ABSTRAK
PENGARUH PEMANFAATAN ZEOLIT PELET ASAM-FISIK DENGAN NORMALITAS TINGGI TERHADAP PRESTASI MESIN DIESEL
4-LANGKAH
Oleh
JUNI EKO PURNOMO
Salah satu solusi yang dapat dilakukan untuk menghemat bahan bakar minyak sekarang ini adalah dengan memaksimalkan udara yang akan digunakan dalam proses pembakaran. Zeolit alam yang teraktivasi asam-fisik mampu menyaring nitrogen dan uap air dan hanya oksigen murni yang masuk dalam ruang pembakaran, sehingga terjadilah pembakaran yang sempurna. Peningkatan nilai konsentrasi pada aktivasi kimia dapat mempengaruhi kemampuan absorpsi zeolit. Semakin tinggi nilai konsentrasi asam yang digunakan, maka semakin bertambah luas permukaan spesifik pori-pori zeolit dan menyebabkan zeolit menjadi aktif. Penelitian ini bertujuan untuk melihat pengaruh pemanfaatan filter zeolit pelet terhadap prestasi mesin diesel 4-langkah.
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan variasi normalitas tinggi pada masing-masing larutan aktivator HCl dan H2SO4 dengan nilai konsentrasi 1N, 2N, 3N, dan 4N, dengan aktivasi fisik pada 200 0C selama 1 jam. Pengujian yang dilakukan dengan variasi massa rapat dan renggang pada uji prestasi mesin diesel 4-langkah. Mesin dioperasikan pada putaran rendah (1500 rpm), putaran menengah (2000 rpm), dan putaran tinggi (2500 dan 3000 rpm). Pelet tersebut dikemas dalam suatu frame filter dan diletakkan pada saringan udara mesin uji sehingga sebelum udara masuk ke dalam ruang bakar, terlebih dahulu terkontak dengan pelet zeolit.
% kenaikan pada H2SO4. Penghematan konsumsi bahan bakar rata-rata sebesar 3,308 % pada HCl dan sebesar 3,125 % pada H2SO4.
ABSTRACT
THE EFFECT OF USING ACID-PHYSICAL ZEOLITE PELLET WITH HIGH NORMALITY ON PERFORMANCE OF A 4-STROKES
DIESEL ENGINE
By
JUNI EKO PURNOMO
Nowadays, one of the solutions to save fuel is to maximize the air in the combustion process. Natural zeolite that is physically and chemically activated is capable to filter nitrogen and water vapor so that only pure oxygen that come into the combustion chamber in order to make a complete combustion. The increase of the concentration on chemical activation may affect the adsorption ability of the zeolite. Higher concentration of acid used results the wider specific surface area of zeolite pores and makes the zeolite become active. This research aims to observe the effect of using zeolite pellets as adsorbent to increase the performance of a 4-strokes diesel engine.
This research was tested in high normality variation of activator, HCl and H2SO4, with the concentration of 1N, 2N, 3N, and 4N, and physical activation at 200 0C for 1 hour. The tests were conducted in dense and distant zeolite arrangement variations of a 4-strokes diesel engines. The engine was operated at low speed (1500 rpm), medium speed (2000 rpm), and high speed (2500 and 3000 rpm). The pellets were put on a frame of filter. Then, that frame was placed on the air filter of the engine so that before the air came into the combustion chamber, it firsly contacted with the zeolite pellets.
The results showed that the pellet activated using HCl at 1N increased the brake power of 2.303% and decreased brake specific fuel consumption of 3.151% in the medium speed. While, the use of zeolite pellets activated using H2SO4 with 1N consentration increased the brake power of 2,157% and decreased brake specific fuel consumption of 2.867%. The use of HCl-physical zeolite was better compared to the one that was activated using H2SO4 although the difference was not significant. Which were, the average increase of the brake power of 2,063% using HCl and of 1.958% using H2SO4. The average decrease of the fuel consumption of 3.308% HCl and of 3.125% for H2SO4.
iii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Way Jepara, Kab. Lampung Timur pada tanggal 06 Juni 1990, sebagai anak pertama dari empat bersaudara, dari pasangan Tugiman dan Sumiasih. Pendidikan sekolah dasar di SD Negeri 1 Braja Caka diselesaikan pada tahun 2003. Sekolah lanjutan tingkat pertama di SLTP Negeri 1 Way Jepara diselesaikan pada tahun 2006. Sekolah menengah atas di SMA Negeri 1 Way Jepara diselesaikan pada tahun 2009 dan pada tahun 2009 penulis diterima sebagai mahasiswa Program Studi S1 Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung, melalui jalur PKAB dan menamatkan program studi S1 pada bulan Januari 2015.
Selama menjadi mahasiswa, penulis pernah menjadi asisten di laboratorium Motor Bakar dan Propulsi Teknik Mesin. Penulis juga aktif dalam organisasi Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM) sebagai kepala divisi kreativitas (2010-2012).
iv
Bus A320 Di PT. Dirgantara Indonesia”. Penulis mengambil konsentrasi mata kuliah bidang Konversi Energi dengan melakukan penelitian dengan judul
”Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pelet Asam-Fisik Dengan Normalitas Tinggi
Dengan kerendahan hati
dan
harapan menggapai ridho-Nya
kupersembahkan karya kecilku ini untuk
Bapak dan Mamak
Atas segala pengorbanan yang tak terbalaskan,
kesabaran, keikhlasan, doa, cinta dan kasih sayangnya
Adik-Adikku
Sumber inspirasi dan kebanggaan
(Toni Dwi Saputra, Dina Tri Ocktavia, dan Intan Catur
Yuliana)
Keluarga Besar Penulis
Teman-teman Seperjuangan Penulis
Mesin ‘0
9
Almamater tercinta
MOTO
“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada
kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai
dari suatu urusan, kerjakanlah urusan yang lain
dan hanya kepada allah hendaknya kamu
berharap”
(QS. Al insyirah : 6-8)
“Karena itu Allah memberikan kepada mereka
pahala di dunia dan pahala yang baik di akhirat.
Dan Allah menyukai orang-orang yang berbuat
kebaikan”.
(QS. Ali Imran: 148)
“
Keluargaku adalah alasan bagi kerja kerasku
”
Telanlah rasa kecewa dan sakit hatimu. Sesuatu
dan seseorang yang lebih baik telah disiapkan
i SANWACANA
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Alhamdulillaahirabbil'aalamiin, puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung. Shalawat serta salam juga disampaikan kepada Nabi Muhammad SAW yang akan kita tungu syafa’atnya di yaumil akhir nanti.
Skripsi dengan judul “Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pelet Asam-Fisik Dengan Normalitas Tinggi Terhadap Prestasi Mesin Diesel 4-Langkah” ini dapat diselesaikan berkat partisipasi, bantuan, dukungan dan doa dari berbagai pihak. Sebagai rasa syukur, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Suharno M.S., M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.
2. Ibu Shirley Savetlana S.T.,M.Met.,Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.
ii 4. Bapak Harnowo S, S.T., M.T. selaku Pembimbing Pendamping atas kesediaannya untuk memberikan bimbingan, masukan, dan saran dalam proses penyelesaian skripsi ini.
5. Bapak Jorfri Boike Sinaga, S.T.,M.T. selaku dosen Pembahas yang telah menyempatkan waktunya dan memberikan masukan sebagai penyempurnaan penulisan skripsi ini.
6. Bapak A. Yudi Eka Risano, S.T., M.Eng. selaku Pembimbing Akademik yang telah memberikan banyak masukan dan motivasi dalam kegiatan akademik.
7. Bapak Jorfri Boike Sinaga, S.T.,M.T. dan Ibu Novri Tanti S.T., M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir yang telah membantu kelancaran skripsi ini, dimana skripsi ini dibuat saat Bapak Jorfri Boike Sinaga masih menjabat sebagai Koordinator Tugas Akhir sampai Agustus 2014 dan dilanjutkan Ibu Novri Tanti S.T., M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir.
8. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin atas ilmu yang diberikan selama penulis melaksanakan studi, baik materi akademik maupun teladan dan motivasi untuk masa yang akan datang.
iii langkahku dan mendoakan yang terbaik untukku. Cinta dan Sayang kalian selalu mengalir di dalam aliran darah dan hembusan nafasku.
11. Mas Dadang, Mas Nanang, Mas Marta dan Mas Agus (Teknisi Laboratorium Motor Bakar) serta seluruh staf administrasi jurusan Teknik Mesin yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan studi di jurusan Teknik Mesin.
