Rancang Bangun Alat Uji Filter Bahan Bakar

(1)

Prosiding Konferensi Nasional Engineering Perhotelan XI, Universitas Udayana - 2021 ISSN 2338-414X

*Korespondensi: Tel./Fax.: 08123965206 E-mail: [email protected]

ÓTeknik Mesin Universitas Udayana 2021

Rancang Bangun Alat Uji Filter Bahan Bakar

Doni Fernius Manullang

^1)*

, Ainul Ghurri

²⁾

, I Ketut Gede Wirawan

²⁾

, Muhammad Fatih Abdillah

³⁾

, Muhammad Jefy Ashiddiqi

³⁾

, Rezi Oktaviandri

³⁾

1,3) Mahasiswa Program Studi Teknik Mesin Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran Bali

2) Dosen Program Studi Teknik Mesin Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran Bali

Abstrak

Filter bahan bakar adalah komponen yang berfungsi untuk menyaring kotoran yang tercampur pada bahan bakar. Filter bahan bakar yang digunakan pada kendaraan yang ada di pasaran memiliki jenis yang berbeda sesuai dengan bahan bakar yang digunakan. Alat uji filter bahan bakar ini digunakan untuk menguji ketahanan filter bahan bakar terhadap bahan bakar, bahan bakar dapat menggunkan solar maupun bensin. Pada alat uji filter bahan bakar pompa akan mengalirkan bahan bakar dari tangki bahan bakar ke tangki penampungan melalui rangkaian uji. Tekanan aliran bahan bakar sebelum memasuki filter bahan bakar dikondisikan sebesar 105 Kpa dan laju aliran bahan bakar diukur menggunakan pengukur aliran. Jumlah bahan bakar yang digunakan untuk sekali pengisian sebanyak 138,5 L oleh karena itu tangki bahan bakar yang digunakan pada alat uji memiliki volume 200 L, dengan diameter 0,545 m dan tinggi 0,89 m memiliki tebal plat 1 mm dan terbuat dari besi. Selang bahan bakar yang digunakan berdiameter dalam 0,25in dan diameter luar 0,3 in dengan bahan HDPE. Perhitungan energy hilang pada alat uji dapat di hitung dengan mencari mayor loses dengan mencari factor gesek selang bahan bakar terlebih dahulu melalui diagram moody dan minor losses pada fitting dengan mengetahui factor gesek, penurunan tekanan dan Le/d pada fitting. Tekanan bahan bakar pada rangkaian uji diatur menggunakan PRV. Pemilihan pompa bahan bakar berdasarkan hasil besar head yang didapat, pompa yang digunakan adalah pompa yang memiliki nilai head yang sama dengan hasil yang di dapat dan dapat juga menggunakan pompa yang memiliki head yang lebih besar, hal ini untuk meminimalisir kegagalan kerja pompa. Data yang diambil pada alat uji filter bahan bakar adalah perubahan tekanan dan perubahan laju aliran bahan bakar sebelum dan sesudah memasuki filter bahan bakar dan juga gambar visual filter bahan bakar.

Kata kunci: Rangkaian Uji, HDPE, PRV

Abstract

The fuel filter is a component that functions to filter impurities mixed in the fuel. The fuel filters used in vehicles on the market have different types according to the fuel used. This fuel filter testing tool is used to test the resistance of the fuel filter to the fuel used, the fuel can use diesel or gasoline. On the fuel filter testing tool, the fuel pump will flow fuel from fuel tank through testing sequence to the gathering tank. The fuel pressure before entering the fuel filter is formed at 105 Kpa and the fuel flow velocity is measured using a flow measurement. The amount of fuel used for one filling is 138.5 L, therefore the fuel tank used in the test equipment has a volume of 200 L, with a diameter of 0.545 m and a height of 0.89 m, having a plate thickness of 1 mm and is made of iron. The fuel hose used has an inner diameter of 0.25in and an outer diameter of 0.3 in with HDPE material. The calculation of energy loss on the test equipment can be calculated by looking for major losses by finding the friction factor of the fuel hose first through the moody diagram and minor losses on the fitting by knowing the friction factor, pressure drop and Le / d on the fitting. The fuel pressure in the test circuit is adjusted using the PRV. Selection of the fuel pump is based on the results of the head size obtained, the pump used is a pump that has the same head value as the results obtained and can also use a pump that has a larger head, this is to minimize pump failure. The data taken on the the fuel filter testing tool are changes in pressure (pressure drop) and changes in fuel flow velocity before and after entering the fuel filter and also a visual image of the fuel filter.

