ABSTRAK
PENGARUH PEMANFAATAN ZEOLIT PELET BASA-FISIK DENGAN NORMALITAS TINGGI TERHADAP PRESTASI MESIN DIESEL
4-LANGKAH
Oleh
EKO HERMAWAN
Zeolit merupakan senyawa alumina silikat yang secara fisik dan kimia mempunyai kemampuan adsorpsi, penukar kation dan sebagai katalis. Dalam penelitian ini kemampuan zeolit sebagai adsorben dimanfaatkan untuk menyaring udara untuk proses pembakaran guna meningkatkan prestasi motor diesel 4- langkah. Pada penelitian ini, zeolit melalui proses aktivasi kimia menggunakan NaOH dan KOH bertujuan membersihkan permukaan pori dan membuang senyawa pengotor, sehingga zeolit akan mengikat gas nitrogen, uap air ketika digunakan. Sehingga udara yang telah tersaring zeolit akan lebih kaya akan oksigen dan membuat proses pembakaran motor diesel 4-langkah menjadi lebih baik, yang mengakibatkan meningkatnya prestasi mesin. Akan tetapi, aktivator yang melebihi nilai normalitas optimalnya menyebabkan struktur dasar zeolit berubah sehingga mengakibatkan pengurangan daya adsorbsinya.
Pada pengujian ini zeolit diaktivasi menggunakan basa dengan normalitas 1N;2N;3N;4N dan aktivasi fisik dengan temperatur 2000C selama 1 jam yang dibentuk tablet kemudian dikemas dalam suatu frame yang diletakkan pada saringan udara diesel. Kemampuan menyerap zeolit diuji pada mesin diesel 4-langkah dengan variasi putaran 1500, 2000, 2500, dan 3000 rpm.
Pada pengujian dan analisa didapatkan bahwa dengan penggunaan zeolit yang diaktivasi basa-fisik dapat meningkatkan prestasi motor diesel 4-langkah bila dibandingkan dengan yang tanpa menggunakan zeolit. Dari hasil pengujian juga menunjukkan bahwa normalitas terbaik adalah 1N, peningkatan daya engkol rata-rata terbaik pada variasi normalitas yaitu zeolit teraktivasi NaOH sebesar (1,6605%) dan zeolit teraktivasi KOH sebesar (1,4724 %) pada normalitas 1N, keduanya terjadi pada zeolit yang lebih tinggi. Penurunan konsumsi bahan bakar spesifik rata-rata terbaik yaitu zeolit teraktivasi NaOH sebesar (2,836 %) dan zeolit teraktivasi KOH sebesar (2,414 %) pada variasi rapat normalitas 1N.
ABSTRACT
THE EFFECT OF USING HIGH NORMALITY BASES-PHSYSICAL ZEOLITE PELLET ON A FOUR-STROKES DIESEL ENGINE
PERFORMANCE
By
EKO HERMAWAN
Zeolites are alumina silicate compounds which physically and chemically have the ability as an (adsorbent), cation exchanger, and as a catalyst. In this study, the ability of zeolite as an adsorbent was used to filter air for combustion process in order to improve the performance of a 4- stroke diesel engine. In this study, zeolite that was activated through chemical activation using NaOH and KOH in order to clean the surface of the pores and get rid of impurities compounds, so that the zeolite bound nitrogen gas and water vapor when it was used. As the result, the air which has been filtered by zeolite would be rich of oxygen and made the combustion process in 4-stroke diesel engine better, that increase the engine performance. However, the activator which exceeded the optimal value of its normality might lead the change of the basic structure of zeolite that caused the decrease of its absorption ability.
In this test the zeolite was activated by alkaline using 1N;2N; 3N; 4N normality and physical activation at 200OC for 1 hour then formed into tablets and packaged in a frame that was placed on diesel air filter. Then the adsorben ability of zeolite was tested on 4-Stroke Diesel Engine at 1500, 2000, 2500, and 3000 rpm rotation variation.
From the test results and the analysis found that by the usage of zeolite that was physically activated could improve the performance of a 4-stroke diesel engine compared to those without usage of zeolites. The results also showed that the best normality occurred at 1N where the best increase of break power was (1,6605%) using NaOH 1N and (1.4724%) for KOH at 1N normality occurred at higher amount of zeolite both. The best decrease of brake specific fuel consumption was (2,836%) using NaOH 1N and (2,414%) for KOH 1N occurred at higher amount of zeolite both.
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kebagusan, Kecamatan Gedong
Tataan, Kabupaten Pesawaran, Lampung pada
tanggal 19 Januari 1992, sebagai anak pertama dari
dua bersaudara dari pasangan Bapak Sutiyo dan Ibu
Suherni.
Penulis memulai pendidikan di Taman Kanak–kanak (TK) Xaverius Bumi Dipasena Agung diselesaikan pada tahun 1997. Pendidikan
Sekolah Dasar Xaverius Bumi Dipasena Agung diselesaikan pada tahun 2003.
Sekolah Menengah Pertama Negeri 3 Rawajitu Selatan diselesaikan pada tahun
2006 dan Sekolah Menengah Kejuruan Negeri I Gading Rejo diselesaikan pada
tahun 2009.
Tahun 2009, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik UNILA melalui Jalur SMPTN. Selama menjadi mahasiswa penulis aktif di
organisasi Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM) Universitas
Lampung sebagai Kepala Divisi Penelitian tahun 2011/2012. Selain itu, penulis
pernah menjadi asisten praktikum Prestasi Mesin, 2013/2014.
Penulis melakukan Kerja Praktek di PT. Indokom Samudera Persada, Lampung
Usia Pakai Sproket 50 B 15 Pada Shrimp Grading Machine Di Pt. Indokom Samudra Persada”
Penulis telah melakukan kegiatan Kuliah Kerja Nyata (KKN) di Gumuk Mas,
Kecamatan Pagelaran, Kabupaten Pringsewu selama 40 hari yaitu dari bulan
Januari – Februari 2013.
Pada tahun 2015 penulis menyelesaikan penelitian tugas akhir dengan judul
“Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pelet Basa-Fisik Dengan Normalitas Tinggi
Kupersembahkan karya ini untuk kedua orang tua
tercinta & dek adi
yang slalu mendo’akan dan memberikan
MOTO
“Jangan takut menghadapi masalah besar, karna kita selalu bersama ALLAH
YANG MAHA BESAR”
“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, sesungguhnya
sesudah kesulitan itu ada kemudahan” (QS. A Lam Nasyrah: 5-6)
SANWACANA
Dengan mengucapkan Alhamdulillahirobbil’alamin, penulis panjatkan puji syukur
kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, taufik, dan hidayah-Nya,
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh Pemanfaatan Zeolit Pelet Basa-Fisik Dengan Normalitas Tinggi Terhadap Prestasi
Mesin Diesel 4-Langkah”. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung.
Dalam pelaksanaan skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan dan
sumbangan pikiran dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan
terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Drs. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Lampung.
2. Ibu Dr.Eng. Shirley Savetlana S.T.,M.Met., selaku Ketua Jurusan Teknik
Mesin Universitas Lampung
3. Bapak Ir. Herry Wardono ,M.Sc. selaku pembimbing utama atas kesediannya
memberikan bimbingan, kritik dan saran dalam proses penyelesaian skripsi
ii
4. Bapak Harnowo Supriadi., S.T.,M.T. selaku pembimbing pendamping atas
kesediannya memberikan bimbingan, kritik dan saran dalam proses
penyelesaian skripsi ini.
5. Bapak Jorfri Boike S, S.T.,M.T. selaku dosen pembahas yang telah
memberikan masukan dalam penulisan laporan ini.
6. Bapak M.Dyan Susila E.S., S.T., M.Eng selaku dosen pembimbing akademik.
7. Bapak dan Ibu Dosen jurusan Teknik Mesin yang telah banyak membagikan
ilmu kepada penulis.
8. Bapak,Ibu tercinta yang selalu memberikan dukungan baik moral maupun
material serta do’a yang tak henti- hentinya, dan dek Adi yang selalu
memberikan semangat kepada penulis.
9. Dek Maryunis yang selalu memberikan motivasi selama melakukan penelitian
ini.
10.Juni sebagai rekan yang telah banyak membantu penulis dalam melaksanakan
pengujian dan penyelesaian skripsi ini.
11.Mas Agus, Mas Dadang, Mas Nanang yang telah banyak memberikan
masukan dalam pengerjaan skripsi ini.