12. Teman seperjuanganku pada saat penelitian Denfi Efendri, Dian Eka Pratama, Bicar Sahat Nauli, Jasendo Fendinar, Eko Hermawan atas kebersamaan, bantuan, serta sumbangan fikiran dan motivasi selama melakukan penelitian. 13. Sahabatku Edo Septian, Wili Alfani, Galeh Kristanto, Dedi Hernando Siadari,
Feny Setiawan, Lambok Silalahi, Gunawan Efendi, Agus Rantaujaya, Lingga Aditya, dan Rizki Risdiono serta teman-teman mesin ’09 yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
14. Teman seperjuangan Mario Sitorus, Setia Wasis, Mei Hartanto, Tri Wibowo, M. Todaro, Arif Ridwan, dan Rizal Ahmad Fadhil.
15. Keluarga Besar Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Lampung. 16. Sahabat-sahabatku alumni SDN1 Braja Caka, SMPN1 Way Jepara,
SMANSA Way Jepara, penghuni kost ARFAZUL, khususnya Aprie Singgih Prayogo, dan ibu Ida Ropaida, dan semua teman-teman yang tidak bisa di sebutkan namanya terimakasih atas support dan dukungannya.
iv Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh sebab itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari semua pihak. Penulis berharap skripsi ini bermanfaat bagi semua yang membaca dan bagi penulis sendiri.
Wassalamu’alaikum Wr.Wb
Bandar Lampung, 17 Februari 2015 Penulis,
v
DAFTAR ISI
SANWACANA... i
DAFTAR ISI……….…. v
DAFTAR TABEL……….. viii
DAFTAR GAMBAR………..…... ix
DAFTAR NOTASI... xiii
BAB I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang………... 1
B. Tujuan Penelitian………... 6
C. Batasan masalah………..… 6
D. Sistematika Penulisan………...….. 7
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA A. Motor bakar………..….. 9
B. Proses Pembakaran..……….... 14
C. Parameter Prestasi Mesin Motor Diesel 4-Langkah...……….… 15
D. Filter Udara... 16
E. Zeolit... 18
F. Aktivasi Zeolit Alam... 23
G. Tepung Tapioka... 28
vi
1.Pengaruh nilai konsentrasi aktivator asam terhadap daya engkol ... 59
2.Pengaruh nilai konsentrasi aktivator asam terhadap konsumsi bahan bakar spesifik ... 65
3.Pengaruh massa (rengang) zeolit pelet teraktivasi asam terhadap daya engkol ... 73
4.Pengaruh massa (rengang) zeolit pelet teraktivasi asam terhadap konsumsi bahan bakar spesifik... 78
vii
6.Perbandingan persentase konsumsi bahan bakar spesifik konsentrasi asam penelitian Chandra dengan penelitian
ini... 88 7.Nilai Ekonomis... 92 8.Pengaruh pengunaan zeolit pelet teraktivasi asam-fisik terhadap
perbandingan udara-bahan bakar (A/F)... 93
BAB V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan………. 94
B. Saran………... 95
viii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Diagram P–V dari siklus Tekanan Konstan...…...…… 10
2. Siklus operasi motor bakar diesel 4-langkah ....……….…...………. 11
3. Siklus Motor Bakar 4-langkah...………...……. 12
4. Filter Udara Busa Marmer... 17
5. Filter Udara Dry Elemen...……….…...…………... 18
6. Filter Udara Wet Element...……...……… ...….. 18
7. Tetrahedral Alumina dan Silika pada Struktur Zeolit…… ... ……. 19
8. Skematika Pembentuk Struktur Zeolit...……... ……… 20
9. Perubahan relatif di daerah permukaan akibat perlakuan...………… 30
10. Perubahan relatif energi adsorpsi rata-rata karena perlakuan.……… 30
11. Motor Diesel Robin-Fuji DY23D ...…………...………...…. 32
12. Instrumen Alat Uji...…………...…..…….. 33
13. Rangkaian Alat Uji dan Unit Instrumentasi...……… .……… 33
14. Tachometer ...…...……....…..…... 34
15. Stopwatch ...…...……… ……. 34
16. Termometer Air Raksa...…………..………...……. 35
x
35. Instalasi Pemasangan Filter Internal...… 48
36. Diagram Alir Penelitian...… 52
37. Pengaruh nilai normalitas HCl terhadap peningkatan daya engkol.…. 60
38. Persentase peningkatan daya engkol variasi nilai normalitas HCl...… 61
39. Pengaruh nilai normalitas H2SO4 terhadap peningkatan daya engkol… 62
40. Persentase peningkatan daya engkol variasi nilai normalitas H2SO4.… 63
xi
42. Pengaruh nilai normalitas asam klorida terhadap penurunan konsumsi bahan bakar spesifik...…...…………...……… 66 43. Persentase penurunan konsumsi bahan bakar spesifik variasi nilai
Normalitas HCl...……...…………...……… 67 44. Pengaruh nilai normalitas asam sulfat terhadap penurunan konsumsi
bahan bakar spesifik....…...…………...……….… 68 45. Persentase penurunan konsumsi bahan bakar spesifik variasi nilai
normalitas H2SO4....…...…………...………... . 69 46. Persentase nilai normalitas asam terhadap penurunan konsumsi bahan
bakar spesifik...……...…………...………... . 71 47. Pengaruh massa rengang zeolit teraktivasi HCl terhadap peningkatan
daya engkol dengan variasi nilai normalitas...…………...……….. 74 48. Persentase peningkatan daya engkol variasi nilai konsentrasi teraktivasi
HCl pada massa rengang…...…………...……….. 75 49. Pengaruh massa rengang zeolit teraktivasi H2SO4 terhadap peningkatan
daya engkol dengan variasi nilai normalitas...…………...……….. 75 50. Persentase peningkatan daya engkol variasi nilai normalitas teraktivasi
H2SO4 pada massa rengang...…………...………... 76 51. Persentase nilai normalitas asam bermassa rengang terhadap peningkatan
daya engkol...……...…………...……….. 77 52. Pengaruh massa rengang asam klorida terhadap penurunan konsumsi
bahan bakar spesifik..……...…………...……….. 79 53. Persentase penurunan konsumsi bahan bakar spesifik variasi nilai
xii
54. Pengaruh massa rengang asam sulfat terhadap penurunan konsumsi
bahan bakar spesifik..……...…………...……….. 81 55. Persentase penurunan konsumsi bahan bakar spesifik variasi nilai
konsentrasi teraktivasi H2SO4 pada massarengang.……...……….. 82 56. Persentase nilai konsentrasi asam bermassa rengang terhadap penurunan
konsumsi bahan bakar...…………...……….. 83 57. Persentase perbandingan daya engkol variasi nilai normalitas HCl…. 86 58. Persentase perbandingan daya engkol variasi nilai normalitas
H2SO4...…………...……….. 87 59. Persentase perbandingan konsumsi bahan bakar spesifik variasi nilai
normalitas HCl ...…. 88 60. Persentase perbandingan konsumsi bahan bakar spesifik variasi nilai
xiii DAFTAR NOTASI
N Normalitas, N
M Molaritas, M
V Valensi
MA Massa zat terlarut (asam yang digunakan), gram Mr Massa Molekul Relatif Zat Terlarut
bP Daya Engkol, kW
m Massa Beban, kg
Man Pembacaan mmH2O pada Manometer, mmH2O
bsfc Brake Spesifik Fuel Consumption (Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Engkol), kg/kWh
mf Laju Pemakaian Bahan Bakar per16 ml Bahan bakar, kg/jam
N Putaran Mesin, rpm
fuel
massa jenis bahan bakar (0,834 untuk bahan bakar solar)
t Waktu Pemakaian (16 ml) Bahan Bakar, detik TAP Torsi Aktual, Nm
I.PENDAHULUAN
A.Latar Belakang
Perkembangan ilmu dan teknologi di dunia terus berjalan seiring dengan timbulnya masalah yang semakin kompleks diberbagai bidang kehidupan, tidak terkecuali dalam bidang transportasi. Bahan bakar minyak (BBM), bahan bakar fosil, minyak bumi dan batu bara makin langka, sedangkan kebutuhan manusia akan energi makin tak terbatas. Oleh karena itu, bahan bakar alternatif terbarukan mutlak harus ditemukan. Indonesia sebagai negara penghasil minyak bumi nampaknya segera menjadi kenangan, sumur-sumur minyak Indonesia kini sudah semakin mengering karena ekstraksi (pengeboran) minyak bumi tidak dibarengi oleh adanya eksplorasi. Artinya, sebagai manusia pengguna minyak bumi sudah semestinya dapat mengupayakan untuk menghemat energi agar teknologi yang sudah tersedia dapat terus dimanfaatkan.
2
menunjukkan untuk minyak bumi data tahun 2010 mencapai 344,89 juta SBM dengan cadangan terbukti hanya dapat menyediakan minyak selama 11 tahun (BPPT, 2012).
