STUDI KOMPARASI KINERJA MESIN BERBAHAN BAKAR SOLAR DAN CPO DENGAN PEMANASAN AWAL SKRIPSI

(1)

STUDI KOMPARASI KINERJA MESIN BERBAHAN BAKAR SOLAR DAN CPO DENGAN PEMANASAN

AWAL

SKRIPSI

Oleh :

ASKHA KUSUMA PUTRA 0404020134

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

GENAP 2007/2008

(2)

STUDI KOMPARASI KINERJA MESIN BERBAHAN BAKAR SOLAR DAN CPO DENGAN PEMANASAN

AWAL

SKRIPSI

Oleh :

ASKHA KUSUMA PUTRA 0404020134

TUGAS AKHIR INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

GENAP 2007/2008

(3)

PENGESAHAN

Tugas akhir dengan judul :

STUDI KOMPARASI KINERJA MESIN BERBAHAN BAKAR SOLAR DAN CPO DENGAN PEMANASAN AWAL

Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Program Pendidikan S-1 Regular Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia dan disetujui untuk diajukan dalam sidang akhir.

Depok, 19 Juni 2008 Dosen Pembimbing

Prof.DR.Ir. Bambang Sugiarto, M.Eng NIP. 131597860

(4)

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada :

Prof. Dr. Ir. Bambang Sugiarto, M.Eng

Selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu disela- sela kesibukannya sebagai Dekan Fakultas Teknik UI untuk memberi pengarahan, diskusi dan bimbingan kepada penulis serta persetujuan hingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik dan tepat waktu.

iv

(5)

DAFTAR ISI

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ii

PERSETUJUAN iii

UCAPAN TERIMA KASIH iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

DAFTAR ISI vii

DAFTAR GAMBAR xii

DAFTAR TABEL xiv

DAFTAR GRAFIK xv

DAFTAR LAMPIRAN xvii

DAFTAR SINGKATAN xviii

DAFTAR SIMBOL xix

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG MASALAH 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH 5

1.3 TUJUAN PENELITIAN 5

1.4 BATASAN MASALAH 6

1.5 METODOLOGI PENELITIAN 7

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN 7

BAB II DASAR TEORI 9

2.1 PRINSIP-PRINSIP PEMBAKARAN

2.1.1 Proses Pembakaran 9

2.1.2 Pembakaran Tiga T 10

2.1.3 Proses Pembakaran Pada Mesin Diesel 11

vii

(6)

2.1.4 Siklus Termodinamika Mesin Diesel 4-Langkah 13

2.1.4.1 Siklus Tertutup 13

2.1.4.2 Siklus Terbuka 13 2.1.5 Persamaan-Persamaan Pada Siklus Diesel Ideal 16

2.1.6 Siklus Diesel Aktual 18

2.2 SIFAT BAHAN BAKAR MESIN DIESEL 19

2.3 BAHAN BAKAR CPO 29

2.4 PARAMETER UNJUK KERJA MESIN DIESEL 32 2.4.1 Laju Konsumsi Bahan Bakar (FC) 32 2.4.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) 32

2.4.3 Daya Listrik 33

2.4.4 Jumlah Input Energi Bahan Bakar 33

2.4.5 Efisiensi Thermal (ηth) 33

2.4.6 Emisi Gas Buang 34

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 38

3.1 SPESIFIKASI BAHAN BAKAR 38

3.2 PENGUJIAN UNJUK KERJA MESIN DIESEL 38

3.2.1 Tempat Pengujian 38

3.2.2 Peralatan Pengujian 38

3.2.2.1 Mesin Diesel Genset 38

3.2.2.2 CPO Module 40

3.2.2.3 Adjusted Wire Heater 40

3.2.2.4 Papan Lampu 41

3.2.2.5 Multi meter 42

3.2.2.6 Opacitymeter 42

3.2.2.7 Instalasi water cooling 43 3.2.3 Skematik Diagram Peralatan Pengujian 43

3.2.4 Prosedur Pengujian 45

3.2.4.1 Persiapan Bahan Bakar 45

3.2.4.2 Prosedur Menjalankan Mesin Diesel 45 3.2.4.3 Prosedur Pengujian dengan Bahan Bakar Solar 45 3.2.4.4 Prosedur Pengujian dengan Bahan Bakar Campuran

viii

(7)