Keywords: Testing Sequence, HDPE, PRV

1. Pendahuluan

Biodiesel merupakan salah satu alternatif yang populer untuk menggantikan penggunaan bahan bakar solar pada kendaraan bermotor. Biodiesel merupakan salah satu jenis bahan bakar yang dapat diperbaharui (renewable energy), hal ini dikarenakan biodiesel adalah bahan bakar yang terbuat dari materi hidup seperti lemak hewan atau minyak nabati dari tumbuhan.

Bahan bakar biodiesel memiliki emisi yang relatif lebih rendah dari bahan bakar solar (D100) sehingga bahan bakar biodiesel merupakan bahan bakar yang bersifat ramah lingkungan. Bahan bakar biodiesel juga memiliki nilai kalor yang mendekati bahan bakar solar (37MJ/kg).

Keunggulan yang di miliki bahan bakar biodiesel

menjadi nilai penting untuk di kembangkan dan memiliki prospek yang bagus.

Pada saat ini penggunaan bahan bakar biodiesel dapat dicampur dengan bahan bakar solar seperti B10 (biodiesel 10% dengan petrodiesel 90%). Penggunaan bahan bakar biodiesel pada kendaraan memiliki beberapa dampak penurunan peforma kendaraan, umur pemakaian komponen kendaraan dan penurunan masa perawatan kendaraan. Efek penggunaan bahan bakar biodiesel pada filter bahan bakar (fuel filter) kendaran terdapat penyumbatan (clogging), perubahan warna dan penurunan masa pemakaian.

Filter bahan bakar (fuel filter) merupakan salah satu komponen pada suatu sitem bahan bakar yang berfungsi untuk menyaring kotoran yang ada pada

(2)

Doni et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X 142 bahan bakar. Penyaringan kotoran (filtrasi) pada bahan

bakar dilakukan agar bahan bakar dapat di injeksi dengan baik dan meningkatkan kualitas pembakaran.

Oleh karena itu filter bahan bakar memegang peranan penting dalam kinerja mesin agar dapat bekerja dengan optimal.

Ma'ruf dan Haryono (2020) telah melakukan ujicoba menggunakan bahan bakar biodiesel B20 pada generator sebuah lokomotif kereta. Pengujian dilakukan untuk mengetahui pengaruh penggunaan bahan bakar biodiesel terhadap filter bahan bakar dengan waktu penggunan lokomotif sebanyak 125 jam selama 3 bulan. Pada uji coba tersebut menunjukkan bahwa filter bahan bakar dapat menyaring kotoran yang akan masuk ke sistem injeksi dan dapat mereduksi jumlah gliseril pada bahan. Uji coba pada filter bahan bakar menunjukkan bahwa fiter berfungsi dengan baik dan masih dapat digunakan kembali.

Komariah (2018) menguji pengaruh bodiesel pada filter bahan bakar, dimana filter bahan bakar akan diuji dengan beberapa variasi biodiesel. Pada pengujian filter bahan bakar, terlihat bahwa endapan dan penyumbatan pada filter bahan bakar dipengaruhi oleh rasio bahan bakar biodiesel pada campuran bahan bakar. Penambahan bahan bakar biodesel pada campuran bahan bakar akan meningkatkan rasio endapan yang terdapat pada filter bahan bakar.

Demi menigkatkan kinerja dan ketahanan filter bahan bakar terhadap bahan bakar biodiesel sebagai bahan bakar alternatif yang potensial saat ini perlu dilakukan pengujian pada filter bahan bakar tersebut.

Pengujian dapat dilakukan secara sederhana dan menggunakan alat uji yang sederhana dan dapat menghemat biaya pengujian, namun alat uji filter bahan bakar akan tetap mengikuti standard pengujian ASTM D2068 dan mengkondisikan seperti pada sistem bahan bakar pada kendaraan sebenarnya.