Perlu adanya solusi yang tepat dan efisien untuk menanggulangi permasalahan yang terjadi sekarang ini. Salah satu solusi yang dapat dilakukan untuk menghemat bahan bakar minyak sekarang ini adalah dengan memaksimalkan udara yang akan digunakan untuk proses pembakaran. Kondisi udara pembakaran yang masuk ke ruang bakar sangat berpengaruh dalam menghasilkan prestasi mesin yang tinggi. Udara lingkungan yang dihisap untuk proses pembakaran terdiri atas bermacam-macam gas seperti nitrogen, oksigen, uap air, karbon monoksida, karbon dioksida, dan gas-gas lain. Sementara gas yang dibutuhkan pada proses pembakaran adalah oksigen untuk membakar bahan bakar yang mengandung molekul karbon dan hidrogen (Wardono, 2004).
3
Zeolit merupakan senyawa alam yang banyak terdapat di wilayah Indonesia, zeolit ini memiliki berbagai macam kegunaan, salah satunya adalah sebagai penyerap (absorben) senyawa organik (Syafii, 2010). Provinsi Lampung merupakan salah satu dari daerah di Indonesia yang memiliki potensi zeolit alam dengan total sumber daya ± 26.20.000 m3 (Dinas Pertambangan dan Energi Provinsi Lampung, 2007). Zeolit alam memiliki kemampuan yang baik dalam menangkap (absorben) molekul air (H2O). Disamping itu, zeolit alam juga mampu menangkap gas nitrogen untuk memperkaya kandungan oksigen dalam udara pembakaran yang telah disaring (Jaya, 2009). Oleh karena itu, zeolit alam dimanfaatkan sebagai penghemat bahan bakar, karena mampu menyaring nitrogen dan uap air dan hanya oksigen murni yang masuk dalam ruang pembakaran, sehingga terjadilah pembakaran yang sempurna.
4
Penelitian mengenai pemanfaatan zeolit alam Lampung sebagai absorben udara pembakaran pada kendaraan bermotor, sudah dilakukan beberapa kali, khususnya di Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung. Penelitian ini terus dilakukan, yang telah dilakukan meliputi pengaruh berbagai aktivasi, pengaruh massa zeolit, umur pakai efektif zeolit, pengaruh bentuk zeolit, pengaruh zeolit pada berbagai mesin (2 langkah maupun 4 langkah) baik mesin bensin atau diesel. Hasil yang diperoleh dari penelitian-penelitian tersebut menunjukkan peningkatan pada prestasi mesin. Pemanfaatan zeolit alam aktivasi fisik berbentuk pelet dapat meningkatkan daya engkol sebesar 0,172 kW (11,389%) dan menurunkan konsumsi bahan bakar sebesar 0,0214 kg/kWh (13,6122%) pada mesin diesel 4 langkah, pada penelitian yang dilakukan Doran Ferdinan Sinaga (2009). Sonic Niwatana (2011) melakukan penelitian dengan zeolit berbentuk pelet dan melakukan pengujian road test (berjalan) dengan menggunakan sepeda motor karburator 4 langkah, dan mampu menghemat konsumsi bahan bakar sebesar 24,26 % serta mampu menurunkan kadar CO sebesar 70,68%.
5
(2,769 %) yang diujikan pada mesin diesel 4 langkah. Sedangkan untuk normalitas lain yaitu 0,3N memberikan penghematan konsumsi bahan bakar spesifik sebesar 10,305 % dan daya engkol yang dihasilkan adalah sebesar 0,654 kW (1,625 %).
Penelitian dari Jozefacuk dan Bowanko (2002) menggunakan peningkatan nilai konsentrasi pada aktivasi kimia asam, secara umum absorpsi uap air dan nitrogen meningkat yaitu dengan normalitas 0,1N, 1N dan 5N. Peningkatan absorpsinya jauh lebih tinggi menggunakan perlakuan asam (asam kuat) dibandingkan dengan basa. Karena semakin tinggi nilai konsentrasi asam yang digunakan, maka semakin bertambah luas permukaan spesifik pori-pori zeolit, sehingga semakin luas permukaan yang bersih atau senyawa pengotor yang hilang. Dengan berkurangnya pengotor yang menutupi pori-porinya meningkatlah kemampuan zeolit dalam proses penyerapan (absorpsi). Akan tetapi, Al yang merupakan struktur utama kerangka zeolit dapat larut (rusak). Jika nilai konsentrasi asam yang digunakan terlalu besar, akan merusak struktur kerangka dari zeolit. Sehingga dapat menyebabkan menurunnya daya absorb zeolit atau melarutnya zeolit yang mengakibatkan fungsi zeolit itu sendiri akan hilang.
6
B.Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh pemanfaatan zeolit pelet terhadap prestasi mesin diesel 4-langkah berdasarkan:
1. Jenis aktivator yang digunakan adalah asam (HCl dan H2SO4). 2. Nilai normalitas (1N, 2N, 3N, dan 4N).
3. Variasi massa zeolit pelet.
C.Batasan Masalah
Adapun batasan masalah yang diberikan agar pembahasan dari hasil yang diperoleh lebih terarah adalah sebagai berikut:
1. Mesin yang digunakan dalam penelitian ini adalah motor diesel 4-langkah 1 silinder yang terdapat pada laboratorium motor bakar dan propulsi jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.
2. Zeolit yang digunakan adalah jenis klinoptilolit yang berasal dari Sidomulyo, Lampung Selatan.
3. Zeolit dibuat pelet berbentuk tablet yang telah diaktivasi secara HCl-fisik dan H2SO4-fisik.
4. Temperatur yang digunakan 200 0C.
7
6. Dalam pembuatan filter zeolit internal masih sederhana yaitu dengan membuat kembali sesuai contoh yang ada di pasaran sehingga untuk analisa perancangan, aliran serta tekanan udara yang masuk ke filter zeolit diabaikan.
7. Penilaian peningkatan prestasi mesin hanya berdasarkan konsumsi bahan bakar spesifik, daya engkol, dan stasioner.
D.Sistematika Penulisan
Adapun sistem penulisan dari penelitian ini adalah:
BAB I : PENDAHULUAN
Terdiri dari latar belakang, tujuan, batasan masalah, dan sistematika penulisan dari penelitian ini.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Berisikan tentang motor bakar dan jenis-jenis motor bakar, proses pembakaran, parameter prestasi mesin diesel 4-langkah, zeolit, filter udara, aktivasi zeolit, dan tapioka. BAB III : METODE PENELITIAN
Berisi beberapa tahapan persiapan sebelum pengujian, prosedur pengujian, dan diagram alir pengujian.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Yaitu berisikan pembahasan dari data-data yang diperoleh pada pengujian motor diesel 4-langkah.
8
Berisikan hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran-saran yang ingin disampaikan dari penelitian ini.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A.Motor Bakar
Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin penggerak yang banyak dipakai dengan memanfaatkan energi kalor dari proses pembakaran menjadi energi mekanik. Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin kalor yang proses pembakarannya terjadi dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus sebagai fluida kerjanya (Daryanto, 2010). Proses pembakaran yang terjadi pada motor, tidak lain dari suatu reaksi kimia yang berlangsung pada temperatur yang tinggi dan dalam waktu yang sangat singkat. Dari reaksi kimia ini dihasilkan sejumlah besar panas, panas tersebut merupakan tenaga aliran yang kuat dan mendorong piston. Dan akibatnya piston bergerak lurus bolak-balik yang disebut dengan gerakan translasi. Oleh poros engkol dan batang penggerak gerakan ini diubah menjadi gerak putar (Jama, 1982). Motor bakar adalah salah satu bagian dari mesin kalor yang berfungsi untuk mengkonversi energi termal hasil pembakaran bahan bakar menjadi energi mekanis. Berdasarkan jenis bahan bakar yang digunakan pada umumnya, motor bakar dibedakan menjadi dua yaitu motor bensin dan motor diesel (Wardono, 2004).
1. Motor Diesel
10
yang menggunakan busi untuk dapat melangsungkan proses pembakaran bahan bakar di dalam silinder, pada motor bakar diesel ini proses penyalaan dapat terjadi dengan sendiri (tanpa butuh tambahan energi dari busi). Proses pembakaran dapat terjadi di dalam silinder motor bakar diesel ini karena bahan bakar solar yang dikontakkan dengan udara terkompresi bertemperatur dan bertekanan sangat tinggi di dalam silinder, dimasukkan dengan cara disemprotkan pada tekanan tinggi, sehingga dihasilkan butir-butir bahan bakar yang sangat halus. Akibatnya, panas yang terkandung/diberikan oleh udara terkompresi tadi dapat membakar butir-butir halus bahan bakar ini. Oleh karena itu, pada motor bakar diesel ini tidak dipergunakan busi untuk memantik bahan bakar agar terbakar, seperti halnya pada motor bensin. Untuk lebih jelasnya proses-proses yang terjadi pada motor bakar bensin ini dapat dijelaskan melalui siklus ideal dari siklus udara bahan bakar volume konstan (siklus diesel) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 (Wardono, 2004).