CPO & Solar 46

3.2.4.5 Prosedur Pengujian dengan Bahan Bakar CPO 47

3.2.5 Prosedur Pengambilan Data 49

3.2.6 Prosedur Penggantian Bahan Bakar 51

3.3 METODE PENGUKURAN DENSITAS 52

3.3.1 Pengujian Densitas Tanpa Pemanasan 52 3.3.2 Pengujian Densitas Dengan Pemanasan 53

3.4 METODE PENGUJIAN VISKOSITAS 54

3.4.1 Pengujian Viscocitas Tanpa Pemanasan 55 3.4.2 Pengujian Viscocitas Dengan Pemanasan 56

3.5 PENGUJIAN CETANE NUMBER 57

3.5.1 Prosedur Pengujian dan Kalkulasi Data Cetane Number 57 3.5.1.1 Prosedur Pengujian Cetane Number 57 3.5.1.2 Kalkulasi Cetane Number 58

BAB IV HASIL DAN ANALISA DATA 59

4.1 ANALISA VARIASI BEBAN TERHADAP BAHAN BAKAR

PADA TEMPERATUR KONSTAN 59

4.1.1 Bahan Bakar CPO 100% 59

4.1.1.1 Perbandingan SFC Pada CPO 100% 59 4.1.1.2 Perbandingan η Thermal Pada 100% CPO 60

4.1.1.3 Perbandingan Opacity Pada 100% CPO 62 4.1.1.4 Perbandingan Temperatur Gas Buang Pada 100% CPO 63

4.1.2.1 Perbandingan SFC Pada CPO 75% 64 4.1.2.2 Perbandingan η Thermal Pada CPO 75% 65 4.1.2.3 Perbandingan Opacity Pada 75% CPO 66 4.1.2.4 Perbandingan Temperatur Gas Buang Pada 75% CPO 67

4.1.3.1 Perbandingan SFC Pada CPO 50% 69 4.1.3.2 Perbandingan η Thermal Pada CPO 50% 70 4.1.3.3 Perbandingan Opacity Pada CPO 50% 71 4.1.3.4 Perbandingan Temperatur Gas Buang Pada CPO 50% 72

ix

(8)

4.1.4 Bahan Bakar CPO 25% 74 4.1.4.1 Perbandingan SFC Pada CPO 25% 74 4.1.4.2 Perbandingan η Thermal Pada CPO 25% 75 4.1.4.3 Perbandingan Opacity Pada CPO 25% 76 4.1.4.4 Perbandingan Temperatur Gas Buang Pada CPO 25% 77 4.2 ANALISA VARIASI TEMPERATUR TERHADAP BAHAN

BAKAR PADA BEBAN KONSTAN 79

4.2.1 Analisa Pada Beban 500 Watt 79

4.2.1.1 Analisa SFC Pada Beban 500 Watt 79 4.2.1.2 Analisa η Thermal Pada Beban 500 Watt 80 4.2.1.3 Analisa Opacity Pada Beban 500 Watt 81 4.2.1.4 Analisa Temperatur Gas Buang Pada Beban 500 Watt 82 4.2.2 Analisa Pada Beban 1000 Watt 83 4.2.2.1 Analisa SFC Pada Beban 1000 Watt 83 4.2.2.2 Analisa η Thermal Pada Beban 1000 Watt 84 4.2.2.3 Analisa Opacity Pada Beban 1000 Watt 85 4.2.2.4 Analisa Temperatur Gas Buang Pada Beban 1000 Watt 86 4.2.3 Analisa Pada Beban 1500 Watt 87 4.2.3.1 Analisa SFC Pada Beban 1500 Watt 87 4.2.3.2 Analisa η Thermal Pada Beban 1500 Watt 88 4.2.3.3 Analisa Opacity Pada Beban 1500 Watt 89 4.2.3.4 Analisa Temperatur Gas Buang Pada Beban 1500 Watt 90 4.2.4 Analisa Pada Beban 2000 Watt 91 4.2.4.1 Analisa SFC Pada Beban 2000 Watt 91 4.2.4.2 Analisa η Thermal Pada Beban 2000 Watt 92 4.2.4.3 Analisa Opacity Pada Beban 2000 Watt 93 4.2.4.4 Analisa Temperatur Gas Buang Pada Beban 2000 Watt 94 4.3 Analisa Pengaruh Kenaikan Temperatur Bahan Bakar