Alat uji filter bahan bakar memiliki peran penting dalam proses meningkatkan kualitas filter bahan bakar, hal ini dikarenakan alat uji adalah dasar untuk menemukan data-data hasil pengujian. Data-data yang didapat dari pengujian pada alat uji filter bahan bakar yang akan menjadi rekaman hasil uji dan kemudian diolah menjadi data hasik eksperimen. Alat uji filter bahan bakar juga berfungsi mensimulasikan aliran bahan bakar seperti kondisi aktual pada sistem bahan bakar sebenarnya dan mengikuti standard pengujian yang menjadi parameter alat uji. Alat uji filter bahan bakar juga merupakan acuan ekperimen yang dilakukan sehingga pembuatan alat uji filter bahan bakar haruslah terukur agar menghindari kesalahan ketika melakukan pengujian.

Pentingnya pembuataan alat uji filter bahan bakar dalam meningkatkan kinerja dan ketahanan filter bahan bakar terhadap bahan bakar biodiesel pada kendaraan menjadi tujuan rancang bangun alat uji filter bahan bakar. Proposal ini berisi perancangan dan pengujian alat uji filter yang digunakan untuk penyaringan (filtering) bahan bakar campuran solar dan biodiesel.

2. Dasar Rancang Bangun

Per

ancangan merupakan sebuah proses dalam mendesain sebuah alat, komponen atau sistem sesuai dengan permasalahan yang didpatkan. Proses perancangan harus berpatokan pada standard dan

kebutuhan perancangan. perancangan adalah langkah pertama dalam fase pengembangan rekayasa produk atau sistem. Perancangan itu adalah proses penerapan berbagai teknik dan prinsip yang bertujuan untuk mendefinisikan sebuah peralatan, satu proses atau satu sistem secara detail yang membolehkan dilakukan realisasi fisik (Pressman, 2012).

Menurut Whitten dkk (2007) pengertian bangun atau bangun sistem adalah proses membangun sebuah sistem sesuai dengan spesifikasi desain yang ada. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa proses rancang bangun alat uji adalah proses menerjemahkan hasil desain sebuah alat alat uji, komponen atau sistem menjadi sebuah komponen alat uji , sistem ataupun sebuah produk.

Menurut kamus besar bahasa Indonesia (KBBI) alat uji adalah suatu alat yang digunakan untuk menguji (mengukur) suatu kualitas. Oleh karena itu alat uji filter bahan bakar adalah alat uji yang bertujuan untuk mengukur kualitas filter bahan bakar.

2.1 Spesifikasi Tangki Bahan Bakar

2.1.1 Volume Tangki Bahan Bakar – Maksimal 200L 2.1.2 Tekanan Pada Tangki Bahan Bakar.

Mencari nilai tekanan total pada tangki bahan bakar dapat menggunakan persamaan

ܲ_௧௢௧ ൌ ܲ_௔௧௠൅ ɏ

2.1.3 Tebal Plat Tangki Bahan Bakar

Mencari nilai tebal tagki bahan bakar dapat

menggunakan persamaan

ݐ ൌ ܲ ൈ ܴ ʹܵܧ ൅ ͲǤͶܲ

2.1.4 Gaya Pada Permukaan Dalam Tangki

Mencari nilai gaya pada permukaan dalam tangki dapat menggunakan persamaan

ܨ ൌ ൈ

2.2 Selang Bahan Bakar

2.2.1 Diameter Selang Bahan Bakar

Untuk mencari diameter selang bahan bakar yang digunakan pada alat uji dapat menggunakan persaman berikut.

ܦݏ ൌ ͵ǡͻܳ_௙^଴ǡସହൈ ૉ^଴ǡଵଷ

2.2.2 Luas Penampang Permukaan Selang

Untuk mencari luas penampang selang bahan bakar dapat dicari menggunakan persamaan berikut.

ܣ ൌ ߨܦ^ଶ Ͷ

2.2.3 Kecepatan alirab bahan bakar

Untuk mencari kecepatan aliran pada selang bahan bakar, dapat menggunakan persamaan berikut.

ܳ ൌ ܣܸ

ܸ ൌܳ

2.2.4 Tekanan Pada Selang. ܣ

Untuk mencari Tekanan pada selang bahan bakar dapat menggunakan persamaan berikut.