11
Proses- proses yang terjadi pada siklus udara bahan bakar tekanan konstan (siklus diesel) adalah sebagai berikut (Wardono, 2004):
Gambar 2. Siklus operasi motor bakar diesel 4-langkah
a. langkah isap (0-1) hanya udara segar yang diisap masuk ke dalam silinder. b. Kemudian udara segar ini dikompres pada langkah kompresi isentropik
(1-2). Di akhir langkah kompresi bahan bakar (solar) diinjeksikan dalam bentuk butiran-butiran halus ke dalam silinder menggunakan injektor/atomizer bertekanan tinggi dan langsung dikontakkan dengan udara terkompres bertemperatur dan bertekanan tinggi. Sesaat kemudian campuran udara terkompres butir halus bahan bakar ini terbakar dengan sendirinya.
12
2. Motor Bensin
Motor bakar bensin 4-langkah adalah salah satu jenis mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang beroperasi menggunakan udara bercampur dengan bensin dan untuk menyelesaikan satu siklusnya diperlukan empat langkah piston, seperti ditunjukkan pada Gambar 3 (Wardono, 2004).
Gambar 3. Siklus Motor Bakar 4-langkah
a. Proses 0 → 1 adalah langkah hisap
Pada langkah hisap campuran udara-bahan bakar dari karburator terhisap masuk ke dalam silinder dengan bergeraknya piston dari TMA menuju TMB. Katup hisap pada posisi terbuka, sedang katup buang pada posisi tertutup. Di akhir langkah hisap, katup hisap tertutup secara otomatis. Fluida kerja dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik konstan. Proses dianggap berlangsung pada tekanan konstan.
b. Proses 1 → 2 adalah langkah kompresi
13
Akibatnya campuran udara-bahan bakar terkompresi. Proses kompresi ini menyebabkan terjadinya kenaikan temperatur dan tekanan campuran tersebut, karena volumenya semakin kecil. Campuran udara-bahan bakar terkompresi ini menjadi campuran yang sangat mudah terbakar. Proses kompresi ini dianggap berlangsung secara adiabatik.
c. Proses 2 → 3 adalah langkah kerja
Pada saat piston hampir mencapai TMA, loncatan nyala api listrik diantara kedua elektroda busi diberikan ke campuran udara-bahan bakar terkompresi sehingga sesaat kemudian campuran udara-bahan bakar ini terbakar. Akibatnya terjadi kenaikan temperatur dan tekanan yang drastis. Kedua katup pada posisi tertutup. Proses ini dianggap sebagai proses pemasukan panas (kalor) pada volume konstan.
d. Proses 3 → 4 adalah langkah buang volume konstan
Kedua katup masih pada posisi tertutup. Gas pembakaran yang terjadi selanjutnya mampu mendorong piston untuk bergerak kembali dari TMA menuju TMB. Dengan bergeraknya piston menuju TMB, maka volume gas pembakaran di dalam silinder semakin bertambah, akibatnya temperatur dan tekanannya turun. Proses ekspansi ini dianggap berlangsung secara isentropik.
e. Proses 1 → 0 adalah langkah buang tekanan konstan
14
B.Proses Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi kimia antara komponen-komponen bahan bakar (Karbon dan hidrogen) dengan komponen udara (Oksigen) yang berlangsung sangat cepat, yang membutuhkan panas awal untuk menghasilkan panas yang jauh lebih besar sehingga menaikkan suhu dan tekanan gas pembakaran. Elemen mampu bakar atau combustible yang utama adalah hidrogen dan oksigen. Sementara itu, Nitrogen adalah gas lembam dan tidak berpartisipasi dalam proses pembakaran. Selama proses pembakaran, butiran minyak bahan bakar menjadi elemen komponennya, yaitu hidrogen dan karbon, akan bergabung dengan oksigen untuk membentuk air, dan karbon bergabung dengan oksigen menjadi karbon dioksida. Kalau tidak cukup tersedia oksigen, maka sebagian dari karbon, akan bergabung dengan oksigen menjadi karbon monoksida. Akibat terbentuknya karbon monoksida, maka jumlah panas yang dihasilkan hanya 30 persen dari panas yang ditimbulkan oleh pembentukan karbon monoksida sebagaimana ditunjukkan oleh reaksi kimia berikut (Wardono, 2004).
reaksi cukup oksigen: CO2 CO2393,5kJ,
reaksi kurang oksigen: C 2O2 CO 110,5 kJ
1
.
15
CxHy + (O2 + 3,773N2) CO2 + H2O +N2 + CO + NOx + HC Secara lebih detail dapat dijelaskan bahwa proses pembakaran adalah proses oksidasi (penggabungan) antara molekul-molekul oksigen („O‟) dengan molekul-molekul (partikel-partikel) bahan bakar yaitu karbon („C‟) dan hidrogen („H‟) untuk membentuk karbon dioksida (CO2) dan uap air (H2O)
pada kondisi pembakaran sempurna. Dalam proses pembentukan CO2 dan H2O hanya bisa terjadi apabila panas kompresi atau panas dari pemantik telah mampu memisah atau memutuskan ikatan antar partikel oksigen (O-O) menjadi partikel „O‟ dan „O‟, dan juga mampu memutuskan ikatan antar
partikel bahan bakar (CRH dan/atau CC) menjadi partikel „C‟ dan „H‟ yang berdiri sendiri. Baru selanjutnya partikel „O‟ dapat beroksidasi dengan
partikel „C‟ dan „H‟ untuk membentuk CO2 dan H2O. Jadi dapat disimpulkan
bahwa proses oksidasi atau proses pembakaran antara udara dan bahan bakar tidak pernah akan terjadi apabila ikatan antar partikel oksigen dan ikatan antar partikel bahan bakar tidak diputus terlebih dahulu (Wardono, 2004).
C.Parameter Prestasi Mesin Motor Diesel 4-Langkah
16
Dimana:
- TAP adalah torsi aktual yang diperoleh dari hasil kali TRD torsi hasil pembacaan dengan faktor koreksi yaitu 1,001
Laju pemakaian bahan bakar, mf dapat diketahui dengan menggunakan persamaan berikut (Wardono, dkk. 2012):
akan lebih mudah untuk mengekspresikan unit konsumsi bahan bakar kg/jam, sehinga
- pemakaian bahan bakar per 16 ml bahan bakar
Untuk pemakaian bahan bakar spesifik, bsfc dapat dihitung menggunakan persamaan berikut (Wardono, dkk. 2012):
17
kotoran, atau uap air yang berlebihan. Apabila udara yang masuk ruang bakar masih kotor maka akan terjadi pembakaran yang tidak sempurna dan akibatnya suara mesin terdengar kasar, knalpot akan mengeluarkan asap tebal, dan tenaga kendaraan menjadi kurang maksimal.
Filter udara sudah mengalami tiga kali evolusi. Generasi pertama, menggunakan bahan busa. Generasi kedua menggunakan tipe kertas kering, dan generasi terbaru menggunakan kertas basah. Beberapa jenis filter akan dijelaskan di bawah ini (www.Otomotifnet.com, 2013):
1. Busa marmer
Tipe saringan udara ini, boleh disebut konvensional. Itu karena modelnya yang umum dan sudah dipakai sejak lama. Banyak pabrikan menggunakan saringan model ini, karena mudah perawatannya. Membersihkannya menggunakan bensin. Busa direndam atau disiram bensin lalu diperas. Ulangi hingga dua atau tiga kali, Untuk mengeringkannya, cukup sedikit diremas. Setelah busa dibersihkan kemudian di lumuri dengan oli.
Gambar 4. Filter Udara Busa Marmer 2. Kertas kering (dry element)
18
Gambar 5. Filter Udara Dry Elemen 3. Kertas basah (wet element)
Bahan yang dipakai hampir serupa dengan bahan saringan udara dry element, namun telah memiliki pelumas khusus di kertasnya. Cara membersihkannya cukup dilap menggunakan kain tipis (www. Otomotifnet.com, 2013).
Gambar 6. Filter Udara Wet Element
E. Zeolit
1. Pengertian Zeolit Alam
19
mempunyai pori dan luas permukaan yang relatif besar, sehingga mempunyai sifat adsorpsi yang tinggi. Zeolit merupakan senyawa aluminosilikat terhidrasi yang memiliki kerangka struktur tiga dimensi (3D), mikroporous, dan merupakan padatan kristalin dengan kandungan utama silikon, aluminium, dan oksigen serta mengikat sejumlah tertentu molekul air di dalam porinya (http://www.chem-is-try.org, 2013).