12.Wasis, Ridwan, Ahmad Adi, Edo dan teman-teman seperjuangan angkatan
2009 yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
13.Mas Win, Mas Dwi, Mas Koko, Mas Achmei , Yudi, Ikhwan, dan
teman-teman kos Wisma Samudera yang medukung dalam penyelesaian skripsi ini.
14.Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan namanya satu persatu, yang
iii
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan ini masih terdapat
kekurangan-kekurangan , oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang
bersifat membangun dari semua pihak. Akhirnya penulis berharap semoga
skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua.
Bandar Lampung, 6 Januari 2014
Penulis
DAFTAR ISI
4. Parameter Prestasi Motor Bensin 4-Langkah ... 14
B. Filter Udara ... 15
C. Zeolit ... 15
1. Jenis Zeolit ... 17
2. Kegunaan Zeolit ... 19
a. Bidang Pelestarian Lingkungan ... 19
b. Bidang Pertanian ... 19
c. Bidang Industri ... 20
3. Beberapa Sifat-sifat Kimia Zeolit ... 20
v
7. Aktivasi Kimia-Fisik (Gabungan) ... 24
D. Tepung tapioka ... 24
E. Larutan ... 25
III. METODOLOGI PENELITIAN A. Alat dan Bahan Penelitian ... 28
1. Alat penelitian ... 28
a. Motor diesel 4 langkah satu silinder ... 28
b. Instrumen Penguji ... 29
p. Termometer Air Raksa ... 36
q. Stopwatch ... 37
r. Filter Udara ... 37
2. Bahan penelitian ... 38
vi
b. Larutan basa NaOH dan KOH ... 38
c. Air rendaman zeolit ... 38
d. Tapioka ... 39
B. Persiapan Penelitian ... 39
1. Pembuatan air rendaman zeolit ... 40
2. Aktivasi basa ... 41
3. Pembuatan Pelet Zeolit ... 43
4. Aktivasi Fisik ... 44
5. Pembuatan filter zeolit ... 45
6. Pemasangan Filter Zeolit Pada Motor Diesel ... 45
C. Prosedur Pengujian ... 46
D. Analisa Data ... 50
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil ... 51
B. Pembahasan ... 55
1.Pengaruh Variasi Normalitas Aktivasi Basa NaOH dan KOH dengan Variasi Rapat dan Renggang Terhadap Daya Engkol ... 55
a. Pengaruh Variasi Normalitas Aktivasi Basa NaOH dan KOH dengan Variasi Rapat Terhadap Daya Engkol ... 55
b. Pengaruh Variasi Normalitas Aktivasi Basa NaOH dan KOH dengan Variasi Renggang Terhadap Daya Engkol ... 61
2.Pengaruh Variasi Normalitas Aktivasi Basa NaOH dan KOH dengan Variasi Rapat dan Renggang Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 66
a. Pengaruh Variasi Normalitas Aktivasi Basa NaOH dan KOH dengan Variasi Rapat Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 66
b. Pengaruh Variasi Normalitas Aktivasi Basa NaOH dan KOH dengan Variasi Renggang Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 72
3. Perbandingan hasil penelitian sebelumnya dengan penelitian ini …… 82
vii b. Perbandingan pengaruh variasi normalitas aktivasi basa NaOH dan
KOH terhadap penurunan persentase rata-rata bsfc …………...… 84 4. Nilai Ekonomis ………...…….. 86
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan ... 87
B. Saran ... 89
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Komposisi zeoli alam Lampung………... 17
2. Larutan Basa NaOH dan KOH………... 26
3. Sifat atom Na dan K………. 27
4. Data hasil pengujian motor diesel………... 50
5. Data hasil pengujian zeolit………... 52
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Prinsip Kerja Motor Bensin 4-langkah ………. 10
2. Prinsip Kerja Motor Diesel ………... 12
3. Pori zeolit ………. 18
4. Zeolit ……… 18
5. Tepung Tapioka ……….. 24
6. Robin – Fuji DY23D ……….. 29
7. Unit Instrumentasi TD 114 ………. 29
8. Rangkaian alat uji dan Unit instrumentasi ………. 30
9. Tachometer ………. 30
10.Gelas Ukur 100 ml ……….. 31
11.Buffer ……….. 31
12.Cetakan ……… 32
13.Kompor Listrik ……… 32
14.Kompor Gas ……… 33
15.Timbangan Digital ……….. 33
16.Bor ……….. 34
17.Ayakan Mesh 100 ……… 34
18.Bak Penampung ……….. 35
x
25.Hasil Pembuatan Filter Internal ………. 40
26.Proses perendaman air dengan zeolit ………. 41
27.Proses aktivasi basa ……… 43
28.Proses Pembuatan Pelet Zeolit……… 44
29.Proses Aktivasi Fisik ………... 45
30.Frame pelet zeolit ……… 45
31.Instalasi pemasangan filter zeolit ……… 46
32.Diagram Alir Persiapan dan Pengujian Zeolit ………. 49
33.Pengaruh aktivator NaOH dengan variasi normalitas dan rapat terhadap daya engkol ………... 56
34.Persentase rata- rata pengaruh aktivator NaOH dengan variasi normalitas dan rapat terhadap daya engkol .……… 57
35.Pengaruh aktivator KOH dengan variasi normalitas dan rapat terhadap daya engkol ……… 58
36.Persentase rata- rata pengaruh aktivator KOH dengan variasi normalitas dan rapat terhadap daya engkol ..……… 59
xi 38.Pengaruh aktivator NaOH dengan variasi normalitas dan renggang
terhadap daya engkol ……….. 61
39.Persentase rata- rata pengaruh aktivator NaOH dengan variasi
normalitas dan renggang terhadap daya engkol ……….. 63
40.Pengaruh aktivator KOH dengan variasi normalitas dan
renggang terhadap daya engkol ………... 63
41.Persentase rata- rata pengaruh aktivator KOH dengan variasi
normalitas dan renggang terhadap daya engkol ...……… 64
42.Persentase rata- rata pengaruh aktivator NaOH dan KOH
dengan variasi normalitas dan renggang terhadap daya engkol …... 65 43.Pengaruh aktivator NaOH dengan variasi normalitas dan
rapat terhadap konsumsi bahan bakar spesifik ……… 67 44.Persentase rata- rata pengaruh aktivator NaOH dengan variasi
normalitas dan rapat terhadap konsumsi bahan bakar
spesifik ……….………...…. 68
45.Pengaruh aktivator KOH dengan variasi normalitas dan rapat
terhadap konsumsi bahan bakar spesifik ………. 69 46.Persentase rata- rata pengaruh aktivator KOH dengan variasi
normalitas dan rapat terhadap konsumsi bahan bakar
spesifik …………….. 70 47.Persentase rata- rata pengaruh aktivator NaOH dan KOH
dengan variasi normalitas dan rapat terhadap konsumsi bahan
xii 48.Pengaruh aktivator NaOH dengan variasi normalitas dan
renggang terhadap konsumsi bahan bakar spesifik ……… 73
49.Persentase rata- rata pengaruh aktivator NaOH dengan variasi
normalitas dan renggang terhadap konsumsi bahan bakar
spesifik ……..……….. 74 50.Pengaruh aktivator KOH dengan variasi normalitas dan
renggang terhadap konsumsi bahan bakar spesifik ……… 75
51.Persentase rata- rata pengaruh aktivator KOH dengan variasi
normalitas dan renggang terhadap konsumsi bahan bakar
spesifik …….……… 76 52.Persentase rata- rata pengaruh aktivator NaOH dan KOH
dengan variasi normalitas dan renggang terhadap konsumsi
bahan bakar spesifik ……..……….. 77 53.Persentase Rata- Rata Pengaruh Aktivator NaOH dan KOH Dengan
Variasi Normalitas dan Renggang Terhadap Kenaikan Daya Engkol pada
penelitian sebelumnya ……… 83
54.Persentase Rata- Rata Pengaruh Aktivator NaOH dan KOH Dengan
Variasi Normalitas dan Renggang Terhadap Kenaikan Daya Engkol pada
penelitian ini ………... 83
55.Persentase Rata- Rata Pengaruh Aktivator NaOH dan KOH Dengan
Variasi Normalitas dan Renggang Terhadap Penurunan Konsumsi Bahan
xiii 56.Persentase Rata- Rata Pengaruh Aktivator NaOH dan KOH Dengan
Variasi Normalitas dan Renggang Terhadap Penurunan Konsumsi Bahan
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 (0,834 untuk bahan bakar solar)
t Waktu Pemakaian (16 ml) Bahan Bakar, detik
TAP Torsi Aktual, Nm
I.