Yang Masuk Ke Mesin Diesel 96

4.4 Analisa Pengaruh Temperatur Terhadap Densitas dan Viskositas 101

x

(9)

xi

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 107

5.1 KESIMPULAN 107

5.2 SARAN 108

DAFTAR ACUAN 109

DAFTAR PUSTAKA 110

LAMPIRAN 112

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Reaksi kimia C, H, dan S terhadap O2 10 Gambar 2.2 Perbedaan pembakaran sempurna, baik dan tidak sempurna 11

Gambar 2.3 Siklus diesel tertutup 13

Gambar 2.4 Diagram P-V siklus diesel 13

Gambar 2.5 Siklus diesel terbuka 14

Gambar 2.6 Diagram P-V, T-V dan T-s dari siklus diesel 15

Gambar 2.7 Siklus diesel 16

Gambar 2.8 Siklus diesel aktual 18

Gambar 2.9 Pengaruh temperatur terhadap densitas bahan bakar nabati 31 Gambar 2.10 Pengaruh temperatur terhadap viskositas bahan bakar nabati 31 Gambar 2.11 Grafik Pengaruh Asap Terhadap VSP 35

Gambar 2.12 Portable smoke analyzer 36

Gambar 2.13 Diagram skematik smoke analyzer 36 Gambar 2.14 Aplikasi penggunaan smoke analyzer 37 Gambar 2.15 Contoh hasil pengujian smoke analyzer 37

Gambar 2.16 Hasil pengukuran smoke analyzer 37 Gambar 3.1 Mesin diesel genset Dong Feng 39

Gambar 3.2 CPO module 40

Gambar 3.3 Voltage regulator untuk mengatur temperature heater 41 Gambar 3.4 Heater yang dipasang pada saluran masuk bahan bakar 41

Gambar 3.5 Papan lampu 41

Gambar 3.6 kWh meter 41

Gambar 3.7 Termokopel yang digunakan untuk mengukur temperatur

gas buang 42

xii

(11)

xiii

Gambar 3.8 Multimeter yang berfunsi sebagai voltmeter 42 Gambar 3.9 Opacitymeter di saluran gas buang 42 Gambar 3.10 Tampilan data pada komputer 42

Gambar 3.11 Instalasi water cooling 43

Gambar 3.12 Diagram skematik peralatan pengujian 44 Gambar 3.13 Gambar Peralatan Pengujian 44 Gambar 3.14 Pengambilan data temperatur udara masuk mesin 50 Gambar 3.15 Pengukuran temperatur bahan bakar masuk mesin 51 Gambar 3.16 Pengukuran nilai densitas pada permukaan 53 Gambar 3.17 Pengambilan nilai densitas tanpa pemanasan 53 Gambar 3.18 Pengambilan nilai densitas dengan pemanasan 54 Gambar 3.19 Pengambilan nilai viskositas tanpa pemanasan 55 Gambar 3.20 Pengambilan nilai viskositas dengan pemanasan 56 Gambar 4.1 Grafik hubungan SFC dan efisiensi mesin 98

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Pembagian Bahan Bakar Mesin Diesel 24 Tabel 2.2 Karakteristik Minyak Sawit CPO dan Biodiesel 30 Tabel 2.3 Tabel Daftar Racun Pada Exhaust Diesel 35 Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Diesel Genset 38 Tabel 4.1 Tabel pergerakan kurva SFC terhadap

peningkatan temperatur 96

Tabel 4.2 Tabel pergerakan kurva η thermal terhadap

peningkatan temperatur 98

Tabel 4.3 Tabel hasil uji cetane number CPO 99

xiv

(13)

