ANALISIS PEMBENTUKAN SUDUT SEMBURAN MINYAK JELANTAH PADA UJUNG NOSEL SEDERHANA

(1)

iii

ANALISIS PEMBENTUKAN SUDUT SEMBURAN MINYAK JELANTAH PADA UJUNG NOSEL SEDERHANA

Oleh : I Gusti Ngurah Bagus Yoga Junaya Dosen Pembimbing : Dr. Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT

: Dr. Wayan Nata Septiadi, ST, MT ABSTRAK

Semakin meningkatnya penggunaan bahan bakar fosil akan berdampak terhadap menipisnya ketersediaan minyak bumi di alam, oleh karena itu perlu dilakukan penelitian untuk menemukan bahan bakar alternatif. Salah satu bahan bakar alternatif adalah minyak jelantah karena merupakan limbah dan ketersediaannya sangat berlimpah. Parameter yang harus diperhatikan bila minyak jelantah digunakan sebagai bahan bakar adalah sudut semburan.

Secara teknis minyak jelantah tidak akan teratomisasi karena viskositasnya yang sangat tinggi. Untuk menurunkan viskositas tersebut maka dilakukan pemanasan awal pada pipa tembaga yang akan dialiri oleh minyak jelantah. Temperatur pemanasan awal divariasikan pada 350°C, 360°C, 370°C, 380°C dan 390°C dengan tekanan bahan bakar minyak jelantah pada tekanan 3 bar, 4 bar dan 5 bar serta diameter lubang nosel sebesar 0,5 mm dijaga konstan.

Peningkatan temperatur pemanasan awal dan tekanan menyebabkan terjadi peningkatan sudut semburan minyak jelantah. Jika dibandingkan dengan minyak tanah tanpa pemanasan awal sudut semburan minyak tanah lebih besar 3.82° daripada minyak jelantah pada temperatur 350°C tekanan 3 bar dan menjadi 1.62° ketika temperatur pemanasan awal minyak jelantah ditingkatkan menjadi 390°C. Penurunan viskositas terjadi dari 75 cP sampai 8 cP pada temperatur 27°C hingga temperatur minyak 100°C. Penurunan nilai viskositas tersebut berpengaruh terhadap sudut semburan yang dihasilkan pada ujung nosel

(2)

iv

ANALYSIS OF THE SPRAY ANGLE FORMATION OF WASTE COOKING OIL ON THE PLAIN NOZZLE

Author : I Gusti Ngurah Bagus Yoga Junaya Guidance : Dr. Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT

: Dr. Wayan Nata Septiadi, ST, MT ABSTRACT

The increasing use of fossil fuel would have an impact on the availability of petroleum depletion in nature, therefore, it is necessary to do some research to find alternative fuels. One of the alternative fuel is used waste cooking oil because it is a waste and its availability is very abundant. The parameter that must be considered when using the cooking oil as fuel is the spray angle.

Technically, WCO will not be atomized because the viscosity is very high. To reduce the viscosity, then performed preheating of the copper pipe that would powered by WCO. The preheat temperatures was varied at 350°C, 360°C, 370°C, 380°C and 390°C with the fuel pressures of WCO at the pressures of 3 bar, 4 bar and 5 bar and the nozzle orifice diameter of 0.5 mm was kept constant.

The increasing of the preheat temperatures and pressures causes an increase in the spray angle of WCO. In comparison with kerosene without preheating, spray angle for kerosene is 3.82° greater than WCO at the temperature of 350°C and the pressure of 3 bar becomes 1.62° when the preheat temperature of WCO increased to 390°C. The decrease of viscosity occurred from 75 cP to 8 cP at 27°C up to 100°C of the WCO temperature. The decrease of viscosity value affect the spray angle produced at the nozzle tip.