Gambar 7. Tetrahedral Alumina dan Silika pada Struktur Zeolit
2. Struktur Zeolit
20
H2SO4 untuk menghilangkan oksida-oksida pengotor yang menutupi permukaan pori. Rasio Si/Al merupakan perbandingan jumlah atom Si terhadap jumlah atom Al di dalam kerangka zeolit. Perubahan rasio Si/Al dari zeolit akan mengubah muatan zeolit sehingga pada akhirnya akan mengubah jumlah kation penyeimbang. Lebih sedikit atom Al artinya lebih sedikit muatan negatif pada zeolit sehingga lebih sedikit pula kation penyeimbang yang ada (http://material-sciences.blogspot.com, 2013).
3. Skematik Pembentukan Struktur Zeolit
Zeolit umumnya memiliki struktur tiga dimensi, yang terbentuk dari tetrahedral alumina dan silika dengan rongga-rongga di dalam yang berisi ion-ion logam, biasanya alkali atau alkali tanah dan molekul air yang dapat bergerak bebas. Secara empiris rumus molekul zeolit adalah Mx/n.(AlO2)x.(SiO2)y.xH2O. Unit pembentuk kerangka utama zeolit adalah tetrahedral, pusatnya ditempati oleh atom silikon (Si) atau atom aluminium (Al), dengan empat atom oksigen di sudut-sudutnya. Struktur zeolit merupakan polimer kristal anorganik didasarkan kerangka tetrahedral yang diperluas tak terhingga dari AlO4 dan SiO4 dan dihubungkan satu dengan lainnya melalui pembagian bersama ion oksigen (http://ardra.biz/sain-teknologi/mineral/mineral-zeolit, 2013).
21
4. Sifat-Sifat Zeolit
Zeolit mempunyai sifat-sifat kimia, antara lain: a. Dehidrasi
Zeolit mempunyai sifat dehidrasi yaitu melepaskan molekul H2O apabila dipanaskan. Pada umumnya struktur kerangka zeolit akan menyusut. Tetapi kerangka dasarnya tidak mengalami perubahan secara nyata. Molekul H2O dapat dikeluarkan secara reversibel. Pada pori-porinya terdapat kation-kation dan atau molekul air. Bila kation-kation dan atau molekul air tersebut dikeluarkan dari pori dengan perlakuan tertentu maka zeolit akan meninggalkan pori yang kosong (http://ardra.biz/sain-teknologi/mineral/mineral-zeolit, 2013).
b. Penyerapan (absorbsi)
Zeolit mempunyai kapasitas yang tinggi sebagai penyerap (absorben). Mekanisme adsorbsi yang mungkin terjadi adalah adsorbsi fisik dan adsorbsi kimia, ikatan hidrogen dan pembentukan kompleks koordinasi. Molekul atau zat yang diserap akan menempati posisi pori. Daya serap (absorbansi) zeolit tergantung dari jumlah pori dan luas permukaan. Molekul-molekul dengan ukuran lebih kecil dari pori yang mampu terserap oleh zeolit (http://ardra.biz/sain-teknologi/mineral/mineral-zeolit, 2013).
22
untuk pemurnian dan pemisahan. Chabazite (CHA) merupakan zeolit pertama yang diketahui dapat mengabsorb dan menahan molekul kecil seperti asam formiat dan metanol tetapi tidak dapat menyerap benzena dan molekul yang lebih besar. Chabazite telah digunakan secara komersial untuk mengabsorb gas polutan SO2 yang merupakan emisi dari cerobong asap (http://material-sciences.blogspot.com, 2013). c. Penukar Ion
Kation-kation pada pori berperan sebagai penetral muatan zeolit. Kation-kation ini dapat bergerak bebas sehingga dapat dengan mudah terjadi pertukaran ion. Mekanisme pertukaran kation tergantung pada ukuran, muatan dan jenis zeolitnya.
d. Penyaring
Zeolit dengan struktur kerangka mempunyai luas permukaan yang sangat besar dan berperan sebagai saluran yang dapat menyaring ion atau molekul. Peran zeolit sebagai penyaring ataupun pemisah molekul didasarkan pada perbedaan bentuk, ukuran, dan polaritas molekul yang disaring. Sifat ini disebabkan zeolit mempunyai pori dengan ukuran tertentu. Molekul yang berukuran lebih kecil dari pori dapat melintas sedangkan yang berukuran lebih besar dari pori akan tertahan.
e. Katalis
23
aktif tersebut terbentuk karena adanya gugus fungsi asam tipe bronsted maupun lewis. Perbandingan kedua jenis asam ini tergantung pada proses aktivasi zeolit dan kondisi reaksi. Pusat-pusat aktif yang bersifat asam ini selanjutnya dapat mengikat molekul-molekul basa secara kimiawi (http://ardra.biz/sain-teknologi/mineral/mineral-zeolit, 2013).
F. Aktivasi Zeolit Alam
24
lebih meningkatkan kualitas dari oksigen yang dibutuhkan dalam pembakaran, maka diperlukan zeolit yang lebih baik lagi, yaitu dengan dilakukan aktivasi. Proses aktivasi zeolit alam dikelompokkan menjadi 3 cara yaitu:
1. Aktivasi fisik
Pengaktivasian zeolit alam secara fisik dilakukan dengan proses pemanasan zeolit alam. Pemanasan ini bertujuan untuk menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori kristal zeolit sehingga jumlah pori-pori dan luas permukaan spesifiknya bertambah. Proses pemanasan zeolit dilakukan pada suhu 200-400 0C dan waktu pemanasan 2-3 jam, sedangkan di ruang terbuka sekitar 5-6 jam (Suyartono dan Husaini, 1992 dalam Pandapotan, 2012). Penelitian yang lain juga dilakukan oleh Triatmaja (2011) menggunakan zeolit pelet yang diaktivasi fisik dengan pemanasan pada temperatur 225oC selama 1 jam, menunjukkan peningkatan prestasi mesin pada sepeda motor karburator 4 langkah. Temperatur aktivasi fisik terbaik dalam penurunan konsumsi bahan bakar spesifik yaitu pada 200 0C selama 1 jam. Hal ini terlihat pada penggunaan zeolit pelet dengan aktivator HCl 0,3N konsumsi bahan bakar spesifik yang diberikan sebesar 7,811 % dan pada penggunaan H2SO4 0,3N konsumsi bahan bakar spesifik yang diberikan 5,350 % (Pandapotan, 2012)
2.Aktivasi Kimia
25
larutan basa (NaOH). Aktivasi ini bertujuan untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengotor dan mengatur kembali letak atom yang dapat dipertukarkan (Hendrawan A, 2010). Pereaksi kimia ditambahkan pada zeolit yang telah disusun dalam suatu tangki dan diaduk selama jangka waktu tertentu. Zeolit kemudian dicuci dengan air sampai netral dan selanjutnya dikeringkan. Permukaan yang luas ini tersusun oleh banyaknya pori halus pada padatan tersebut. Di samping luas spesifik dan diameter pori, distribusi ukuran partikel, maupun kekerasannya merupakan sifat karakteristik yang penting dari suatu absorben. Tergantung pada tujuan penggunaannya, absorben dapat berupa granulat (biasanya untuk menyerap gas) atau serbuk (biasanya untuk adsorpsi campuran cair) (Andrianus, 2012). Peningkatan keasaman zeolit mampu memperbesar kemampuan penyerapan zeolit. Hal itu terjadi karena banyaknya pori-pori zeolit yang terbuka dan permukaan padatannya menjadi bersih dan luas.
26
27
3.Aktivasi gabungan
28
yang dicetak kemudian di aktivasi fisik selama 1 jam pada temperatur 200 0
C. Dengan proses aktivasi gabungan tersebut mampu menurunkan konsumsi bahan bakar terjadi pada aktivator HCl dan H2SO4 pada normalitas 0,5N sebesar 0,189 kg/kWh (8,161) dan 0,191 kg/kWh (7,414 %).
G. Tepung Tapioka
Tepung adalah partikel padat yang berbentuk butiran halus atau sangat halus (tergantung pemakaiannya). Biasanya digunakan untuk keperluan penelitian, rumah tangga, dan bahan baku industri. Tepung bisa berasal dari bahan nabati misalnya tepung terigu dari gandum, tapioka dari singkong, maizena dari jagung atau hewani misalnya tepung tulang dan tepung ikan (http://id.wikipedia.org/wiki/Tepung, 2013).
Kualitas tapioka sangat ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu: 1. Warna Tepung; tepung tapioka yang baik berwarna putih.
2. Kandungan Air; tepung harus dijemur sampai kering benar sehingga kandungan airnya rendah.
3. Banyaknya serat dan kotoran; usahakan agar banyaknya serat dan kayu yang digunakan harus yang umurnya kurang dari 1 tahun karena serat dan zat kayunya masih sedikit dan zat patinya masih banyak.