ܨ ൌ ܲ ൈ ܭ ൈ ܮ௦

2.2.5 mencari Bilangan Reynold

untuk mencari bilangan reynold dapat menggunakan persamaan berikut

(3)

Doni et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X 143

ܴ݁ ൌɏ

ߤ

Catatan: Re > 4000 = Aliran tubulen

2.2.6 Head Losses

Mencari total rugi akibat gesekan aliran bahan bakar dengan selang dapat menggunakan persamaaan berikut.

ܪ_௣ൌ ܪ_ௗ൅ ܪ_௦

ܲଵ

ɏ ൅

ܸଵଶ

ʹ݃ ൅ ݖ^ଵൌܲଶ

ɏ ൅

ܸଶଶ

ʹ݃ ൅ ݖ^ଶ൅ ܯ௅൅ ݉௟

2.2.7 Mayor Losses

Untuk mencari nilai mayor losses pada aliran bahan bakar dapat menggunakan persamaan berikut.

ܯ_௅ൌ ݂ܮɏܸ^ଶ ʹܦ݃

2.2.8 Minor Losses

Untuk mencari nilai minor losses pada aliran bahan bakar dapat menggunakan persamaan sebagai berikut.

݉௅ൌ ݊݇ɏܸ^ଶ 2.3 Gambar Skematik Alat Uji ʹ

Perhatikan gambar 1.1 skematik alat uji filter bahan bakar dibawah ini.

Gambar 1. 1 Skematik Alat Uji

Awalnya sebelum bergerak ke fuel line bahan bakar akar di tampung di tangki penyimpanan (1). Pompa bahan bakar (2) yang bertanggung jawab untuk mengalirkan bahan bakar dari tangki penyimpanan melalui fuel line menuju tangki penampungan. Bahan bakar yang bergerak dari tangki penyimpanan melewati pompa bahan bakar akan ada kemungkinan mengalami guncangan atau getaran sehinggan dapat mengakibatkan aliran bahan bakar pada fuel line tidak stabil. Pemasangan pulsion dampener (3) pada alat uji akan meredam guncangan pada aliran bahan bakar yang melewati pulsion dampener sehingga aliran pada fuel line akan tetap stabil. Setelah aliran bahan bakar pada

fuel line stabil, kemudian bahan bakar akan dialirkan melewati pressure release valve (4). Komponen ini yang akan berfungsi untuk mengatur jumlah aliran bahan bakar yang akan memasuki filter bahan bakar. Tekanan bahan bakar yang diteruskan pada fuel line oleh pressure release valve akan diukur oleh pressure gauge (5), tekanan bahan bakar pada fuel line dikondisikan sama dengan 105 Pa.

pengkondisian tekanan akan berkaitan dengan kerja pressure release valve.

Setelah pengukuran tekanan aliran bahan bakar di pressure gauge aliran bahan bakar kemudian melewati flow meter (6) untuk mengukur laju aliran bahan bakar di fuel line sebelum bahan bakar memasuki filter bahan bakar. Aliran yang memasuki filter bahan bakar (7) akan mengalami penyaringan oleh elemen filter. Setelah melewati filter (8), bahan bakar kemudian melewati flow meter (9) untuk menghitung perbedaan kecepatan aliran setelah dan sesudah melewati filter bahan bakar.

Sebelum aliran bahan bakar masuk kedalam tangki penampungan, tekanan aliran bahan bakar pada fuel line akan di ukur kembali dengan pressure gauge (9) untuk mengetahui pressure drop aliran bahan bakar sebelum dan sesudah melewati filter bahan bakar. Kemudian bahan bakar akan masuk kedalam tangki penampungan (10).

2.4 Gambar Teknik Alat Uji

Desain lay out alat uji filter bahan bakar di tujukkan seberti gambar dibwah ini.

3. Pembahasan

Gambar 1. 2 lay Out Alat Uji

(4)

Doni et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X 144 Model alat uji filter bahan bakar dibuat sesuai

dengan ukuran yang sama dengan lay out perancangan alat uji. Hal ini bertujuan untuk memudahkan melakukan validasi pada alat uji.

3.1 Volume Tangki

Tangki bahan bakar yang digunakan adalah takngki yang digunakan untuk pengujian di laboratorium sehingga tangki yang digunakan berukuran 200L.

3.2 Tebal Plat Tangki

Sesuai dengan persamaan, maka didapatkan hasil sebagai berikut.

