KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER SATU
SILINDER DENGAN BAHAN BAKAR CAMPURAN
BIODIESEL SESAMUM INDICUM
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ARTHUR K.M. BINTANG NIM : 110401061
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Abstrak
Semakin menurunnya ketersediaan sumber daya bahan bakar fosil, mendorong kita untuk melakukan penelitian dan pengembangan terhadap bahan bakar alternatif. Di antara sumber bahan bakar alternatif didapatkan dari biji wijen
(Sesamum Indicum L) untuk menghasilkan biodiesel. Penelitian ini bertujuan
untuk menganalisa performansi mesin diesel TD-115 dengan biodiesel biji wijen 5 %, 10 %, 15 %, dan 20 %. Hasil pengujian menunjukkan bahwa nilai kalor (CV), putaran mesin (rpm), dan pembebanan (W) yang diberikan mengakibatkan penurunan daya (P) hingga 36,44 %, peningkatan konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) hingga 148 %, penurunan efisiensi volumentris ( ) hingga 16,52 %, penurunan efisiensi termal aktual ( hingga 56,74 % dan penurunan heat loss
hingga 35,01 %.
ABSTRACT
Due to the decreasing of fosil fuel resources which encourage us to do the
research and development of alternative fuels. One of the alternative fuels
resources is using sesame seeds (Sesamum Indicum L) to produce biodiesel. This
study aims is to analyze the performance of TD - 115 diesel engine using sesame
seeds biodiesel mixture of 5 % , 10 % , 15 % and 20 % . The test results indicate
that Calorific Value (CV), engine rotations (rpm) and Load (W) given affects the
amount of Torque (T) and so the Power (P) decrease up to 36,44 %, while
Specific Fuel Consumption (SFC) of the mixture increase up to 148 %, Volumetric
Efficiency ( ) decrease up to 16,52 %, Thermal Actual Brake Efficiency
( decrease up to 56,74 % and Heat Losses decrease up to 35,01 %.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kasih, kekuatan dan kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini, sehingga skripsi ini dapat saya selesaikan.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “Kajian Performansi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder Dengan Campuran Bahan Bakar Biodiesel
Sesamum Indicum”
Dalam penulisan skripsi ini tidak sedikit hambatan yang dihadapi oleh penulis. Untuk itu penulis secara khusus menyampaikan terima kasih kepada dosen pembimbing Bapak Ir. A. Halim Nasution, MSc yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan membimbing serta sumbangan pikiran bagi penulisan skripsi ini.
Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik USU.
2. Kedua Orang Tua Saya R.Ch Bintang dan H. Sianturi serta saudara saudari yang mendoakan dan mendukung penulis dalam pengerjaan Skripsi ini. 3. Partner TA saya Benni Agustinus.
4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU Seluruh teman-teman penulis, baik teman satu angkatan 2011 juga teman- teman yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis.
5. Bapak Dr. Eng. Taufiq bin Nur, ST.,M.Eng.Sc dan Ir. Alfian Hamsi, M.Sc selaku dosen pembanding dalam seminar hasil penulis yang telah memberikan banyak masukan dan kritik yang membangun.
Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terima kasih.
Medan, 30 Maret 2016 Penulis
DAFTAR ISI
1.4 Manfaat Pengujian ... ...3
1.5 Metodologi Penulisan ... ...3
1.6 Sistematika Penulisan ... ...3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.2 Biodiesel dari bahan-bahan lainnya... .12
2.2.1 Biodiesel dari Bahan Baku Biji Karet ... .12
2.2.2 Biodiesel dari Bahan Baku Kelapa ... .13
2.2.3Biodiesel dari Bahan Baku Sawit ... .15
2.3 Komposisi Bahan Baku ... .17
2.4 Mesin Diesel ... .23
2.4.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel ... .30
2.4.2 Performansi Mesin Diesel ... .34
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu Dan Tempat... .43
3.2 Alat Dan Bahan ... .43
3.2.1 Alat ... .43
3.2.2 Bahan ... .45
3.3 Metode Pengumpulan Data ... .50
3.4 Metode Pengolahan Data ... .50
3.5 Pengamatan Dan Tahap Pengujian ... .51
3.6 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ... .51
3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel ... .53
3.8 Set Up alat... .54
4.1 Hasil Pengujian Bom Kalorimeter... .57
4.2 Hasil pengujian Engine Test Bed ... .58
4.2.1 Pada Bahan Bakar Akra Sol ... .58