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Grafik SFC CPO 100% pada variasi temperatur 59 Grafik 4.2 Grafik η Thermal CPO 100% pada variasi temperatur 60 Grafik 4.3 Grafik opacity CPO 100% pada variasi temperatur 62 Grafik 4.4 Grafik temperatur gas buang CPO 100%

pada variasi temperatur 63

Grafik 4.5 Grafik SFC CPO 75% pada variasi temperatur 64 Grafik 4.6 Grafik η Thermal CPO 75% pada variasi temperatur 65 Grafik 4.7 Grafik opacity CPO 75% pada variasi temperatur 66 Grafik 4.8 Grafik temperatur gas buang CPO 75%

Grafik 4.9 Grafik SFC CPO 50% pada variasi temperatur 69 Grafik 4.10 Grafik η Thermal CPO 50% pada variasi temperatur 70 Grafik 4.11 Grafik opacity CPO 50% pada variasi temperatur 71 Grafik 4.12 Grafik temperatur gas buang CPO 50%

Grafik 4.13 Grafik SFC CPO 25% pada variasi temperatur 74 Grafik 4.14 Grafik η Thermal CPO 25% pada variasi temperatur 75 Grafik 4.15 Grafik opacity CPO 25% pada variasi temperatur 76 Grafik 4.16 Grafik temperatur gas buang CPO 25%

Grafik 4.17 Grafik perbandingan SFC pada 500 watt 79 Grafik 4.18 Grafik perbandingan η Thermal 500 Watt 80 Grafik 4.19 Grafik perbandingan opacity beban 500 Watt 81 Grafik 4.20 Grafik perbandingan temperatur gas buang

beban 500 Watt 82

Grafik 4.21 Grafik perbandingan SFC pada 1000 watt 83 Grafik 4.22 Grafik perbandingan η Thermal 1000 watt 84

xv

(14)

xvi

Grafik 4.23 Grafik perbandingan opacity beban 1000 Watt 85 Grafik 4.24 Grafik perbandingan temperatur gas buang

beban 1000 Watt 86

beban 1500 Watt 90

beban 2000 Watt 94

Grafik 4.33 Grafik densitas vs temperatur 95

Grafik 4.34 Grafik konsentrasi CPO vs cetane number 100 Grafik 4.35 Grafik konsentrasi CPO vs viskositas 102 Grafik 4.36 Grafik konsentrasi CPO vs densitas 104 Grafik 4.37 Grafik k densitas vs viskositas 105

(15)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Data pengujian unjuk kerja mesin diesel

bahan bakar CPO 100% 112

xvii

(16)

DAFTAR SINGKATAN

ADO Automotive Diesel Oil BBM Bahan Bakar Minyak

BSFC Brake Spesific Fuel Consumption

BDC Bottom Death Centre

CPO Crude Palm Oil

FC Fuel Consumption

FO Fuel Oil

HHV High Heating Value LHV Low Heating Value MARKAL Market Allocation MFO Marine Fuel Oil

TDC Top Death Centre TMA Titik Mati Atas TMB Titik Mati Bawah

SFC Spesific Fuel Consumption SVO Straight Vegetable Oil

xviii

(17)

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

E Energi yang terukur kWh

W Daya yang dihasilkan kW

t Waktu detik

m bb Jumlah bahan bakar kg

Vg Volume bahan bakar L/hr

ρ Berat jenis bahan bakar kg/L

rc Rasio kompresi pada mesin -

P Tekanan Pascal

v Volume Liter

R Konstanta gas universal kJ/kg.K

T Temperatur Kelvin

u Energi dalam kJ/kg

cv Specific heatat constant volume kJ/kg.K cp Specific heatat constant pressure kJ/kg.K

h Entalpi kJ/kg

s Entropi J/mol K

k Spesific heat ratio -

β Cut-off ratio -

xix

(18)

SFC Spesific fuel consumption kg/kWh

Qm Jumlah kalor masuk kcal

LHV Nilai kalor bawah bahan bakar kcal/kg

ηth Efisiensi thermal %

ηbt Efisiensi brake thermal %

q Kalor Joule

xx