(3)

vi Halaman DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN ... i LEMBAR PERSETUJUAN ... ii ABSTRAK ... iii ABSTRACT ... iv KATA PENGANTAR ... v DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 3 1.3 Batasan Masalah ... 3 1.4 Tujuan Penelitian ... 3 1.5 Manfaat Penelitian ... 3

BAB II DASAR TEORI 2.1 Penelitian - Penelitian Sebelumnya ... 5

2.2 Minyak Jelantah ... 6

2.3 Komposisi dan Kandungan Pada Minyak Jelantah ... 7

2.4 Nosel ... 8

2.5 Atomisasi (Pengabutan) Cairan ... 11

2.5.1 Tegangan Permukaan ... 12

2.5.2 Viskositas ... 13

2.5.3 Densitas ... 15

2.6 Spray Characteristics ... 17

2.6.1 Spray Tip Penetration ... 17

2.6.2 Spray Angle ... 18

2.6.3 Spray Pattern ... 19

2.7. Proses Perpindahan Panas ... 20

2.7.1 Perpindahan Panas Konduksi ... 20

2.7.2 Perpindahan Panas Konveksi ... 21

2.7.3 Perpindahan Panas Radiasi ... 22

2.8. Pengukuran Sudut Semburan Nosel ... 23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Metode Penelitian ... 27

3.2 Variabel Penelitian ... 27

3.3 Diagram Alur Penelitian ... 27

3.4 Alat Dan Bahan Penelitian ... 28

3.4.1 Alat ... 28

3.4.2 Bahan ... 31

3.5 Set Up Alat ... 32

3.5.1 Tahap Persiapan ... 32

(4)

vii BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian ... 35

4.1.1 Data Sudut Semburan Minyak Jelantah Pada Tekanan 3 Bar ... 35

4.2 Pembahasan ... 42

4.2.1 Pengaruh Tekanan dan Temperatur Pemanasan Awal Terhadap Sudut Semburan Minyak Jelantah ... 42

4.2.2 Perbandingan Sudut Semburan Minyak Jelantah dengan Minyak Tanah ... 43

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 46 5.2 Saran ... 46 DAFTAR PUSTAKA ... 48 LAMPIRAN ... 51 PERNYATAAN ... 54 LEMBAR ASISTENSI ... 55

(5)

viii

Halaman DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sudut Semprot Pada Berbagai Persentase Volume Minyak Kelapa Pada

Bahan Bakar Diesel ... 5

Gambar 2.2 Hydrolis Reaction of Triglyceride ... 8

Gambar 2.3 Skematik Nosel ... 9

Gambar 2.4 Tiga Tahap Proses Atomisasi ... 12

Gambar 2.5 Pengaruh Viskositas Terhadap Ukuran Droplet ... 15

Gambar 2.6 Pengaruh Tekanan Terhadap Ukuran Droplet ... 17

Gambar 2.7 Spary Tip Penetration ... 18

Gambar 2.8 Pengaruh Tekanan Dan Diameter Lubang Nosel Terhadap Spray Angel .... 18

Gambar 2.9 Pengaruh Temperatur Terhadap Viskositas ... 19

Gambar 2.10 Hollow Cone ... 19

Gambar 2.11 Solid Cone ... 20

Gambar 2.12 Perpindahan Panas Konduksi ... 20

Gambar 2.13 Perpindahan Panas Konveksi ... 21

Gambar 2.14 Perpindahan Panas Radiasi ... 23

Gambar 2.15 Membuka Gambar Pada Adobe Photoshop ... 24

Gambar 2.16 Memperjelas gambar dengan menambah pixels ... 24

Gambar 2.17 Memberikan efek posterize pada gambar ... 25

Gambar 2.18 Membuka Layer Baru Untuk Memulai Sketch ... 25

Gambar 2.19 Insert Gambar Spray Dengan Ikon Attach ... 26

Gambar 2.20 Cara Pengukuran Sudut Semburan ... 26

Gambar 3.1 Diagram Alur Penelitian ... 28

Gambar 3.2 Tabung Bahan Bakar ... 29

Gambar 3.3 Data Logger ... 29

Gambar 3.4 Pipa Tembaga ... 30

Gambar 3.5 Heater ... 30

Gambar 3.6 Nosel ... 30

Gambar 3.7 Kompresor ... 31

Gambar 3.8 Kamera ... 31

Gambar 3.9 Minyak Jelantah ... 31

Gambar 3.10 Set Up Alat Penelitian ... 32

Gambar 3.11 Titik – Titik Thermocouple ... 33

Gambar 3.11 Capture Spray ... 34

Gambar 4.1 Sudut Semburan Pada Tekanan 3 bar dengan Temperatur Pemanasan Awal (a) 350°C, (b) 360°C, (c) 370°C, (d) 380°C dan (e) 390°C... 36

Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Tekanan dan Temperatur Preheat Terhadap Sudut Semburan Minyak Jelantah... 42

Gambar 4.5 Sudut Semburan Minyak Tanah Pada Tekanan (a) 3 bar, (b) 4 bar dan (c) 5 bar ... 44

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Sudut Semburan Minyak Jelantah dan Minyak Tanah Pada Tekanan 3 bar, 4 bar dan 5 bar ... 45

(6)

ix

Halaman DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak di Dalam Minyak Bunga Matahari, Minyak Kedelai

dan Minyak Bekas ... 7

Tabel 2.2 Tegangan Permukaan Minyak ... 13

Tabel 2.3 Viskositas Minyak ... 15

Tabel 2.4 Densitas Minyak ... 16

Tabel 4.1 Uji Sudut Semburan Minyak Jelantah ... 41

(7)

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kehidupan manusia pada saat ini tidak dapat terlepas dari kebutuhan energi. Hampir di setiap aktivitas sehari-hari manusia memanfaatkan energi sebagai pendukung aktivitasnya. Sumber energi dapat berasal dari matahari, gas alam, panas bumi, air, nuklir, batubara dan bahan bakar minyak. Sehingga bahan-bahan yang dapat menjadi sumber energi merupakan komoditas yang sangat strategis.

Sumber energi dunia yang paling dominan dipergunakan adalah energi yang berasal dari alam seperti minyak bumi, gas alam dan batubara. Bahan-bahan tersebut bersifat tidak terbarukan (non-renewable energy) sehingga semakin sering dipergunakan persediaannya akan semakin menipis. Di Indonesia penggunaan energi yang berasal dari alam masih sangat dominan. Sektor industri dan transportasi merupakan sektor yang paling banyak mengkonsumsi energi, bahan-bahan dari alam tersebut sebagian besar digunakan sebagai bahan bakar untuk pembangkit daya terutama jenis bahan bakar yang berasal dari minyak bumi (Sri Gati, 2013).

Laporan The World Energy Council tahun 1993 menjelang tahun 2020 kebutuhan energi dunia akan meningkat dari 8.8 Gtoe (Gigatons of oil equivalent) menjadi 11,3 sampai 17,2 Gtoe (IEA, 2006). Kondisi tersebut akan menguras banyak cadangan minyak bumi. Salah satu cara untuk mengurangi dampak krisis energi tersebut adalah dengan mencari sumber energi alternatif. Sumber energi terbarukan (renewable energy) menjadi salah satu pertimbangan yang sangat penting. Hal ini disebabkan semakin langkanya sumber energi minyak bumi dan semakin tingginya harga minyak mentah dunia, sehingga penelitian-penelitian inovatif terus dikembangkan untuk menemukan sumber energi terbarukan. Penelitian-penelitian tersebut tidak hanya untuk menemukan sumber energi baru, tetapi juga mampu menemukan sumber energi yang bersifat ramah lingkungan. Indonesia memiliki beragam sumber untuk dimanfaatkan menjadi energi alternatif terbarukan. Salah satu sumber energi alternatif terbarukan yang dapat digunakan sebagai bahan bakar adalah minyak nabati yang berasal dari tumbuh-tumbuhan.

(8)

2

Beberapa minyak nabati dipergunakan sebagai bahan bakar kompor di dapur misalnya minyak dari biji jarak pagar, kapas dan biji kapuk (Fatah, dkk 2013). Salah satu contoh minyak nabati lainnya adalah minyak kelapa sawit yang digunakan sebagai bahan untuk memasak makanan dalam kehidupan sehari–hari. Minyak kelapa sawit hanya bisa digunakan untuk memasak masakan selama beberapa kali pemakaian, setelah itu minyak akan berubah warna dan baunya sehingga tidak baik lagi digunakan untuk memasak. Minyak goreng yang digunakan berulang kali untuk memasak juga mengandung radikal bebas yang tidak baik bagi kesehatan tubuh manusia, sehingga limbah minyak goreng biasanya langsung dibuang oleh masyarakat dan tidak dimanfaatkan lagi.