PENDAHULUAN
A.Latar Belakang
Pusat Data & Informasi Energi Sumber Daya Mineral (2010) menyatakan bahwa
cadangan minyak bumi Indonesia cenderung menurun. Penurunan cadangan
minyak bumi diakibatkan oleh laju produksi minyak bumi lebih tinggi dibanding
dengan laju penemuan cadangan minyak bumi baru. Menurut jenis energinya,
permintaan energi saat ini masih didominasi oleh BBM (39,1%) diikuti oleh
biomassa (27,2%), batubara (15,6%), gas (8,8%), listrik (7,7%) dan LPG (1,5%).
Di masa mendatang jenis energi yang permintaannya akan tumbuh cepat adalah
BBM, listrik, batubara dan gas.
Badan Pusat Statistik mencatat jumlah kendaraan bermotor pada tahun 2011
mencapai 85.601.351 (BPS,2013). Sumbangan terbesar pencemaran udara di
Indonesia adalah hasil gas buang dari kendaraan bermotor, yaitu sekitar 85%. Hal
tersebut diakibatkan karena meningkatnya jumlah pengguna kendaraan bermotor.
Selain penggunaan kendaraan bermotor yang berlebihan, hal tersebut juga
diakibatkan perawatan kendaraan yang tidak memadai, pemakaian bahan bakar
yang buruk, biasanya memiliki kadar timbal yang tinggi. Dampak yang
ditimbulkan dari pencemaran udara tersebut juga mempengaruhi penduduk dan
2
Salah satu solusi yang dapat dilakukan untuk menghemat bahan bakar 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). Pada penelitian M.Nasakin,dkk (2002) dilakukan modifikasi
pada zeolit alam, menjadi CaO-zeolit dengan proses ion exchange dengan larutan
kapur (Ca(OH)2). Pada penelitian ini dilakukan 3 variasi konsentrasi Ca untuk
diuji sifat adsorbsi sehingga diketahui hubungan antara waktu dan jumlah mol
nitrogen dan oksigen yang teradsorbsi, yaitu dengan konsentrasi sebesar 0,682%,
0,849% dan 1,244%. Dari hasil yang didapatkan pada Ca 0,628 % terhadap laju
adsorbsi oksigen dan nitrogen selama 15 menit pengujian terjadi sangat cepat dan
langsung jenuh (tidak mengalami perubahan signifikan setelahnya) kurang dari 5
detik, dimana adsorpsi terhadap nitrogen sebesar 10x10-4 mol dan Oksigen
sebesar 20x10-4 mol dan pada kandungan Ca 0,849 % laju adsorbsi juga
berlangsung sangat cepat dan langsung jenuh dimana adsorbsi terhadap oksigen
juga lebih baik dibandingkan adsorbsi terhadap nitrogen oleh CaO-Zeolit.
Semakin banyak kandungan Ca pada CaO-Zeolit maka kemampuan untuk
mengadsorbsi oksigen akan semakin buruk, dan sebaliknya kemampuan untuk
mengadsorbsi nitrogen akan semakin baik. Sedangkan pada konsentrasi Ca
3
Tetapi hasil yang didapatkan berbeda dengan kandungan Ca yang lebih kecil,
karena dari hasil yang didapatkan kemampuan adsorbsi terhadap nitrogen lebih
besar daripada oksigen yaitu sebesar 16x10-4 mol sedangkan adsorbsi pada
oksigen sebesar 10x10-4 mol di menit ke 10 selama 15 menit pengujian. Hasilnya
didadapatkan hubungan laju adsorbsi terhadap kandungan Ca, setelah dibuat garis
linearisasi, didapatkan bahwa kandungan Ca=1,125% merupakan kandungan Ca
terbaik karena mampu mengadsorbsi nitrogen lebih cepat dibandingkan oksigen
yaitu untuk nitrogen sebesar 140 mol/menit sedangkan oksigen lebih kecil yaitu
125 mol/menit. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat batasan tertentu dari
banyaknya kandungan Ca pada CaO-Zeolit terhadap kemampuannya secara
selektif mengadsorbsi nitrogen. Karena udara bebas mempunyai kandungan
nitrogen 4 kali lebih besar dari oksigen maka pada proses adsorpsi udara oleh
zeolit, kecepatan adsorpsi nitrogen oleh zeolit akan mencapai 4 kali lebih besar
dari kecepatan adsorpsi oksigen. Perbedaan laju adsorpsi dengan ini
memungkinkan untuk memanfaatkan CaO-Zeolit sebagai alat pengkaya oksigen.
Pada penelitian Andrianus Novian Korin (2013), dilakukan modifikasi zeolit
dengan aktivasi fisik melalui pemanasan serta dilakukan aktivasi kimia
menggunakan aktivator basa NaOH dan KOH dengan variasi nilai normalitas
0,25N;0,5N;0,75N dan 1N untuk melihat pengaruh nilai normalitas terhadap
kenaikan daya engkol. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa kenaikan rat-rata
daya engkol degan aktivator NaOH pada 0,25N sebesar 2,046%, 0,5N sebesar
2,126%, 0,75N sebesar 3,7087%, 1N sebesar 5,211%. Dari hasil penelitian
4
menghasilkan kenaikan daya engkol paling besar dibandingkan variasi normalitas
yang lain. Sedangkan kenaikan rata- rata daya engkol degan aktivator KOH pada
0,25N sebesar 2,026%, 0,5N sebesar 2,0414%, 0,75N sebesar 3,22%, 1N sebesar
4,6101%. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan aktivator KOH dengan
normalitas 1N menghasilkan kenaikan daya engkol paling besar dibandingkan
variasi normalitas yang lain.
Pada penelitian yang dilakukan oleh Gzegorz Jozefaciuk (2002), dilakukan
penelitian terhadap mineral-mineral yang ada pada tanah, salah satunya adalah
zeolit, yang mana menggunakan pengaktivasian dengan asam maupun basa yang
tujuannya menghilangkan pengotor serta membuka pori-pori permukaannya.
Dengan cara pengaktivasian zeolit menggunakan NaOH dengan konsentrasi
normalitas sebesar 0,1N, 1N, dan 5N dalam temperatur ruangan, yang hasilnya
didapatkan peningkatan ukuran pori dibandingkan sebelum dilakukan aktivasi
kimia.
Berdasarkan beberapa penelitian yang telah dilakukan penggunaan aktivasi basa
NaOH maupun KOH-Fisik pada zeolit telah banyak digunakan karena proses
aktivasi menggunakan basa-fisik dapat meningkatkan luasan pori-pori zeolit.
Namun selama ini aktivator larutan NaOH dan KOH dengan normalitas 1N dan
yang lebih rendah yang digunakan pada aktivasi basa terhadap zeolit alam, jadi
belum ditemukan normalitas optimum pada proses aktivasi basa menggunakan
NaOH dan KOH ini. Nilai konsentrasi aktivator sangat mempengaruhi
5
digunakan, maka semakin luas spesifik pori-pori zeolit. Akan tetapi, apabila
aktivator melebihi konsentrasi nilai optimalnya dapat pula menyebabkan struktur
dasar zeolit (Si dan Al) berubah sehingga mengakibatkan pengurangan daya
adsorbsi uap air (Treybal, 1981).
Adapun pada penelitian sebelumnya yang dilakukan Andrianus Novian Korin
(2013) zeolit dengan aktivator NaOH dan KOH terbukti dapat meningkatkan
prestasi mesin dengan variasi normalitas 0,25N, 0,5N, 0,75N dan 1N. Sedangkan
menurut hasil penelitian yang dilakukan Gzegorz Jozefaciuk ukuran zeolit pori
terdapat peningkatan pada aktivasi 0,1N, 1N, dan 5N dibandingkan sebelum
dilakukannya aktivasi kimia terhadap zeolit.
Oleh karena itu, penulis telah mengkaji tentang pengaruh variasi jenis aktivator
basa, variasi normalitas, variasi massa terhadap prestasi mesin pada motor diesel 4
langkah menggunakan zeolit pelet teraktivasi basa (NaOH dan KOH) dengan
normalitas 1N, 2N, 3N, dan 4N untuk mengetahui nilai konsentrasi yang paling
6
B.Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari pelaksanaan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh
kemampuan zeolit terhadap prestasi mesin diesel 4 langkah berdasarkan:
1. Variasi jenis aktivator basa (NaOH dan KOH)
2. Variasi nilai normalitas (1N,2N,3N dan 4N)
3. Variasi massa
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 ialah motor diesel 4 langkah 1
silinder 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 yang dibentuk pelet yang diaktivasi kimia – basa fisik.