4. Tingkat kekentalan; usahakan daya rekat tapioka tetap tinggi. Untuk ini hindari penggunaan air yang berlebih dalam proses produksi.
29
pelet zeolit yaitu sebagai bahan pengikat dan pengental untuk menggabungkan massa pada pengadonan (pembuatanpelet) dan mencegahnya penguapan selama dilakukan pemanasan. Pada penelitian Andrianus (2012) pelet zeolit yang dibuat tidak menggunakan tepung tapioka sebagai perekat sehingga proses pemanasan pada oven tidak bisa dilakukan pada suhu tinggi dan terlalu lama karena pelet zeolit yang telah dibentuk seperti tablet akan rapuh dan mudah pecah, jika ini terjadi maka akan sulit untuk melakukan pengujian, disamping itu proses pembuatan pelet zeolitnya cukup menyulitkan. Sedangkan pada penelitian Pandapotan (2012) pelet yang dibuat sudah menggunakan tepung tapioka sebagai perekat sehingga proses pembuatan pelet zeolitnya akan lebih mudah dan menjadikan zeolit menjadi media absorben yang efektif bisa diwujudkan.
H. Perlakuan asam pada normalitas tinggi
30
Gambar 9. Perubahan Relatif di Daerah Permukaan Akibat Perlakuan
Perlakuan asam atau basa menyebabkan perubahan nyata dalam struktur kristal mineral, karena pelepasan ion struktural dan penataan ulang struktur kristalnya kembali. Dengan meningkatnya konsentrasi perlakuan asam, rata-rata energi absorpsi uap air dan nitrogen meningkat untuk biotit dan zeolit dan menurun untuk bentonit, kaolin, dan illite. Perubahan energi absorpsi rata-rata pada perlakuan asam dan basa ditunjukkan pada Gambar 10 (Jozefacuk dan Bowanko, 2002).
III. METODOLOGI PENELITIAN
A.Alat dan Bahan Penelitian 1. Alat penelitian
a. Motor diesel 4 langkah satu silinder
Dalam penelitian ini, mesin yang digunakan untuk pengujian adalah motor disel 4-langkah satu silinder. Adapun spesifikasi mesin uji yang digunakan adalah sebagai berikut:
Jenis : Motor Diesel, 1 silinder
Posisi katup : Diatas
Valve rocker clearance : 0,10 mm Volume Langkah Torak : 230 cm3
Langkah Torak : 60 mm
Diameter Silinder : 70 mm
Perbandingan Kompresi : 21
Torsi Maksimum : 10,5 Nm pada 2200 resv/min Daya Engkol Maksimum : 3,5 kW pada 3600 revs/min Putaran Maksimum : 3600 revs/min
32
Gambar11. Motor Diesel Robin-Fuji DY23D
b. Instrumentasi penguji
33
Gambar 12. Instrumen Alat Uji
Adapun rangkaian dari mesin diesel Fuji DY23D dan Unit Instrumentasi adalah sebagai berikut:
Gambar 13. Rangkaian Alat Uji dan Unit Instrumentasi
34
c. Tachometer yang dipakai dalam penelitian ini digunakan untuk mengetahui putaran mesin (rpm).
Gambar 14. Tachometer
d. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk mengukur waktu pada saat pengujian.
Gambar 15. Stopwatch
e. Termometer Air Raksa
35
Gambar 16. Termometer Air Raksa
f. Gelas Ukur 100 ml
Untuk mengukur air campuran zeolit pada pembuatan pelet yang digunakan dalam penelitian ini.
Gambar 17. Gelas Ukur 100 ml
g. Timbangan Digital
Timbangan digital digunakan untuk mengukur massa zeolit sebelum dilakukan pencampuran dalam pembuatan zeolit pelet.
36
h. Kompor Gas
Kompor gas digunakan untuk merebus batu zeolit sebelum zeolit dilakukan aktivasi kimia, ini dilakukan supaya pori-pori batu zeolit terbuka dan mudah membersihkannya.
Gambar 19. Kompor Gas
i. Ayakan Mesh 100 Laboratorium Motor Bakar Universitas Lampung Ayakan mesh digunakan untuk menyaring zeolit yang telah ditumbuk, sehingga diperoleh bubuk yang halus dan lembut seperti tepung.
Gambar 20. Ayakan Mesh 100
j. Alat pengaduk (bor pengaduk)
37
Gambar 21. Alat pengaduk k. Oven
Digunakan untuk mengeringkan zeolit yang telah teraktivasi kimia dan untuk aktivasi secara fisik.
Gambar 22. Oven l. Penumbuk Zeolit
Zeolit ditumbuk menggunakan penumbuk zeolit sampai menjadi bubuk, yang selanjutnya akan diayak dengan menggunakan ayakan mesh.
38
m.Kompor Listrik
Kompor listrik digunakan untuk memasak atau memanaskan campuran tepung tapioka dengan air (air rendaman PH 7).
Gambar 24. Kompor Listrik
n. Cetakan
Gambar 25. Cetakan
Cetakan digunakan sebagai alat untuk mencetak hasil adonan campuran zeolit bubuk, air, dan tapioka yang sebelumnya telah diaduk merata.
o. Filter Udara
39
Gambar 26. FilterUdara
p. Bak Penampung
Digunakan untuk merendam zeolit dengan air, untuk mendapatkan PH air yang mendekati 7. Air hasil rendaman tersebut nantinya digunakan untuk menetralkan zeolit yang telah diaktivasi secara kimia hingga PH zeolit netral (PH mendekati 7).
Gambar 27. Bak Penampung
q. PH Meter
40
Gambar 28. PH Meter
2. Bahan penelitian
Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu sebagai berikut: a. Zeolit alam
Zeolit alam yang digunakan untuk pengujian dalam penelitian ini adalah jenis klinoptilolit dengan komposisi kimia 63,37% SiO2, 10,93% Al2O3, 1,29% Fe2O3, 0,16% TiO2, 18,61% L.O.I., 1,31% CaO, 0,68% MgO, 1,54% K2O, 0,75% Na2O (Sumber: CV. Minatama Lampung).
b. Larutan asam HCl dan H2SO4
Larutan HCl dan H2SO4 ini digunakan untuk mengaktivasi zeolit secara kimia pada persiapan bahan. Setiap 1 gram zeolit di aktivasi dengan 7 ml larutan HCl dan larutan H2SO4 (1:7).
c. Air rendaman zeolit
41
d. Tapioka
Tapioka digunakan sebagai perekat dalam pembuatan zeolit pelet.
B.Persiapan Penelitian
1. Pembuatan Zeolit
a. Persiapan Air Rendaman Zeolit
Pada persiapan ini, diberikan perlakuan perendaman zeolit terhadap air sumur (Ph awal > 6) dengan tujuan untuk menyerap kandungan mineral yang terdapat dalam air sehingga kadar H2O meningkat. Sebelum direndam zeolit dicuci hingga bersih dan kemudian direbus selama 1 jam dan cuci kembali hingga bersih guna menghilangkan zat pengotor dan membuka pori-pori zeolit (Gambar a, b, dan c). Massa zeolit yang digunakan adalah sebanyak 1 kg dengan perbandingan 20 liter air, dari air sumur dan waktu perendaman selama kira-kira 6 sampai 24 jam (Gambar d) dan dilakukan pengukuran dengan menggunakan PH meter untuk mendapatkan PH air yang mendekati 7 (Gambar e). Air hasil rendaman yang memiliki PH mendekati 7 lalu di simpan (Gambar f).
42
(Gambar f) (Gambar e) (Gambar d) Gambar 29. Proses perendaman air dengan zeolit
b. Aktivasi Asam
43
menghilangkan larutan aktivasi asam dan kemudian menetralkan dengan air hasil rendaman zeolit (PH 7) dari PH bernilai 1 sampai PH-nya netral yaitu mendekati 7. Lalu zeolit tersebut dikeringkan dengan panas matahari selama 3 jam (Gambar e). Zeolit tersebut ditimbang kembali dengan tujuan melihat reduksi yang terjadi setelah dilakukan aktivasi kimia, kemudian dipanaskan dengan menggunakan oven selama 10 menit pada suhu 110 0C (Gambar f) dengan tujuan agar zeolit benar-benar kering serta mudah dalam penumbukan untuk dijadikan bubuk. Selanjutnya siklusnya sama seperti proses diatas ditunjukkan oleh Gambar berikut ini.