Minyak goreng bekas (waste cooking oil atau WCO) dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar alternatif diantaranya sebagai bahan bakar pada kompor bertekanan (pressure stove). Selain itu dengan pengolahan terlebih dahulu WCO dapat dijadikan sebagai biodiesel pengganti solar. Karena kandungan asam lemak bebas yang tinggi untuk dapat menjadi biodiesel pada umumnya WCO melewati proses esterifikasi dan proses transesterifikasi. Berdasarkan hasil evaluasi kelayakan beberapa bahan baku biodiesel, minyak nabati yang paling layak digunakan sebagai bahan baku biodiesel adalah minyak goreng bekas (Ruhyat dan Firdaus, 2006).

Pada proses pembakaran mesin diesel, bahan bakar diesel dirubah menjadi tetesan yang halus (droplet) dengan menggunakan nosel pada injektor. Semprotan bahan bakar dalam bentuk partikel-partikel tersebut berdampak pada semakin meluasnya permukaan, mempercepat penguapan dan mempermudah terjadinya pembakaran. Penyebaran tetesan tergantung dari sudut semprot (spray angle) yang dibentuk nosel, semakin besar sudut semprot maka semakin luas penyebaran tetesan (Wiarsita, 2012).

Vinukumar (2012) menyatakan bahwa sudut semburan biodiesel lebih kecil dibandingkan sudut semburan minyak tanah (kerosene). Sudut semburan biodiesel 47° sedangkan sudut semburan minyak tanah 51° pada tekanan dan diameter lubang nosel yang sama. Viskositas minyak jelantah yang tinggi akan memperlambat proses atomisasi, berbeda dengan minyak tanah yang memiliki viskositas yang lebih rendah sehingga hal tersebut berpengaruh pada penyebaran tetesan. Pembentukan sudut

(9)

3

semburan terjadi apabila viskositas minyak menurun, maka dari itu diperlukan pemanasan awal (preheat) untuk menurunkan viskositas minyak (Alamu,2010).

Berdasarkan uraian diatas maka penulis tertarik untuk melakukan analisis terhadap pembentukan sudut semburan WCO akibat pengaruh variasi pemanasan awal dan tekanan bahan bakar.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah yang akan di bahas pada penelitian ini mengenai sudut semburan WCO menggunakan nosel sederhana, dengan permasalahannya adalah:

a. Bagaimana pengaruh temperatur pemanasan awal bahan bakar terhadap sudut semburan WCO di ujung nosel sederhana pada tekanan konstan?

b. Bagaimana pengaruh tekanan terhadap sudut semburan WCO di ujung nosel sederhana pada temperatur konstan?

1.3 Batasan Masalah

Adapun permasalahan yang ada di atas perlu diberikan batasan agar permasalahan tersebut nantinya memberikan gambaran yang lebih jelas mengenai masalah yang akan dikaji. Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:

a. Jenis bahan bakar yang digunakan dalam penelitian adalah WCO yang diperoleh dari limbah hotel.

b. Diameter lubang nosel yang digunakan dalam penelitian dengan ukuran 0,5 mm.

c. Pipa tembaga yang digunakan adalah pipa tembaga dengan diameter 6 mm dan ketebalan 0,6 mm

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian yang akan dilakukan adalah:

a. Untuk mengetahui pengaruh suhu pemanasan awal terhadap sudut semburan di ujung nosel sederhana.

b. Untuk mengetahui pengaruh tekanan terhadap sudut semburan di ujung nosel sederhana

(10)

4

Penelitian yang dilakukan, diharapkan dapat menguragi konsumsi bahan bakar minyak bumi yang terbatas dengan mengganti WCO sebagai bahan bakar alternatif. Disamping itu penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi positif bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya untuk bidang pembakaran dan bahan bakar alternatif (renewable energy).