4. Zeolit diaktivasi fisik pada suhu 200oC
5. Dalam membuat zeolit pelet alat yang digunakan masih sangat sederhana
yaitu dengan menggunakan cetakan, oleh sebab itu besar tekanan pada saat
pembuatan diabaikan.
6. Dalam pembuatan filter zeolit masih sederhana sehingga untuk analisa
perancangan, aliran serta tekanan udara yang masuk ke filter zeolit
7
7. Penilaian peningkatan prestasi mesin dilihat berdasarkan pengaruh daya
engkol dan konsumsi bahan bakar spesifik.
D.Sistematika Penulisan
Adapun sistem penulisan dari penelitian ini ialah:
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 motor
diesel 4-langkah, zeolit dan filter udara.
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.
BAB V : SIMPULAN DAN SARAN
Berisikan hal-hal yang dapat disimpulkan dan
8
DAFTAR PUSTAKA
II.
TINJAUAN PUSTAKA
A.Motor Bakar
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 Bensin
Motor bakar bensin 4-langkah adalah salah satu jenis mesin pembakaran dalam
(internal combustion engine) yang beroperasi menggunakan udara bercampur
dengan bensin. Campuran bahan bakar dan udara masuk ke dalam filter dan di
kompresikan oleh torak dengan tekanan 8-15 kg/cm2. Bahan bakar dinyalakan
oleh sebuah loncatan bunga api listrik oleh busi dan terbakar dengan cepat sekali
di dalam ruang bakar tersebut. Kecepatan pembakaran melalui campuran bahan
bakar dan udara biasanya 10 – 25 meter/detik, dengan kenaikan suhu mencapai
10
Prinsip kerja motor bensin 4-langkah dapat dilihat pada gambar 1 (Daryanto,
2000):
Gambar 1. Prinsip Kerja Motor Bensin 4-langkah
Gambar 1. Prinsip Kerja Motor Bensin 4-langkah
2. Motor Diesel
Motor diesel adalah jenis khusus dari mesin pembakaran dalam. Mesin
pembakaran dalam adalah mesin panas yang di dalamnya, energi kimia dari
pembakaran dilepaskan di dalam slinder mesin. Krakteristik dari motor disesel
yang membedakanya dari motor bensin adalah metoda penyalaan bahan bakar.
Dalam mesin diesel bahan bakar diinjeksikan ke dalam slinder, yang berisi udara
bertekanan tinggi. Selama kompresi udara dalam slinder maka suhu udara
meningkat, sehingga ketika bahan bakar , dalam bentuk kabut halus
bersinggungan dengan udara panas ini, akan menyala, dan tidak dibutuhkan alat
penyalaan lain dari luar. Oleh karena itu mesin diesel juga disebut mesin
11
Prinsip cara kerja motor diesel 4 langkah adalah sebagai berikut:
1. Langkah Isap
Katup masuk terbuka bila piston berada pada posisi titik mati puncak, bila
piston bergerak ke bawah udara terhisap ke dalam, pada saat piston
mencapai posisi titik mati bawah, katup masuk menutup, silinder sekarang
berisi udara seluruhnya.
2. Langkah Kompresi
Pada saat piston bergerak ke atas, udara dalam silinder terdesak
(dikompresikan) oleh karena itu suhu dari udara yang dikompresikan
meningkat sampai tinggi sekali, pada saat piston hampir sampai pada
posisi titik mati atas, bahan bakar solar disemprotkan ke dalam silinder.
3. Langkah Kerja
Karena tekanan dan suhu yang tinggi tadi, menyebabkan bahan bakar yang
disemprotkan tadi menyala dengan sendirinya dan membentuk proses
pembakaran. Pembakaran yang terjadi di dalam silinder menyebabkan
piston bergerak ke titik mati bawah. Pada saat piston hampir mencapai
posisi titik mati bawah, katup buang terbuka.
4. Langkah Buang
Pada langkah ini piston bergerak ke atas dan mendorong keluar gas yang
telah terbakar, gas sisa pembakaran keluar melalui katup buang menuju
saluran buang dan ke knalpot.
Prinsip kerja motor diesel dapat dilihat pada gambar di bawah ini
12
Gambar 2. Prinsip Kerja Motor Diesel
3. Proses Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi kimia antara komponen – komponen bahan bakar(C
dan H) dengan komponen udara (O) ayng berlangsung sangat cepat , yang
membutuhkan panas awal untuk menghasilkan panas yang jauh lebih besar
sehingga menaikkan suhu dan tekanan gas pembakaran. Secara lebih detail dapat
dijelaskan bahwa, proses pembakaran adalah proses oksidasi (penggabunagn)
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.
Disini proses pembentukan CO2 dan H2O hanya bisa terjadi apabila panas
kompresi atau panas dari pemantik telah mampu memisah/memutuskan ikatan
13
ikatan antar partikel bahan bakar (C-H dan/atau C-C) 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 disimpulakan
bahwa proses oksidasi atau proses pembakaran antara udara dan bahan bakar tidak
pernah akan terjadi apabila ikatan anatar partikel oksigen dan ikatan antar partikel
bahan bakar tidak diputus terlebih dahulu. Berikut ini merupakan contoh reaksi
kimia bahan bakar hidrokarbon Octane C12H23 ( bahan bakar solar) untuk proses
pembakaran sempurna :
C12H23 + 17,75 ( O2 + 3,76 N2) 12 CO2 + 11,5 H2O + 66,74 N2
Dari reaksi kimia di atas, terlihat bahwa nitrogen tidak ikut bereaksi, dan bila
oksigen yang tersedia kurang maka produk CO2 yang terbentuk juga akan lebih
sedikit, dan akibatnya akan terbentuk gas lain seperti CO dalam produk
pembakaran. Terbentuknya gas CO dan sedikitnya terbentuk gas CO2 dalam
produk pembakaran menyebabkan panas yang dilepas juga lebih kecil (prestasi
mesin menurun). Hal ini disebabkan oleh panas pembentukan gas CO2 (hf = -
393,5 kJ) lebih besar daripada panas pembentukan gas CO (hf = - 110,5 kJ),
sebagaimana reaksi kimia berikut:
Reaksi Cukup Oksigen : C + O2 CO2 + 393,5 kJ
Reaksi Kurang Oksigen : C + ½ O2 CO + 110,5 kJ
Reaksi pembakaran di atas menunjukkan pentingnya peran dari kondisi udara
14
oksigen) akan melepaskan panas lebih dari tiga kali panas yang dilepaskan oleh
udara yang masih mengandung pengotor (Wardono 2004).
4. Parameter Prestasi Motor Diesel 4-Langkah
Parameter prestasi yang cukup berperan adalah daya engkol yang merupakan
kerja yang dihasilkan oleh motor bakar. Untuk mengetahui besarnya daya engkol
dari motor bakar 4 langkah digunakan persamaan:
bP=
, kW ………(1)
TAP = 1,001. TRD, Nm………..(2)
Ketarangan: bP = Daya Engkol TRD = Torsi Hasil Pembacaan
TAP = Torsi Aktual
Dimana: bP=
, W (60x 1000) sehingga menjadi kW seperti pada
persamaan (1), TAP merupakan hasil kali faktor koreksi 1,001 dengan TRD seperti
pada persamaan (2)
Laju pemakaian bahan bakar merupakan banyaknya bahan bakar yang dikonsumsi
tiap satuan waktu. Laju pemakaian bahan bakar per 16 ml bahan bakar, mf dapat
diketahui dengan menggunakan persamaan berikut (Wardono, dkk.2012):
mf = , kg/h……….(3)
Keterangan : mf = laju pemakaian bahan bakar (kg/h)
fuel = massa jenis bahan bakar (kg/m3)
15
3600 = waktu 1 jam dalam sekon
t = waktu pemakanan bahan bakar
Pemakaian bahan bakar spesifik (spesifik fuel consumption) menyatakan seberapa
besar daya yang dihasilkan oleh suatu mesin setelah menghabiskan sejumlah
bahan bakar dalam selang waktu tertentu. Untuk pemakaian bahan bakar spesifik
engkol, bsfc dapat dihitung menggunakan persamaan berikut (Wardono,
dkk.2012):
bsfc=
, kg/kW.h………...(4)
B.Filter Udara
Saringan udara berfungsi membersihkan udara. Udara yang masuk ke dalam
silinder harus sebersih mungkin. Kotoran yang masuk silinder akan melekat pada
didinding silinder dan memperpendek umur mesin, untuk mencegah hal itu
dibutuhkan saringan udara (Daryanto, 2003). Dengan demikian saringan udara
hanya berguna untuk menangkap partikel kasar seperti kotoran dan debu. Akan
yang merupakan kelompok mineral yang terdiri dari beberapa jenis mineral.