(Gambar a) (Gambar b) (Gambar c)
44
Cara penetralan yang dilakukan pada penelitian ini yaitu dengan dilakukannya pengulangan pencucian beberapa kali, menggunakan waktu dan massa air yang sama. Mulanya dicuci dengan massa air 5 liter selama waktu 30 menit dengan mesin bor pengaduk. Setelah itu di cek PH-nya dengan PH meter yang sebelumnya telah dikalibrasi menggunakan buffer. Buffer digunakan dalam setiap kali pengukuran PH air pencucian zeolit (kalibrasi PH meter), karena setiap pencucian PH-nya berubah (meningkat). Kemudian dilakukan berulang dari zeolit tersebut PH-nya bernilai 1 menjadi netral (6,8).
c. Pembuatan Pelet Zeolit
45
(Gambar a) (Gambar b) (Gambar c)
(Gambar f) (Gambar e) (Gambar d) Gambar 31. Proses Pembuatan Pelet Zeolit
d. Aktivasi Fisik
Setelah pelet terbentuk, pelet selanjutnya diaktivasi secara fisik dengan cara dioven dengan temperatur 2000C selama 1 jam. Setelah selesai di aktivasi pelet dikeluarkan dari oven dan di dinginkan sesuai temperatur ruangan (pendinginan alami). Pelet zeolit yang sudah dingin tadi dimasukkan ke dalam plastik kedap udara agar tidak terkontaminasi dengan udara luar.
46
2. Pembuatan filter zeolit internal
Dalam penelitian ini digunakan filter zeolit internal yang telah dimodifikasi sehingga mudah dalam penempatannya, dengan cara membuat kembali frame filter sesuai dengan contoh yang ada di pasaran. Dalam penelitian ini akan menggunakan 4 variasi normalitas (1N, 2N, 3N, dan 4N) dan 2 variasi massa (rapat dan renggang). Berikut adalah persiapan dari penelitian ini.
a. Membuat dimensi dari masing-masing variasi filter internal dengan luas permukaan yang sama yaitu sebesar 367,5 cm2.
1N, 2N, 3N, dan 4N Rapat
Panjang = 28,27 cm ; Lebar = 13 cm Massa = 100 %
1N, 2N, 3N, dan 4N Renggang
Panjang = 28,27 cm ; Lebar = 13 cm Massa = 75 %
47
Gambar 33. Hasil Pembuatan Filter Internal
c. Pembuatan frame untuk penempatan pelet zeolit:
Frame dirangkai dengan menggunakan jalinan kawat lembut yang mudah dibentuk (kawat strimin), ukurannya disesuaikan dengan ruang yang tersedia pada filter zeolit internal. Kemudian dijahit rapi agar tertata secara sempurna. Setelah semua terpasang, pelet zeolit siap untuk diuji.
Gambar 34. Frame pelet zeolit
d. Pemasangan Filter Zeolit Internal Pada Motor Diesel 4-Langkah
48
dilakukan pengujian. Berikut ini adalah instalasi pemasangan penempatan filter zeolit internal.
Gambar 35. Instalasi Pemasangan Filter Internal
C.Prosedur Pengujian
a. Pengkalibrasian Torsimeter TD114
Sebelum melakukan pengujian mesin, torsimeter harus di posisi nol dan dikalibrasi terlebih dahulu. Adapun caranya adalah sebagai berikut:
1. Menghubungkan unit instrumentasi TD114 ini dengan arus listrik dan menghidupkan unit instrumentasi TD114 tersebut.
2. Memutar span control hingga posisi maksimum (searah putaran jarum jam).
3. Dinamometer diguncangkan untuk mengatasi kekakuan seal bantalannya. Vibrasi terjadi secara otomatis bila mesin berputar.
49
5. Dinamometer diguncangkan lagi untuk memeriksa keakuratan posisi nol tersebut.
6. Menggantungkan beban sebesar 3,5 kg pada lengan dinamometer tersebut.
7. Memutar span control hingga torsimeter TD114 menunjukkan bacaan 8,6 Nm.
8. Dinamometer diguncangkan lagi hingga pembacaan torsimeter stabil. 9. Beban 3,5 kg tadi disingkirkan dan mengulangi langkah-2 hingga
langkah-8 agar penyetelan zero control dan span control benar-benar akurat.
b. Pengambilan data
Setelah proses kalibrasi torsimeter TD114, mesin dihidupkan kurang lebih 15 menit untuk proses pemanasan mesin hingga keadaan stabil. Pengambilan data dimulai dengan meletakkan beban pada dinamometer, beban yang digunakan sebesar 3 kg. Variasi putaran mesin yang digunakan adalah 1500, 2000, 2500, dan 3000 rpm. Pengujian diawali dengan variasi penggunaan zeolit teraktivasi dengan aktivator HCl dan H2SO4 pada konsentrasi 1N, 2N, 3N, dan 4N. Ukuran zeolit pelet yang digunakan berdiameter 10 mm dan tebal 3 mm. Pengambilan data dilakukan untuk setiap putaran mesin dengan variasi yang telah ditentukan yaitu variasi nilai konsentrasi, dan variasi massa (rapat dan renggang).
50
pengambilan data menggunakan zeolit yang teraktivasi kimia asam klorida (HCl-fisik), dan pada tahap ketiga adalah pengambilan menggunakan zeolit yang teraktivasi dengan asam sulfat (H2SO4-Fisik). Kemudian dilanjutkan dengan variasi filter udara yaitu filter rapat dan renggang. Dan dalam hal ini zeolit di aktivasi fisik dengan temperatur 2000C selama 1 jam, zeolit diletakkan di saluran udara masuk sehingga udara yang masuk ke ruang pembakaran akan melewati zeolit dan mengalami proses adsorpsi yang dilakukan oleh zeolit, setelah beberapa saat maka data dapat diambil. Proses pengambilan data setelah torsi stabil dan putaran mesin stabil maka dapat dicatat dan pengambilan data dilakukan untuk setiap putaran mesin. Proses pengambilan data ini juga dilakukan untuk variasi berikutnya.
51
Pengambilan data berikutnya adalah pada putaran mesin 2000, 2500, dan 3000 rpm dengan kondisi yang sama seperti pada pengujian 1500 rpm. Setelah pengambilan data untuk masing-masing putaran mesin dilakukan, kemudian dilanjutkan dengan pengambilan data lainnya yaitu menggunakan zeolit teraktivasi HCl 1N-Fisik dan H2SO4 1N-Fisik pada nilai konsentrasi yang lainnya yaitu, 2N, 3N, dan 4N pada kondisi yang sama seperti pada pengujian menggunakan zeolit teraktivasi HCl 1N-Fisik. Langkah-langkah tersebut juga dilakukan dalam pengambilan data pada variasi massa zeolit pelet (renggang), dan diulang dengan 3 kali pengulangan.
D.Analisa data
52
Tabel 1. Data hasil pengujian motor diesel
Ukuran (diameter tebal) : 10mm, 3mm Bahan Bakar : Solar
f) Waktu Pemakaian Bahan Bakar,
detik
g) Laju Pemakaian Udara, mm H2O
h) Temperatur gas Buang, °C
E.Lokasi Pengujian
Adapun lokasi pengujian prestasi mesin dilakukan di laboratorium Motor Bakar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung.
F. Diagram Alir Penelitian
Berikut gambar 36 adalah Diagram alir pada penelitian ini.
Persiapan alat dan bahan untuk aktivasi
53
Gambar 36. Diagram Alir Penelitian
Perendaman air dengan zeolit
Aktivasi asam (Pencampuran zeolit dengan larutan asam HCl dan H2SO4normalitas 1N,2N, 3N, dan 4N, kemudian dicuci dengan air hasil
rendaman hingga ph netral)
Pengemasan pelet zeolit pada filter zeolit internal serta instalasi pemasangan pada motor diesel 4-Langkah
Pengujian
Analisa data Pembuatan zeolit
Pengeringan zeolit secara alami selama 3 jam
Aktivasi fisik dengan suhu yaitu 2000C 1 jam
Data
Simpulan
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Setelah melakukan pengujian pengaruh pemanfaatan zeolit pelet asam-fisik dengan normalitas tinggi, pengambilan data dan perhitungan dari data-data yang diperoleh berdasarkan prosedur pengujian yang telah dibuat, serta menggambarkannya dalam bentuk grafik dan menganalisa dari grafik dan tabel perhitungan, maka diperoleh beberapa kesimpulan yaitu:
1. Pemakaian zeolit pelet teraktivasi asam-fisik pada motor diesel mampu meningkatkan kinerja dari motor diesel tersebut berdasarkan peningkatan dari daya engkol dan penurunan konsumsi bahan bakar spesifik.