4.2.2 Pada Akra Sol+ Biodiesel Wijen 5% ... .59
4.2.3 Pada Akra Sol+ Biodiesel Wijen 10% ... .59
4.2.4 Pada Akra Sol+ Biodiesel Wijen 15% ... .60
4.2.5 Pada Akra Sol+ Biodiesel Wijen 20% ... .60
4.3 Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel ... .61
4.3.1 Daya ... .61
4.3.2 Laju aliran bahan bakar ... .64
4.3.3 Rasio Udara Bahan bakar ... .67
4.3.4 Efisiensi Volumetris ... .69
4.3.5 Daya Aktual ... .72
4.3.6 Efisiensi Termal Aktual ... .74
4.3.7 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... .77
4.3.8 Heat Loss ... .79
4.3.9 Persentase Heat Loss ... .82
4.3.10 Kondisi Injektor ... .84
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... .86
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rudolf Christian Karl Diesel ... .…..6
Gambar 2.2 Teknologi Konversi Biodiesel ... .…10
Gambar 2.3 Tumbuhan Wijen ... .…18
Gambar 2.4 Biji Wijen Putih………...β0 Gambar 2.5 Kebun Wijen………...…. β1 Gambar 2.5 Biji Wijen………….………..ββ Gambar 2.7 Diagram P-V……… β4 Gambar 2.8 Diagram T-S………. β4 Gambar 2.9 Ruang Bakar Langsung………. 25
Gambar 2.10 Ruang Bakar Kamar Depan………..….β6 Gambar 2.11 Ruang Bakar Pusar………...…. 27
Gambar 2.12 Ruang Bakar Air Cell……….………... β8 Gambar 2.13 Prinsip Kerja Mesin Diesel………....γ1 Gambar 2.14 Turbocharger………..γγ Gambar 2.15 Viscous Flow Meter……….………..γ8 Gambar 3.1 Bom Kalorimeter ... ….4
Gambar 3.2 Mesin Diesel Test Engine ... ….4
Gambar 3.3 Tec Equipment TD-114 ... ….45
Gambar 3.4 Minyak Nabati Biji Wijen ... ….46
Gambar 3.5 Proses Mengukur Nilai FFA ... ….46
Gambar 3.6 Transesterifikasi ... ….47
Gambar 3.7 Pemisahan minyak dari gliserol... ….47
Gambar 3.9 Biodiesel Biji Wijen ... ….48
Gambar 3.10 Diagram Alir Pengujian performansi mesin ... ….54
Gambar γ.11 Set up alat………...55
Gambar γ.1β Set up Pengujian Mesin Diesel………..56
Gambar 4.1 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 3,5 kg ... ….64
Gambar 4.2 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 4,5 kg…… ... ….65
Gambar 4.3 Grafik mf vs Putaran untuk beban 3,5 kg ... ….67
Gambar 4.4 Grafik mf vs Putaran untuk beban 4,5 kg ... ….67
Gambar 4.6 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 3,5 kg ... ….69
Gambar 4.7 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 4,5 kg ... ….70
Gambar 4.8 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 3,5 kg. ... ….7β Gambar 4.9 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 4,5 kg .... ….7β Gambar 4.10 Grafik Daya Aktual vs Putaran untuk beban 3,5 kg ... ….74
Gambar 4.11 Grafik Daya Aktual vs Putaran untuk beban 4,5 kg ... ….75
Gambar 4.12 Grafik Efisiensi Termal Brake Aktual vs Putaran untuk beban 3,5 kg ... ….77
Gambar 4.13 Grafik Efisiensi Termal Brake Aktual vs Putaran untuk beban 4,5 kg ... ….77
Gambar 4.14 Grafik Specific Fuel Consumption vs Putaran untuk beban .. 3,5 kg ... ….79
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Standar biodiesel ... …...8
Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa…….. ... ….14
Tabel 2.3 Karakteristik Minyak Sawit ... ….15
Tabel 2.4 Komposisi Trigliserida Asam Lemak...……….………16
Tabel 2.5 Kandungan Minor Minyak Sawit ... ….16
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Bom Kalorimeter... ….58
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Akra Sol ... ….59
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Akra Sol + Biodiesel Biji Wijen 5%...60
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Akra Sol + Biodiesel Biji Wijen 10 %...60
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Akra Sol + Biodiesel Biji Wijen15%...61
Tabel 4.6 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Akra Sol + Biodiesel Biji Wijen20 %...62
Tabel 4.9 Data Perhitungan Untuk AFR ... ….68
Tabel 4.10 Data Perhitungan Untuk Efisiensi Volumetris ... ….71
Tabel 4.11 Data Perhitungan Untuk Daya Aktual ... ….7γ
Tabel 4.12 Data Perhitungan Untuk Efisiensi Termal Brake Aktual ... ….76
Tabel 4.13 Data Perhitungan Untuk Specific Fuel Consumption ... ….78
Tabel 4.14 Data Perhitungan Untuk Heat Losses ... ….81
DAFTAR NOTASI
η
v Efisiensi Volumetris (%)η
m Efisiensi Mekanist Waktu detik
Laju Massa Udara dalam Silinder kg/jam
D Diameter Silinder mm
AFR Rasio Campuran Bahan Bakar dan Udara
Te Suhu Udara Keluar oC
Ta Suhu Udara Luar oC
ρa Kerapatan Udara kg/m3
Vs Volume Langkah Torak m3