16
(membuih), yaitu airnya akan terlepas apabila dipanasi. Zeolit alam memang
merupakan komoditas mineral industri yang mempunyai prospek pasar yang
baik untuk dikembangkan dan diusahakan. Hampir seluruh endapan zeolit
yang ditemukan di Indonesia tersusun oleh mineral klinoptilolit, mordenit atau
campuran keduanya,kadang-kadang sedikit mengandung mineral heulandit.
Disamping mengandung mineral tersebut zeolit juga mengandung mineral
pengotor seperti kwarsa, plagioklas, montmorilonit, pirit, kaolin dan lain-lain.
Warna bahan galian zeolit beraneka ragam antara lain hijau, putih kehijauan,
putih merah daging, coklat abu-abu kebiruan dan lainnya bergantung dengan
kondisi lingkungan yang mempengaruhinya. Zeolit alam merupakan senyawa
alumina silikat terhidrasi yang secara fisik dan kimia mempunyai
kemampuan sebagai penyerap(adsorpsi), penukar kation dan sebagai katalis
(Harahap, 2006).
Nama zeolit berasal dari kata “zein” yang berarti mendidih dan “lithos” yang
artinya batuan, disebut demikian karena mineral ini mempunyai sifat mendidih
atau mengembang apabila dipanaskan. Zeolit merupakan batuan dan mineral alam
yang secara kimiawi termasuk golongan mineral silika dan dinyatakan sebagai
alumina silikat terhidrasi, berbentuk halus , dan merupakan hasil produk sekunder
yang stabil pada kondisi permukaan karena berasal dari proses sedimentasi,
pelapukan maupun aktivistas hidrothermal (Rini, 2010).
Zeolit dapat dimanfaatkan sebagai penyaring molekul, penukar ion, filter dan
katalis. Secara empiris mempunyai rumus sebagai berikut
17
dalam sistem periodik, n: valensi logam alkali, x: bilangan tertentu alumina dari
2-10, y: bilangan tertentu silica dari 2-7, z: jumlah molekul air. Berikut contoh
komposisi zeolit alam asal Lampung (sumber : CV. Minatama) :
Tabel 1. Komposisi zeolit alam Lampung
Komposisi Kandungan (%)
Berdasarkan proses pembentukannya, zeolit dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu
zeolit alam dan zeolit sintesis.
a. Zeolit alam
Zeolit alam adalah zeolit yang terbentuk melalui proses alam yaitu proses
hidrotermal pada batuan beku basa. Kebanyakan zeolit alam memiliki
perbandingan Si/Al yang rendah. Dua zeolit alam yang ditemukan memiliki
kegunaan yang sangat baik adalah klinoptilolit dan mordenit sebagai penukar ion,
dalam bidang agrikultur dan adsorben.
b. Zeolit sintesis
Zeolit sintesis biasanya dibuat untuk mendapatkan zeolit dengan kemurnian yang
18
Zeolit sintesis diklasifikasikan menurut jumlah Si atau Al yang terkandung
didalamnya yaitu:
1. Zeolit Kadar Si rendah atau kadar Al tinggi
Milton dan Breck dari Union Carbide melaporkan pengamatan dari zeolit A dan
X pada tahun 1959. Zeolit ini mempunyai pori, komposisi, dan saluran rongga
optimum dan sangat baik sebagai agen penukar ion.
2. Kadar Si sedang
Breck melaporkan sintesis zeolit Y pada tahun 1964, dimana perbandingan Si/Al
1,5-3,8 dan memiliki kerangka yang hamper sama dengan zeolit X dan mineral
faujasit. Dengan menurunkan kandungan Al akan menyebabkan stabilitas pada
asam dan panas sehingga zeolit Y dapat dikembangkan untuk transformasi
hidrokarbon.
3. Kadar Si tinggi
Zeolit dengan perbandingan Si/Al mencapai 10-100 (atau lebih) telah dilaporkan
oleh Mobil Research and Development Laboratories di tahun 1960 dan 1970an,
sebagai contohnya ZSM-5. Walaupun kandungan Al nya rendah namun zeolit ini
sangat baik untuk reaksi katalisis hidrokarbon. (Auerbach,2003)
19
2. Kegunaan Zeolit
Penggunaan zeolit itu sendiri banyak digunakan pada :
a. Bidang Pelestarian Lingkungan
Sesuai dengan sifatnya zeolit yang dapat digunakan sebagai penghilang bau,
penghilang warna atau pengontrol polusi. Sebagai penukar kation, zeolit
dapat digunakan untuk mengatasi polusi yang disebabkan oleh air limbah
industri karena mampu mengurangi konsentrasi amonium yang terkandung
dalam air. Kemampuan zeolit dalam menyerap gas CO2 danmeningkatkan
konsentrasi oksigen terutama jenis mordenit memungkinkan pula
penggunaannya untuk mengatasi pencemaran udara. Dengan aktivasi secara
kimiawi dengan NaOH dan H2SO4 zeolit digunakan untuk mengolah air
sungai guna mendapatkan air bersih. Selain itu dapat digunakan sebagai bahan
penukar / menangkap logam besi dan mangan yang terdapat dalam air, Adanya
besi dan mangan dalam air dengan jumlah besar sangat merugikan didalam
penggunaannya baik untuk keperluan rumah tangga maupun untuk keperluan
industri.
b. Bidang Pertanian
Zeolit selain memiliki kemampuan sebagai mineral penukar kation juga
memiliki daya tahan yang tinggi untuk menahan ion amonium dan kalium
yang terdapat didalam air. Sehingga penggunaan zeolit dapat meningkatkan
sifat - sifat fisika dan kimia tanah terutama tanah yangmengandungpasir dan
sedikit aluminium sulfat serta tanah podzolik. Penggunaan zeolit dibidang
20
berupa peningkatan ketesediaan unsur nitrogen didalam tanah sehingga dapat
meningkatkan pertumbuhan dan hasil tanaman. Hal ini disebabkan adanya
efek zeolit terhadap kapasitas penyerapan (adsorpsi) dan penyimpanan(retensi)
amonium dan kalium.
c. Bidang Industri
Zeolit dapat digunakan pada berbagai industri seperti industri kertas, kayu
lapis, minyak kelapa sawit, plastik, cat, lem dan bahan bangunan semen
sebagai pengisi dari perekat sebelum dilakukan penekanan dan pemanasan.
Kemampuan zeolit sebagai bahan penyerap memungkinkan penggunanya
dalam pengeringan dan pemurnian gas(gas methan, gas lain) penyerapan nitrogen
dari udara dalam produksi gas oksigen dan pengeringan gas freon (Harahap,
2006).
3. Beberapa Sifat-Sifat Kimia Zeolit
a. Penukar Ion
Pertukaran ion pada dasarnya terjadi dalam suatu cairan yang mengandung anion,
kation, dan molekul air dimana salah satu atau sebagian ion yang terikat pada
21
bersama ion (kation, anion) dengan muatan yang berlawanan dengan ion matriks
sehingga terjadi kesetimbangan muatan untuk mencapai keadaan netral, sehingga
ion yang berada dalam cairan dapat bergerak bebas di dalam matriks mikropori.