ݐ ൌ ܲ ൈ ܴ ʹܵܧ ൅ ͲǤͶܲ

ݐ ൌ ͸͵ǡͳ

ʹͲͲǡ͸ ൅ Ͷ͵ǡͷ͸ ݉݉

ݐ ൌ Ͳǡʹͷͺ݉݉

3.3 Spesifikasi Tangki

Dari data yang didapat, maka tangki bahan bakar yang digunakan harus memimiliki nilai yang sama ata lebih besar dari hasil yang didapat. Berikut ini spesifikasi tangki bahan bakar yang terdapat di after market.

3.4 Tekanan Pada Tangki

Tekanan pada tangki dapat dicari menggunakan persamaan berikut.

ܲ௧௢௧ൌ ܲ௔௧௠൅ ɏ

ܲ௧௢௧ൌ ͳǡͲͳ ൈ ͳͲ^ହܲܽ ൅ ͹Ǥͻʹͳܲܽ

ܲ_௧௢௧ ൌ ͳͲͺǡͻ ൈ ͳͲ^ଷܲܽ

3.4 Gaya Permukaan Dinding

Gaya pada permukaan dinding tangki bahan bakar dapat dicari menggunakan persamaan berikut.

ܨ ൌ ൈ

ܨ ൌͳͲͺǡͻǤ ͵ǡͳͶǤ Ͳǡ͵͵͸

Ͷ ൈ ͳͲ^ଷܲܽǤ ݉^ଶ ܨ ൌ28,72ൈ ͳͲ^ଷܲܽǤ ݉^ଶ

ܨ ൌܲ ൈ ܣ ʹ ܨ ൌͳ͹͸ǡͷ

ʹ ൈ ͳͲ^ଷܲܽǤ ݉^ଶ ܨ ൌ ͺͺǡʹͷ ൈ ͳͲ^ଷܲܽǤ ݉^ଶ 3.5 Diameter Selang

Diameter selang bahan bakar dapat dicari menggunakan persamaan berikut.

ܦݏ ൌ ͵ǡͻܳ_௙^଴ǡସହൈ ૉ^଴ǡଵଷ

ܦݏ ൌ ʹǡͺʹ݉݉

Maka untuk selang yang digunakan adalah selang dengan ukuran 0,25in atau 6,35mm. pemilihan selang dikarenakan ukuran untuk check valve paling kecil adalah ¼ in. Dengan detail selang bahan bakar sebagai berikut.

No Dimensi Satuan Besar

1 Diameter Luar mm 8

2 Diameter Dalam mm 6,35

3 Tebal mm 1

4 Panjang Total m 2,5

Tabel 1 2 Spesifikasi Selang 3.6 Luas Selang

3.6.1 Penampang Selang

Dapat dicari menggunakan persamaan.

ܣ ൌ ߨܦ^ଶ Ͷ

ܣ ൌ͵ǡͳͶǤ Ͷ ൈ ͳͲ^ିହ

Ͷ ݉^ଶ

ܣ ൌ ͵ǡͳͶ ൈ ͳͲ^ିହ݉^ଶ 3.6.2 Selimut Selang

Dapat dicari menggunakan Persamaan.

ܣ ൌ ߨܦܮ

ܣ ൌ ͵ǡͳͶǤ ͲǡͲͲ͸͵ͷ݉Ǥ ʹǡ͹ͷ݉

ܣ ൌ ͲǡͲͲͷͶ݉^ଶ 3.7 Kecepatan Aliran

Dapat dicari menggunakan persamaan.

ܳ ൌ ܣܸ

ܳ ൌͷǡͶͷ ൈ ͲǡͲͲͳ

͵͸ͲͲ ݉^ଷ

ܳ ൌ ͳǡͷ ൈ ͳͲ^ି଺݉ݏ^ଷൗ ݏ Maka didapat.

ܸ ൌͳǡͷ ൈ ͳͲ^ି଺݉^ଷൗݏ

͵ǡͳͶ ൈ ͳͲ^ିହ݉^ଶ

ܸ ൌ ͲǡͲͶ͹ ݉ ݏΤ 3.8 Tekanan Pada Selimut Selang

Dapat dicari mengguakan persamaan.