94
3. Penggunaan zeolit teraktivasi HCl-fisik lebih baik dalam upaya menaikkan daya engkol dan menurunkan konsumsi bahan bakar spesifik dibandingkan dengan zeolit teraktivasi H2SO4-fisik. Hal ini dilihat dari hasil pengujian dan perhitungan pada variasi nilai normalitas, yaitu kenaikan daya engkol rata-rata sebesar 0,0428 kW (2,063 %) pada asam klorida dan sebesar 0,0416 kW (1,958 %) kenaikan pada asam sulfat. Penghematan konsumsi bahan bakar rata-rata sebesar 0,1058 kg/kWh (3,308 %) pada asam klorida dan penghematan konsumsi bahan bakar rata-rata sebesar 0,1058 kg/kWh (3,125 %) pada asam sulfat.
4. Pada umumnya penghematan atau penurunan konsumsi bahan bakar spesifik terbaik terjadi pada putaran 1500 rpm dan 2000 rpm. Pada kedua putaran ini proses selektifitas permukaan pori dapat berlangsung secara maksimal.
5. Pada putaran tinggi, penggunaan massa rengang zeolit pelet teraktivasi aktivator HCl-2N fisik memberikan penghematan konsumsi bahan bakar spesifik sebesar 0,101 kg/kWh (3,188 %). Kemudian untuk penggunaan massa rengang zeolit pelet teraktivasi aktivator H2SO4-2N fisik memberikan penghematan konsumsi bahan bakar spesifik sebesar 0,1025 kg/kWh (2,298 %).
95
%, 3,19 %, dan 3,12 % dan pada aktivator H2SO4 secara berturut-turut adalah 3,12 %, 3,00 %, 2,94 %, dan 2,47 %. Kemudian untuk peningkatan daya engkolnya pada aktivator HCl persentase kenaikan daya engkol rata-rata pada nilai konsentrasi 1N, 2N, 3N, dan 4N secara berturut-turut adalah 2,06 %, 1,86 %, 1,71 %, dan 1,80 % dan pada aktivator H2SO4 secara berturut-turut adalah 1,96 %, 1,70 %, 1,56 %, dan 1,61 %.
7. Persentase peningkatan daya engkol terbaik terjadi pada nilai normalitas 1N untuk aktivasi menggunakan asam klorida dan nilai normalitas 1N untuk aktivasi menggunakan asam sulfat, yaitu masing-masing sebesar 2,064 % dan 1,959 %. Jika dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan oleh Chandra Pandapotan, persentase peningkatan terbesar juga terjadi pada aktivator asam klorida 0,3N dan asam sulfat 0,5N yaitu sebesar 2,988 % dan 2,769 %.
8. Perbandingan persentase penurunan konsumsi bahan bakar spesifik penelitian Chandra Pandapotan, zeolit pelet teraktivasi asam klorida dengan nilai konsentrasi 0,5N sebesar 8,161 % dan zeolit pelet teraktivasi asam sulfat sebesar 7,414 % pada konsentrasi 0,5N. Dilanjutkan persentase penurunan konsumsi bahan bakar spesifik pada penelitian ini zeolit pelet teraktivasi asam klorida 2N sebesar 4,767 % dan zeolit pelet teraktivasi asam sulfat sebesar 4,27 % pada normalitas 2N.
B. Saran
96
1. Penggujian untuk nilai konsentrasi lanjutan selain yang telah diuji cobakan perlu dilakukan, agar dapat diperoleh nilai normalitas maksimum pada masing-masing aktivator (HCl dan H2SO4) sebagai adsorben uap air dan nitrogen dalam upaya peningkatan daya engkol dan penurunan konsumsi bahan bakar spesifik.
2. Pengujian terhadap umur pakai zeolit perlu dilakukan agar dapat diketahui pengaruh penggunaan HCl dan H2SO4 pada aktivasi kimia-fisik sebagai adsorben.
3. Setelah mengetahui zeolit pelet teraktivasi asam-fisik dapat meningkatkan kinerja mesin diesel, maka perlu dilakukan pengujian lebih lanjut untuk pengaplikasian zeolit pada dunia industri dan pada kehidupan sehari-hari, seperti pada kendaraan bergerak menggunakan mesin diesel.
DAFTAR PUSTAKA
Andrianus, N. 2012, Pengaruh Normalitas Naoh Dan Koh Pada Aktivasi Basa – Fisik Pelet Tekan Terhadap Prestasi Motor Diesel 4 Langakah, Skripsi. Jurusan Teknik Mesin - Universitas Lampung: Bandar Lampung.
Anggara, PA. 2013. Optimalisasi Zeolit Alam Wonosari Dengan Proses Aktivasi Secara Fisis dan Kimia. Indonesian Journal Of Chemical Science. Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Semarang.
BPPT. 2012. Indonesia Energy Outlook 2012. Teknologi Energi Untuk Kelistrikan. BPPT.
Daryanto. 2010. Mesin Konversi Energi. PT Rineka Cipta. Jakarta.
Dinas Pertambangan Provinsi Lampung. 2007. “Buletin:Bahan Galian Industri
Zeolit”. Dinas Pertambangan dan Energi Provinsi Lampung. Bandar Lampung.
Hendrawan, A. 2010. Adsorpsi Unsur Pengotor Larutan Natrium Silikat Mengunakan Zeolit Alam Karanganungal. Skripsi. Program Studi Kimia-Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah: Jakarta.
Jama, J. 1982. Motor Bensin. Ghalia Indonesia. Jakarta.
Jozefaciuk G, dan Bowanko G. 2002.Effect of acid and alkali treatments on surface areas and adsorption energies of selected minerals. Institute of Agropysics of Polish Academy of Sciences. Poland.
Niwatana, S. 2011. Aplikasi Zeolit Pelet Perekat Yang Diaktifasi Basa-Fisik Untuk Mengamati Prestasi Mesin Pada Motor Bensin 4-Langkah Dan Emisi Gas Buangnya. Universitas Lampung. Bandar Lampung.
Pandapotan, C.W. 2012. Pengaruh Penggunaan H2SO4 Dan HCL Pada Aktivasi Kimia-Fisik Zeolit Clinoptilolite Terhadap Prestasi Mesin Diesel 4-Langkah. Skripsi. Jurusan Teknik Mesin-Universitas Lampung: Bandar Lampung.
Sinaga, D. 2009. Pemanfaatan Zeolit Pelet Perekat Aktivasi Fisik Terhadap Prestasi Motor Diesel 4 Langkah.Skripsi Sarjana Jurusan Teknik Mesin - Universitas Lampung : Bandar Lampung.
Syafeii, F. 2010. Modifikasi Zeolit Melalui Interaksi Dengan Fe(OH)3 Untuk Meningkatkan Kapasitas Tukar Anion. Prosiding Seminar Nasional Sains III, Bogor, 13 November 2010.
Triatmaja, A. 2011. Pengaruh Pengunaan Zeolit Pelet Perekat Yang Diaktifasi Fisik Terhadap Prestasi Mesin Dan Emisi Gas Buang Sepeda Motor Bensin 4-Langkah. Universitas Lampung. Bandar Lampung.
Utami, B. A, Nugroho C. Saputro, L. Mahardiani, S. Yamtinah, dan B. Mulyani. 2009. Kimia 2 : Untuk SMA/MA Kelas XI, Program Ilmu Alam. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta
Wardono, H dkk. 2012. Penuntun Praktikum Pengujian Prestasi Mesin Motor Bakar Diesel 4-Tak. Laboratorium Motor Bakar dan Propulsi – Jurusan Teknik Mesin – Universitas Lampung. Bandar Lampung.
Widjajanti, E.L. 2009. Kajian Penggunaan Adsorben Sebagai Alternatif Pengolahan Limbah Zat Pewarna Tekstil. Seminar Nasional Kimia 2009 FMIPA-UNY. Yogyakarta.
Wikipedia Foundation. 2013. Zeolit. http:/id.wikipedia.org?wiki/zeolit. Diakses tanggal 29 Desember 2013, pukul 09.15 am.
Wikipedia Foundation. 2013. http://id.wikipedia.org/wiki/asam-sulfat. Diakses tanggal 29 Desember 2013, pukul 10.00 am.
Wikipedia Foundation. 2013. (http://id.wikipedia.org/wiki/Tepung). Diakses tanggal 30 Desember 2013, pukul 07.39 pm.
Anonim. 2013. Jenis – Jenis Filter.
http://www.otomotifnet.com/otoweb/index.php?templet=ototips/Content/0/0/1/7/ 2072 Diakses tanggal 5 Mei 2013, pukul 01.44 pm.
Anonim. 2013. Fakta tentang zeolit.
http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_anorganik/fakta-tentang-zeolit/ Diakses tanggal 28 desember 2013, pukul 7.10 pm.
Anonim. 2013. Sifat-sifat zeolit.
http://ardra.biz/sain-teknologi/mineral/mineral-zeolit/karakteristik-sifat-sifat zeolit/ diakses tanggal 28 desember 2013, jam 00.47 am.
Anonim. 2014. Struktur dan fungsi zeolit