Karena zeolit mengandung kation alkali atau alkali tanah dengan rumus empiris
x
/n Mn+[(AlO2)x(SiO2)y]⋅zH2O, komponen pertama Mn+ sebagai sumber kation
yang dapat bergerak bebas dan dapat dipertukarkan secara sebagian atau secara
sempurna oleh kation lain.
b. Katalis
Zeolit dapat menyaring ion, molekul, maupun atom karena mempunyai saluran
(channel) dan rongga (cavity) dalam struktur zeolit bila oxygen window dari
rongga lebih kecil dari ion, molekul, atau atom. Zeolit mempunyai pori sehingga
juga dapat digunakan sebagai katalis untuk mempercepat reaksi dalam proses
kimia (Ginting, 2007).
c. Dehidrasi
Zeolit akan mengurangi kelembapan ruang disekitarnya dengan mengadsorpsi
molekul air dan melepaskan kembali molekul air yang diserap yang tersimpan di
dalam kanal-kanal zeolit apabila dipanaskan (Prasetyo, 2013).
d. Penyerapan (adsorbsi)
Zeolit merupakan adsorben yang banyak terdapat di alam, Zeolit dapat
digunakan sebagai adsorben karena merupakan polimer anorganik berongga
yang tersusun dari satuan berulang berupa tetrahedral SiO2 dan Al2O3. Adsorben
menggunakan zeolit dapat memurnikan pengeringan, penyerapan CO2,
memisahkan senyawa sulfur, serta memurnikan polutan (Auerbach, 2003). Pada
22
sekitar kation, apabila kristal zeolit dipanaskan, air tersebut akan keluar, sehingga
zeolit dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan. Dehidrasi
menyebabkan zeolit mempunyai struktur pori yang sangat terbuka, dan
mempunyai luas permukaan internal yang luas sehingga mampu mengadsorpsi
sejumlah besar substansi selain air (Prasetyo, 2013).
4. Aktifasi Zeolit
Zeolit alam adalah zeolit yang ditambang langsung dari alam sehingga
harganya jauh lebih murah daripada zeolit sintetis. Namun zeolit alam
memiliki beberapa kelemahan, di antaranya mengandung banyak pengotor serta
kristalinitasnya kurang baik. Untuk memperbaiki karakter zeolit alam sehingga
dapat digunakan sebagai katalis, absorben, atau aplikasi lainnya, Sebagai
upaya dapat dilakukan aktivasi dan modifikasi terlebih dahulu. Aktivasi zeolit
alam dapat dilakukan baik secara fisik maupun secara kimia. Aktivasi
secara fisik dilakukan melalui pengecilan ukuran butir, pengayakan, dan
pemanasan pada suhu tinggi, dan aktivasi kimia menggunakan larutan kimia,
tujuannya untuk menghilangkan pengotor-pengotor organik, memperbesar pori,
dan memperluas permukaan (Lestari, 2010).
5. Aktivasi fisik
Aktivasi secara fisikawi dilakukan dengan pamanasan pada suhu tinggi.
Pemanasan ini akan melepaskan air yang terangkap pada pori-pori kristal zeolit.
Aktivasi secara fisikawi ini akan meningkatkan luas permukaan pori-pori
23
Jurusan Teknik Mesin, Universitas Lampung menggunakan pemanasan 150oC
selama 1jam, 150oC selama 2 jam dan 200oCselama 1jam. Dan didapatkan
temperatur dan pemanasan terbaik yaitu 150oC selama 1jam dengan aktivator
NaOH dimana daya engkol yang dihasilkan 0,0475 kW (6,848%) serta
menurunkan konsumsi bahan bakar spesifik sebesar 0,0179 kg/kWh (8,893%).
Sedangkan pad aaktivasi KOH 150oC selama 2 jam daya yang dihasilkan engkol
terbaik yaitu sebesar 0,0491 kW (7,065%) dan menurunkan konsumsi bahan
bakar 0,019 kg/kWh (9,771%).
6. Aktivasi Kimia
Aktivasi secara kimia bertujuan untuk membersihkan permukaan pori, membuang
senyawa pengotor, mengatur kembali letak atom yang dipertukarkan. Prinsip
aktivasi secara kimiawi ini adalah penambahan pereaksi tertentu sehingga
didapatkan pori-pori zeolit yang bersih (aktif) (Affandi & Hadisi, 2011). Serta
didasarkan pada prinsip pertukaran ion, zeolit direndam dalam larutan basa (Rini,
2010). Sedangkan aktivasi kimia menggunakan aktivator basa bertujuan
menurunkan rasio Si/Al, pada aktivasi dengan NaOH bertujuan untuk
menghilangkan ion-ion tertentu dari kerangka zeolit dan menggantinya dengan ion
Na+ sehingga zeolit alam mempunyai kondisi yang semakin mendekati bentuk
homoionik. Dengan bentuk homoionik, molekul zeolit akan mempunyai ukuran
pori yang relatif sama, sehingga diharapkan kemampuan dan selektivitas
adsorpsinya akan lebih baik (Kurniasari dkk, 2011). Pada penelitian Andrianus
Novian Korin (2012) di Jurusan Teknik Mesin, Universitas Lampung
24
0,25N, 0,5N, 0,75N, 1N pada normalitas 0,75N sebesar 0,0203 kg/kWh
(10.049%) dan 0,0143 kg/kWh (7,1889%), dan daya engkol yang dihasilkan untuk
masing-masing aktivator NaOH dan KOH dengan normalitas 0,75N adalah
sebesar 0,0326 kW (4,8089%) dan 0,025 kW (3,704%).
7. Aktivasi Kimia-Fisik (Gabungan)
Proses aktivasi secara kimia-fisik merupakan pengaktivasian dengan cara
menggabungkan cara kimia dengan fisik. Yang mana dilakukan terlebih dahulu
aktivasi fisik terhadap zeolit lalu dilakukan aktivasi kimia (Affandi & Hadisi,
2011).
D.Tepung tapioka
Tepung tapioka merupakan pati yang diekstrak dari singkong. Dalam memperoleh
pati dari singkong (tepung tapioka) harus dipertimbangkan usia atau kematangan
dari tanaman singkong. Usia optimum yang telah ditemukan dari hasil percobaan
terhadap salah satu varietas singkong yang berasal dari jawa yaitu San Pedro Preto
adalah sekitar 18-20 bulan (Rahman, 2007).
25
Tapioka mempunyai banyak kegunaan, yaitu :
1. Sebagai bahan pembantu dalam berbagai industri, tapioka diolah menjadi sirup glukosa dan destrin digunakan industri kembang gula, penggalengan
buah-buahan, pengolahan es krim, minuman dan industri peragian.
2. Tapioka digunakan sebagai bahan pengental, bahan pengisi dan bahan pengikat dalam industri pembuatan puding, sop, makanan bayi, es krim, pengolahan
sosis daging, farmasi, dan lain-lain.
3. Tepung ini juga digunakan sebagai bahan perekat di banyak industri kimia, seperti kertas. Dibandingkan dengan tepung jagung, kentang, dan gandum atau
terigu, komposisi zat gizi tepung tapioka cukup baik sehingga mengurangi
kerusakan tenun, juga digunakan sebagai bahan bantu pewarna putih.
(http://kikimiqbalsoft.blogspot.com).
E.Larutan
Larutan merupakan sebuah campuran yang memiliki komposisi yang merata
atau sama pada seluruh bagian (homogen). Komposisi zat yang terlarut dalam
satuan volum disebut konsentrasi larutan. Ada beberapa cara dalam
menyatakan konsentrasi dalam sebuah larutan, yaitu sebagai berikut moralitas,
normalitas, fraksi mol, persentase massa, ppm
(http://id.wikipedia.org/wiki/Larutan).
Normalitas adalah jumlah mol ekivalen zat terlarut dalam 1000 mL larutan.
Untuk asam, valensi adalah jumlah mol ion H+.Untuk basa, valensi adalah
26
NaOH → Na+ + OH -1mol 1mol
Dimana setiap 1 mol NaOH sama dengan 1mol ekivalen . Antara normalitas dan Molaritas terdapat hubungan :
N = M x valensi
Berikut adalah properti larutan basa NaOH dan KOH:
Tabel 2. Larutan Basa NaOH dan KOH
NaOH KOH
Massa Molar 39,9971 g/mol 56.1056 g/mol
Penampilan zat padat putih zat padat putih
Densitas 2,1 g/cm3 2,044 g/cm3
Pada Tabel 2 merupakan properti yang terdapat pada larutan basa NaOH dan
27
Berikut adalah properti dari atom Na dan atom K:
Tabel 3. Sifat atom Na dan K
Atom Na Atom K
Bilangan Oksidasi +1, -1 (oksida basa kuat) 1 (oksida basa kuat)
Elektronegativitas 0,93 (skala Pauling) 0,82 (skala Pauling)
Energi ionisasi pertama: 495.8 kJ·mol−1
ke-2: 4562 kJ·mol−1
ke-3: 6910.3 kJ·mol−1
pertama: 418.8 kJ·mol−1
ke-2: 3052 kJ·mol−1
ke-3: 4420 kJ·mol−1
Jari-jari atom 186 pm 227 pm
Jari-jari kovalen 166±9 pm 203±12 pm
Jari-jari van der Waals 277 pm 275 pm
28
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
diesel 4 langkah satu silinder. Adapun spesifikasi mesin uji yang digunakan
adalah sebagai berikut:
Merk/Type Robin – Fuji DY23D
Jenis Motor Diesel 1 silinder
Posisi Katup Di atas
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 revs/min
Daya Engkol Maksimum 3,5 kW pada 3600revs/min
Putaran Maksimum 3600 revs/min
29
Berat 26 kg
Gambar 6. Robin – Fuji DY23D
b. Instrumen Penguji
Instrumen penguji pada penelitian ini adalah sebuah dinamometer hidraulik
yang digunakan untuk mengukur torsi, dan unit instrumentasi TD 114 yang
merupakan panel hasil pengukuran putaran mesin, torsi, temperatur gas buang,
laju pemakaian bahan bakar dan laju pemakaian udara bahan pembakaran.