ܨ ൌ ܲ ൈ ܭ ൈ ܮ௦

ܨ ൌ ͳͲͷ ൈ ͳͲ^ଷܲܽǤ ͲǡͲͲͷͶ݉^ଶ ܨ ൌ ͷ͸͹݌ܽǤ ݉^ଶ

3.9 Losses Alat Uji

Total losses alat uji adalah losses diakibatkan oleh gesekan pada selang alat uji dan losses akibat aksesoris pada alat uji. Didapat dari pesamaan sebagai Berikut.

ܲଵെ ܲଶ

ɏ ൌ ͳǡͳͻͺ ൅ ܯ^௅൅ ݉௟

ܲ_ଵെ ܲ_ଶ

ɏ ൌ ͳǡͳͻͺ ൅ ͲǡͲͲʹ͵ ൅ ͲǡͲͳͶ

ܲଵെ ܲଶ

ɏ ൌ ͳǡʹͳ͵͵݉

οܲ ൌ ɏ ൈ ͳǡʹͳ͵͵

οܲ ൌ ͺͻͲͲ ൈ ͳǡʹͳ͵͵

οܲ ൌ ͳͲǤ͹ͻͺǡ͵͹ ൌ ͳͲǡͺܭ݌ܽ

3.10 pemiliihan Pompa

Pompa bahan bakar yang akan dipilih harus memiliki spesifikasi sesuai perhitungan yang didapat atau diatasnya. Maka dari hasil yang di dapat, pompa yang dipilih yaitu.

ൌ οǤ

ൌ ͳͲǤͺͲͲǤ ͳǡͷ ൈ ͳͲ^ି଺

ൌ ͲǡͲͳ͸ʹ

Tabel 1 1 Spesifikasi Tangki

No Dimensi Satuan Besar

1 Tinggi m 0,89

2 Diameter m 0,545

3 Tebal Plat mm 1

4 Volume L 200

5 Keliling m 1,83

(5)

Doni et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X 145

ൌ ͳ͸ǡʹ

Kemudian Untuk daya Input Pompa yaitu.

ൌͳ͸ǡʹ

ൌ ʹ͵ǡʹ Ͳǡ͹

Pompa yang di pilih memiliki spesifikasi sebagai berikut dapat digunakan pada alat uji filter bahan bakar.

4. Simpulan

Berdasarkan Perancangan dan pada saat membangun serta uji coba alat uji filter bahan bakar dapat ditarik kesimpulan bahwa:

1. Langkah pertama untuk merancangan alat uji filter bahan bakar adalah mengaambar model alatt uji dan mencari harga perancangan model alat uji filter bahan bakar. Hal ini perlu dilakukan sebagai pedoman arah perancangan serta landasan perancangan bahwa alat model perancangan sudah standard dan aman untuk digunakan.

2. Setelah harga perancangan model alat uji sudah didapatkan, maka langkah selanjutnya adalah mencari komponen yang dibutuhkan pada alat uji yang akan dipasang pada alat uji.

3. Pada saat merakit alat uji, pemilihanh komponen haruslah memiliki harga minimal sama dengan harga perancangan alat uji filter bahan bakar. Hal ini bertujuan agar alat uji dapat bekerja sesuai dengan yang diharakan.

4. Alat uji filter bahan bakar yang standard harus bekerja dengan baik, imdikator bahwa alat uji filter bahan bakar sudah bekerja dengan baik seperti tidak adanya kebocoran pada fuel line, komponen yang digunakan sudah sesuai dengan perancangan dan nilai tekanan sebelum memasuki filter bahan bakar stabil.

Ucapan Terima Kasih

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Jurnal yang berjudul

“Rancang Bangun Alat Uji Filter Bahan Bakar”

Penulis merasa banyak mendapat saran, bimbingan serta bantuan baik secara langsung maupun tidak langsung dari berbagai pihak selama menyelesaikan proposal skripsi ini. Oleh karena itu pada kesempatan ini, penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada :

1. Bapak Dr.Ir. I Wayan. Bandem Adnyana, M.Erg., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Udayana.

2. Bapak Ainul Ghurri, ST,MT,Ph.D., selaku Dosen Pembimbing I dalam Laporan Jurnal ini dan juga selaku Dosen Pembimbing Akademik.

3. Bapak Dr. Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT., selaku Dosen Pembimbing II dalam penulisan Laporan Jurnal ini.

4. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana.

5. Rekan-rekan seperjuangan yang turut memotivasi menyelesaikan Laporan Jurnal ini.

6. Orang tua penulis yang tidak henti-hentinya selalu mendo’akan dan selalu memberikan dukungannya baik moril maupun materil.

Daftar Pustaka

[1] Andrias Rahman Wimada, Feri Karuana, Adinda Prawitasari, M., & Abrori, Y. P. (2018). Rancang Bangun Peralatan Uji Umur Filter.

[2] Sudrajat, Pundi Ramadhan. (2019). Analisa Penggunaan Biosolar (B20) Dalam Kinerja Sistem Bahan Bakar Di Kapal Pengawas (KP) Orca 02.

Jurnal Teknologi Penangkapan Ikan Sekolah Tinggi Perikanan.

[3] Komariah, L. N. dkk, (2018). Biodiesel effects on fuel filter; assessment of clogging characteristics.

IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1095 (2018) 012017. Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Universitas Sriwijaya.

[4] Paryanto, Imam dkk. (2018). Penanganan dan Penyimpanan Bahan Bakar Biodiesel (B100) dan Campuran Biodiesel (BXX). Direktorat Jenderal Energi Baru, Terbarukan dan Konversi Energi, Kementerian Energi Sumber Daya Mineral.

Jakarta Tabel 1 3 Spesifikasi Pompa

No Spesifikasi Satuan Nilai

1 Qmax L/1’ 60

2 Tegangan Volt 220

3 Frekuensi Hz 50

4 Putaran Rpm 2.850

5 Daya Watt 50

6 Arus Ampere 2,5

(6)

Doni et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X 146 Doni Ferniius Manullang saat ini

sedang menempuh pendidikan S1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana (2017).

Ainul Ghurri menyelesaikan pendidikan S1 Teknik Mesin di Universitas Brawijaya pada tahun 1995. Pendidikan magister Teknik Mesin diselesaikan di Universitas Indonesia pada tahun 1998 dengan area riset tentang computational fluid dynamics.

Pada tahun 2012 ia menyelesaikan pendidikan doktoral di Chonbuk National University, Korea Selatan. Saat ini ia bekerja sebagai dosen di Jurusan Teknik Mesin Uinversitas Udayana.

Bidang penelitian utama yang digeluti adalah fuel spray, spray technology, internal combustion engine, dan CFD.

I Ketut Gede Wirawan menyelesaikan Pendidikan S1 Teknik Mesin di Universitas Brawijaya. Memperoleh gelar Master of Engineering di Institut Teknologi 10 Nopember Surabaya pada tahun 2000. Gelar doktor diperoleh di Universitas Brawijaya tahun 2014.

(7)

*Korespondensi: Tel./Fax.: 081339821262 E-mail: [email protected]

Pembakaran Fluidized Bed Limbah Medis Dengan Variasi Jenis Bed Material

I Made Panji Tirta Prakasa

¹⁾

, I Nyoman Suprapta Winaya

²⁾

, I Wayan Arya Darma

³⁾

, Febyoga Pratama Ginting

⁴⁾

1,2)Program Studi Magister Teknik Mesin Universitas Udayana, Kampus Sudirman Denpasar Bali

3,4)Program Studi Teknik Mesin Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran Bali

Abstrak

Pandemi Covid-19 merupakan salah satu masalah yang harus cepat ditangani dikarenakan dalam pandemi Covid-19 ini banyak menggunakan pelayanan kesehatan sehingga angka pelayanan akan terus meningkat dan seiring dengan hal tersebut limbah medis akan banyak dihasilkan. Limbah medis termasuk ke dalam limbah Bahan Berbahaya dan Beracun (B3) dan limbah tersebut dapat dikatakan sangat berbahaya bagi lingkungan hidup dan masyarakat sekitarnya. Pada dasarnya limbah medis tersebut mampu diatasi dengan menggunakan teknologi insinerator dimana pada penelitian ini menggunakan jenis insinerator pembakaran Fluidized Bed Combustion (FBC). Pada pembakaran fluidized bed combustion limbah medis menggunakan variasi jenis bed material. Dengan memvariasikan bed material tersebut maka akan mampu mempengaruhi proses fluidisasi dalam rekator dan proses dalam penangkapan hidrocarbon. Adapun jenis bed material yang dipakai antara lain pasir silika, alumina, dan zeolit. Pada penelitian ini dilakukan dengan studi eksperimental dimana data penilitan yang diperoleh menunjukan bahwa dari jenis bed material yang digunakan yaitu pasir silika, alumina, dan zeolit dimana pasir silika mampu menangkap hidrocarbon sebanyak 0,8% , pasir alumina mampu menangkap sebanyak 8,29 % dan pasir zeolit menangkap sebanyak 1,2 %. Sehingga dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa pada penilitian ini jenis bed material dari pasir alumina mampu menangkap hidrocarbon cukup banyak dibandingkan dengan bed material lainnya.

