pemisahan berat jenis yaitu senyawa fosfatida berada di bagian bawah dari minyak nyamplung tersebut. Minyak nyamplung hasil degumming akan menghasilkan warna yang lebih jernih dibandingkan minyak nyamplung kasar (crude).
Pelumas yang digunakan untuk pengujian bahan bakar solar dan minyak nyamplung adalah pelumas motor bakar diesel Pertamina Mesran B SAE 40, API Service CD/SF.
c. Prosedur Penelitian
Gambar 11. Prosedur penelitian
Prosedur penelitian dapat dilihat pada Gambar 11. Penelitian diawali dengan pengujian daya tahan motor bakar diesel. Motor bakar diesel dirangkaikan pada generator listrik untuk menyalakan lampu halogen dengan daya total 2 kW. Penyalaan lampu ini bertujuan untuk memberikan pembebanan terhadap motor bakar diesel selama pengujian daya tahan. Motor bakar diesel dioperasikan menggunakan bahan bakar solar dan minyak nyamplung yang telah dihilangkan gum-nya (degummed), masing-masing selama 50 jam. Pada saat pengujian daya
Mulai
Uji daya tahan motor bakar diesel
selama 50 jam
Selesai Pengamatan visual komponen motor bakar diesel
Pengukuran massa karbon pada komponen motor bakar diesel
Analisa sifat fisika-kimia pelumas
Prediksi umur pelumas motor bakar diesel Pengambilan sampel pelumas
23 tahan menggunakan minyak nyamplung, motor bakar diesel tetap menggunakan bahan bakar solar di awal pengoperasian untuk proses pemanasan awal minyak nyamplung. Setelah minyak nyamplung mencapai suhu optimumnya (110°C), kran bahan bakar minyak nyamplung kemudian dibuka dan kran bahan bakar solar ditutup. Set up penelitian dapat dilihat pada Gambar 12.
Sebelum dilakukan pengujian daya tahan, terlebih dahulu dilakukan pengamatan visual (tampilan), pengambilan gambar, serta penggantian pada komponen-komponen utama motor bakar diesel yang berhubungan dengan sistem penyaluran bahan bakar dan sistem pembakaran seperti injektor, piston, ring piston, dan kepala silinder. Penggantian ini dimaksudkan untuk menyamakan kondisi awal motor bakar diesel pada saat dilakukan pengujian daya tahan. Kondisi awal komponen injektor, piston, dan kepala silinder dapat dilihat pada Gambar 13.
Gambar 12. Set up penelitian
Selama pengujian daya tahan dilakukan pengukuran kecepatan putaran mesin untuk mengetahui tingkat kestabilan operasi pada motor bakar diesel serta dilakukan pengukuran konsumsi bahan bakar untuk mengetahui nilai konsumsi bahan bakar spesifik. Konsumsi bahan bakar spesifik menunjukkan jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk menghasilkan daya sebesar 1 HP selama satu jam.
Generator listrik
Kran minyak nyamplung
Kran solar
Lampu halogen Tangki minyak nyamplung
Tangki solar
Pemanas minyak nyamplung
24
Pada penelitian ini, pengukuran konsumsi bahan bakar spesifik dilakukan dengan mengukur jumlah bahan bakar yang dihabiskan untuk mengoperasikan motor bakar diesel dengan beban 2 kW (2.68 HP) dalam waktu 50 jam.
... (1) Dimana:
SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (l/HP/jam) fc = konsumsi bahan bakar (l)
p = daya (HP) t = waktu (jam)
Setelah pengujian daya tahan, dilakukan pengamatan terhadap komponen-komponen utama motor bakar diesel. Pada pengamatan ini akan dibandingkan bentuk dan ukuran dari masing-masing komponen tersebut antara sebelum dan sesudah melakukan pengujian daya tahan, serta antara kedua jenis bahan bakar yang digunakan.
Gambar 13. Kondisi awal komponen motor bakar diesel
Analisa penumpukan karbon pada komponen-komponen utama motor bakar diesel bertujuan untuk memperoleh informasi tentang kualitas pembakaran yang terjadi di dalam ruang pembakaran. Parameter yang akan dianalisa adalah massa dari karbon yang terdapat pada komponen-komponen utama motor bakar diesel.
Injektor
Piston
25 Massa karbon akan diukur dengan menggunakan timbangan digital dengan ketelitian 0.1 miligram.
Pelumas akan mengalami perubahan karakteristik dan kandungan zat yang ada di dalamnya setelah motor bakar diesel beroperasi selama jangka waktu tertentu (Neale, 2001). Oleh karena itu perlu dilakukan analisa terhadap perubahan karakteristik khususnya viskositas, Total Base Number (TBN), kandungan abu sulfat, kadar kontaminan (Ca dan Ni), kandungan logam (Fe, Cu, Al, dan Cr), kandungan jelaga (soot), serta bilangan oksidasi, nitrasi, dan sulfasi yang terdapat pada pelumas tersebut, sehingga akan dapat diketahui jangka waktu untuk melakukan penggantian minyak pelumas ketika motor bakar diesel beroperasi menggunakan minyak nyamplung sebagai bahan bakarnya.
Data yang diperoleh dari pengukuran sifat fisika-kimia selanjutnya dianalisis untuk melihat korelasi antara parameter fisika-kimia pelumas dengan jangka waktu pengoperasian motor bakar diesel. Analisis yang dilakukan berupa analisis regresi linier sederhana pada setiap parameter fisika-kimia pelumas.
Pengertian regresi secara umum adalah sebuah alat statistik yang memberikan penjelasan tentang pola hubungan (model) antara dua variabel atau lebih. Tujuan utama regresi adalah untuk membuat perkiraan nilai suatu variabel jika nilai variabel yang lain yang berhubungan dengannya sudah ditentukan.
Regresi linier sederhana digunakan untuk mendapatkan hubungan matematis dalam bentuk suatu persamaan antara variabel tak bebas tunggal (dependent variable), dalam hal ini adalah sifat fisika-kimia pelumas dengan variabel bebas tunggal (independent variable), yaitu jam operasi motor bakar diesel. Regresi linier sederhana hanya memiliki satu peubah (x) yang dihubungkan dengan satu peubah tidak bebas (y). Bentuk umum dari persamaan regresi linier sederhana adalah:
... (2) Dimana:
y = variabel tak bebas x = variabel bebas a = parameter intersep
26
Koefisien persamaan a dan b didapatkan dengan menggunakan metode kuadrat terkecil, yaitu cara yang dipakai untuk menentukan koefisien persamaan a dan b dari jumlah kuadrat terkecil antara titik-titik dengan garis regresi. Dengan demikian, dapat ditentukan:
( )( ) ( ( )( ) ) ... (3)
( ( )( ) ) ... (4) Dari analisis regresi tersebut diperoleh garis regresi dan persamaan regresi yang bisa digunakan untuk melihat kecenderungan (trend) dan memprediksi umur pelumas. Umur pelumas diperoleh dengan memasukkan nilai ambang batas parameter fisika-kimia pelumas pada variabel tak bebas persamaan regresi sehingga dapat diketahui umur atau jam pemakaian pelumas saat mencapai nilai ambang batas tersebut melalui nilai variabel bebas pada persamaan regresi.
27