Instalasi peralatan dan instrumen penguji tersebut ditunjukkan pada gambar 7
30
Gambar 7. Unit Instrumentasi TD 114
Adapun rangkaian dari motor diesel fuji DY23D dan Unit Instrumentasi TD
114 adalah sebagai berikut:
Gambar 8. Rangkaian alat uji dan Unit instrumentasi
c. Tachometer
Digunakan untuk mengetahui putaran mesin.
31
Gambar 9. Tachometer
d. Gelas Ukur 100 ml
Digunakan untuk mengukur volume bahan bakar dan air campuran zeolit yang
akan digunakan dalam penelitian ini.
Gambar 10. Gelas Ukur 100 ml
e. Buffer
Buffer adalah larutan yang dapat menjaga (mempertahankan) pH dari
penambahan asam atau basa. pH larutan buffer tidak berubah (konstan) setelah
32
menetralkan penambahan asam maupun basa dari luar. Buffer berfungsi
sebagai media kalibrasi pHmeter sebelum digunakan.
Gambar 11. Buffer
f. Cetakan
Cetakan digunakan sebagai alat untuk mencetak hasil campuran zeolit bubuk,
aquades dan tapioka yang sebelumnya diaduk.
Gambar 12. Cetakan
g. Kompor Listrik
Digunakan untuk memasak atau memanaskan campuran tepung tapioka dan
33
Gambar 13. Kompor Listrik
h. Kompor Gas
Digunakan untuk merebus batu zolit sebelum zeolit dilakukan aktivasi kimia,
ini dilakukan supaya pori-pori batu zeolit terbuka dan mudah
membersihkannya .
34
i. Timbangan Digital
Timbangan digital digunakan untuk mengukur massa zeolit yang dibuat
menjadi pelet.
Gambar 15. Timbangan Digital
j. Bor
Digunakan untuk mencampur larutan kimia dengan zeolit alami agar
pencampurannya merata sempurna, ini merupakan proses aktivasi kimia. Bor
yang digunakan seperti yang terlihat pada gambar 16.
35
k. Ayakan Mesh 100
Ayakan mesh digunakan untuk menyaring zeolit yang telah menjadi bubuk.
Gambar 17. Ayakan Mesh 100
l. Bak Penampung
Digunakan untuk merendam zeolit dengan air, untuk mendapatkan PH air yang
mendekati 7. Air hasil rendaman tersebut akan digunakan untuk mencuci zeolit
yang telah diaktivasi secara kimia hingga PH zeolit netral.
36
m.Penumbuk Zeolit
Penumbuk zeolit digunakan untuk menumbuk zeolit sampai menjadi bubuk
kemudian diayak dengan menggunakan ayakan mesh.
Gambar 19. Penumbuk Zeolit
n. Blender
Digunakan untuk menghaluskan zeolit yang telah ditumbuk agar semakin halus
Gambar 20. Blender
o. Oven
Digunakan untuk mengeringkan zeolit yang telah dibentuk pelet dan digunakan
37
Gambar 21. Oven
p. Termometer Air Raksa
Termometer air raksa ini digunakan untuk mengetahui temperatur saat
pengujian.
Gambar 22. Termometer Air Raksa
q. Stopwatch
38
Gambar 23. Stopwatch
r. Filter Udara
Filter udara ini digunakan sebagai tempat meletakkan zeolit pelet yang digunakan sebagai penyaring udara pada kendaraan. Berikut adalah gambar
frame bentuk filter udara yang digunakan pada penelitian ini.
Gambar 24. Frame Filter Udara
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 basa NaOH dan KOH
Larutan NaOH dan KOH ini digunakan untuk mengaktivasi zeolit secara kimia
39
NaOH dan larutan KOH dengan perbandingan antara zeolit dengan larutan
kimia (1:1).
c. Air rendaman zeolit
Air ini berasal dari air sumur yang direndam dengan zeolit hingga PH air
mendekati 7. Air rendaman sebaiknya min memiliki pH 6 agar mudah untuk
dinaikkan sampai mendekati pH 7. Air rendaman zeolit fungsinya untuk
mencuci zeolit yang telah diaktivasi kimia.
d. Tapioka
Tepung tapioka merupakan pati yang diekstrak dari singkong. Tepung ini
memiliki daya rekat yang tinggi yang digunakan sebagai perekat dalam
pembuatan zeolit pelet.
B.Persiapan Penelitian
Penelitian menggunakan frame filter zeolit yang telah dimodifikasi (sesuai
dengan bentuk filter) sehingga mudah dalam perawatannya. Penelitian ini
menggunakan 2 jenis aktivator (NaOH dan KOH) dengan 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 frame filter berukuran
panjang 18,5 cm dan lebar 9,5 cm dengan variasi massa rapat (100 %)
dan renggang (75 %).
b. Memotong kawat strimin sesuai ukuran yang diperlukan. Fungsi dari
40
terbentuk sesuai filter kemudian ditempatkan di atas lubang filter udara
motor diesel.
Gambar 25. Hasil Pembuatan Filter
1. Pembuatan air rendaman zeolit
Zeolit akan dicuci terlebih dahulu hingga bersih (Gambar 26a), kemudian
direbus selama 1 jam (Gambar 26b). Selanjutnya zeolit dicuci kembali
sebelum dimasukkan pada air rendaman. Air rendaman merupakan air
sumur dengan pH > 6) bertujuan untuk menyerap kandungan mineral yang
terdapat dalam air sehingga kadar H2O meningkat. Perendaman zeolit
menggunakan perbandingan 1: 20 (1 kg zeolit direndam dengan 20 liter air
sumur) (Gambar 26c). Kemudian dilakukan pengukuran dengan
menggunakan pHmeter untuk mendapatkan pH air yang mendekati 7
(Gambar 26d). Hasil rendaman yang memiliki pH mendekati 7 di simpan
dalam wadah berupa galon agar tidak terkena udara luar dan kotoran
41
(a) (b)
(c)
(e) (d)
Gambar 26. Proses perendaman air dengan zeolit
2. Aktivasi basa
Langkah pertama yang dilakukan yaitu menimbang 1 kg zeolit ukuran P4
lalu zeolit dicuci sampai bersih ± 45 menit kemudian zeolit direbus selama
1 jam. Selanjutnya dilakukan pencucian zeolit kembali yang telah direbus
tersebut. Selanjutnya membuat larutan NaOH dan KOH normalitas 1
dengan perbandingan 1:1 (zeolit 1 kg ditambah dengan larutan basa 40 gr
NaOH + 960 gr air untuk NaOH, sedangkan pada KOHlarutan basanya
56 gr NAOH + 944 gr air). Kemudian zeolit dan larutan basa diaduk
menggunakan bor tangan selama 2 jam supaya pencampuran merata.
Kemudian zeolit dicuci dengan air rendaman zeolit (pH 7) hingga menjadi
42
terhadap air cucian zeolit menggunakan pHmeter yang sebelumnya sudah
dilakukan kalibrasi di pH 4 menggunakan buffer yang memiliki pH 4. Bila
belum didapatkan pH 7 zeolit di cuci lagi selama 30 menit dengan
dicampur air sebanyak 5 liter serta dilakukan pengadukan menggunakan
bor. Langkah tersebut dilakukan terus sampai mendapatkan air rendaman
zeolit pH 7. Setelah itu zeolit tersebut dikeringkan dengan panas matahari
selama 3 jam. Kemudian ditimbang kembali dengan tujuan melihat
reduksi yang terjadi setelah dilakukan aktivasi, kemudian dipanaskan
dengan menggunakan oven selama 10 menit pada suhu 110 0C dengan
tujuan zeolit benar-benar kering serta mudah dalam penumbukan untuk
dijadikan bubuk.
Pada normalitas 2N, 3N dan 4N langkah-langkahnya sama seperti diatas,
hanya jumlah NaOH dan KOH nya dalam larutan berbeda, yaitu:
Pada 2N sebesar 40 gr x 2 = 80 gr (NaOH). Sehingga larutan basa
nya adalah sebesar 80 gr NaOH + 920 ml air. Sedangkan pada KOH
43
KOH (56 gr x 4 = 224 gr KOH) larutan basanya adalah sebesar
224gr KOH + 776 ml air.
Selanjutnya zeolit 1 kg dicampur dengan larutan basa tersebut
selama 2 jam. Selanjutnya langkah-langkahnya sama seperti proses
di bawah (Gambar 27).
(a) (b) (c) (d)
Gambar 27. Proses aktivasi basa
3. Pembuatan Pelet Zeolit
Zeolit yang telah dioven lalu ditumbuk sampai halus (Gambar 28a)
kemudian dilanjutkan penumbukan dengan blender agar lebih halus
(Gambar 28b), zeolit halus tersebut diayak dengan menggunakan ayakan
100 mesh (Gambar 28c). Bubuk zeolit hasil ayakan dicampur dengan tapioka yang telah dimasak dengan campuran air sebesar 20 % sampai
mengental dengan perbandingan 74% zeolit, 6% tepung tapioka, dan 20%
air (Gambar 28d). Selanjutnya dibuat adonan yang merata dan kalis
(Gambar 28e). Setelah jadi adonan maka adonan digiling dengan
menggunakan ampia (Gambar 28f) hingga diperoleh ketebalan 3 mm
44
Adapun bentuk dan ukuran yang dibuat zeolit pelet yaitu diameter 10 mm,
tebal 3 mm (Gambar 28g). Selanjutnya dilakukan aktivasi fisik dengan
cara memasukkan ke dalam oven dengan temperatur 2000 C selama 1 jam
setelah itu zeolit didinginkan dengan suhu ruangan.
(a) (b) (c) (d)
(g) (f) (e)
Gambar 28. Proses Pembuatan Pelet Zeolit
4. Aktivasi Fisik
Pelet yang terbentuk, diaktivasi fisik dengan cara dioven dengan variasi
temperatur 2000C 1 jam. Setelah selesai diaktivasi pelet dikeluarkan dari
oven dan didinginkan di temperatur ruangan (pendinginan alami). Pelet
zeolit yang sudah dingin tadi dimasukkan ke dalam plastik kedap udara
45
Gambar 29. Proses Aktivasi Fisik
5. Pembuatan filter zeolit
Frame berfungsi sebagai rangka diletakkannya pelet zeolit. Frame dirangkai dengan menggunakan jalinan kawat lembut yang mudah
dibentuk (kawat strimin), ukurannya disesuaikan dengan saluran masuk
udara. Selanjutnya frame dijahit rapi agar susunan pelet tidak berubah. Terdapat 2 bentuk variasi filter zeolit yaitu filter rapat dan filter variasi
renggang. Setelah semua terpasang, pelet zeolit siap untuk diuji.
Gambar 30. Frame pelet zeolit
6. Pemasangan Filter Zeolit Pada Motor Diesel
Pada pemasangan filter zeolit ini langkah pertama yang dilakukan adalah
memasang filter kotak pada saluran udara masuk motor diesel dan
46
melalui frame zeolit, lalu memasang frame zeolit serta mensolasinya.
Adapun langkah-langkahnya terdapat pada (Gambar 31).
(a) (b)
(d) (c)
(e)
Gambar 31. Instalasi pemasangan filter zeolit
C.Prosedur Pengujian
Prosedur percobaan yang dilakukan dalam praktikum motor bakar ini adalah
47
1. Pengkalibrasian Torsimeter TD 114
Sebelum melakukan uji mesin, Torsimeter harus di-Nol-kan dan dikalibrasi
terlebih dahulu. Adapun caranya adalah sebagai berikut:
a. Menghubungkan Unit Instrumentasi TD114 ini dengan arus listrik, dan
hidupkan unit instrumentasi TD114 ini.
b. Memutar span control hingga posisi maksimum (searah putaran jarum
jam).
c. Mengguncangkan dinamometernya untuk mengatasi kekakuan seal
bantalannya. Vibrasi terjadi secara otomatis bila mesin berputar.
d. Memutar zero control hingga torsimeter terbaca nol.
e. Mengguncangkan dinamometer lagi untuk memeriksa keakuratan posisi
nol tersebut.
f. Menggantungkan beban sebesar 3,5 kg pada lengan dinamometer tersebut.
g. Memutar span control hingga torsimeter TD114 menunjukkan bacaan 8,6
Nm.
h. Mengguncangkan dinamometer lagi hingga pembacaan Torsimeter stabil.
i. Menyingkirkan beban 3,5 kg tadi, dan ulangi langkah 4 hingga langkah 8
agar penyetelan zero dan span control nya benar-benar akurat.
2. Pengambilan Data
Setelah melakukan proses kalibrasi torsimeter TD 114, mesin dihidupkan
selama kurang lebih 15 menit untuk proses pemanasan mesin hingga keadaan
stabil. Pengambilan data dimulai dengan meletakkan beban 3kg. Variasi
48
teraktivasi yang digunakan dalam pengujian ini adalah NaOH dan KOH
dengan normalitas 1N;2N;3N dan 4N. Proses pengambilan data dilakukan
sebanyak tiga tahap dalam putaran yang sama, tahap pertama merupakan
pengambilan data tanpa menggunakan zeolit, tahap kedua adalah
pengambilan data menggunakan zeolit yang diaktivasi dengan natrium
hidroksida (NaOH), dan tahap ketiga adalah pengambilan data menggunakan
zeolit yang diaktivasi dengan kalium hidroksida (KOH). Dimana dilakukan
pengulangan pengambilan data sebanyak tiga kali. Dalam hal ini zeolit
diletakkan di saluran udara masuk sehingga udara yang masuk ke ruang bakar
melewati zeolit dan mengalami proses adsorpsi yang dilakukan oleh zeolit,
dengan menggunakan laju pemakaian bahan bakar sebesar 16 ml, kemudian
setelah torsi stabil maka data dapat dicatat dan pengambilan data dilakukan
untuk setiap putaran mesin. Contoh pengambilan data zeolit pelet diaktivasi
basa NaOH 1N pada putaran 1500 rpm. Proses pengambilan data adalah
sebagai berikut, setelah mesin dihidupkan selama kurang lebih 15 menit,
beban digantungkan seberat 3kg, tunggu sampai torsi dan putaran stabil,
pertama data yang diambil adalah data tanpa zeolit , kemudian menggunakan
zeolit teraktivasi NaOH 1N, setelah torsi dan putaran stabil pada putaran 1500
rpm, lalu memulai proses pengambilan data , untuk data yang pertama kali
dicatat adalah data variabel operasi mesin tanpa zeolit, lalu dilanjutkan
pengambilan data menggunakan zeolit teraktivasi KOH 1N. Pengambilan
berikutnya adalah pada putaran 2000, 2500, 3000 rpm dan dulang sebanyak
tiga kali pengulangan. Prosedur pengambilan data dan analisa dapat
49
Gambar 32. Diagram Alir Persiapan dan Pengujian Zeolit Mulai 2000, 2500 dan 3000 rpm
50
D.Analisa Data
Seluruh data hasil pengujian dianalisa dengan menggunakan
persamaan-persamaan yang ada pada bab 2 untuk mendapatkan daya engkol yang dihasilkan
dan pemakaian bahan bakar spesifik. Analisa data dilakukan dengan
menggunakan perbandingan prestasi mesin tanpa zeolit dan prestasi mesin
menggunakan zeolit yang diaktivasi dengan NaOH dan KOH dengan variasi
normalitas yang berbeda 1N;2N;3N; dan 4N serta variasi rapat dan renggang.
Hasil analisa data ditampilkan dalam bentuk grafik, dengan melihat perbandingan
nilai pada grafik dapat dilihat prestasi mesin.
Tabel 4. Data hasil pengujian motor diesel.
Ukuran (diameter
Putaran Mesin, rpm : 1500,2000,2500,3000 Nilai Kalor Bahan Bakar
Hasil Pengamatan Data 1