Kata kunci : Limbah Medis, Fluidized Bed Combustion, Bed Material, Hidrokarbon Abstract

The Covid-19 pandemic is one of the problems that must addressed immediately because during this covid-19 pandemic, many health services are used so that the number of services will continue to grow and along with this, a lot of medical waste will be wasted generated. Medical waste is classified as Hazardous and Toxic waste and the waste can very dangerous for the environment and the surrounding community. Medical waste can reduce by using incinerator technology, which in this study uses a Fluidized Bed Combustion (FBC) combustion incinerator. In medical waste fluidized bed combustion, various types of bed materials are used. By varying the bed material, it will affect the fluidization process in the reactor and the hydrocarbon capture process. Types of bed materials used include silica sand, alumina, and zeolit. In this study, an experimental study was conducted where the research data obtained showed that from the type of bed material used, namely silica sand, alumina, and zeolite where silica sand was able to capture hydrocarbons as much as 0.8 %, alumina sand was able to capture as much as 8.29 % and zeolite sand catch as much as 1.2 %. Therefore, from the data it can be concluded that in this study the type of bed material from alumina sand is able to capture quite a lot of hydrocarbons compared to other bed materials.

Keywords : Medical Waste, Fluidized Bed Combustion, Bed Material, Hydrocarbon

1. Pendahuluan

Di masa pandemi Covid-19 ini penggunaan layanan kesehatan terus meningkat dan menghasilkan banyak limbah medis sehingga limbah ini perlu dikelola secara baik dan benar karena dapat berpotensi membahayakan kesehatan masyarakat dan lingkungan sekitar. Limbah medis termasuk salah satu limbah B3 (Bahan Berbahaya dan Beracun) bagi lingkungan hidup, kesehatan, kelangsungan hidup manusia dan mahluk hidup lainnya, oleh karena itu pengelolaan limbah medis harus segera diatasi [1]. Menurut Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan produksi limbah medis pada tahun 2018 di Indonesia sebesar 360 ton/hari dan terjadi peningkatan dikarenakan pandemi Covid-19 sebesar 30% di tahun 2020 [2].

Di beberapa negara maju di dunia dalam mengatasi masalah limbah medis mereka menggunakan teknologi insinerasi dengan mengubah limbah padat menjadi gas panas sisa hasil pembakaran

menggunakan pembakaran temperatur tinggi, sehingga limbah mengalami oksidasi dan perubahan fasa dari padatan menjadi gas, utamanya dalam bentuk CO2

(karbon dioksida) dan H2O (air) [3]. Di Indonesia penggunaan insenerator pembakaran limbah medis sudah diatur dalam Permenkes Nomor 7 Tahun 2019 tentang Kesehatan Lingkungan Rumah Sakit [4]. Jenis reaktor pada proses insinerasi ini menggunakan Teknologi Fluidized Bed Combustion (FBC) dimana proses pembakarannya memiliki tingkat efisiensi pembakaran yang tinggi sehingga teknologi ini telah memenuhi syarat untuk melakukan pengolahan limbah medis [5]. Variasi bed material digunakan pada tekanan dan temperatur yang sama akan berpengaruh terhadap pengurangan senyawa hidrokarbon muncul dari proses pembakaran limbah medis, mengingat kandungan sampah medis lebih banyak sampah organik kering dan anorganik seperti plastik dan karet, yang memiliki sifat kadar air dan kandungan materi yang mudah menguap yang tinggi [6].

(8)

I Made Panji Tirta Prakasa et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X Pada penelitian ini menjelaskan tentang

penangkapan hidrokarbon pada proses pembakaran Fluidized Bed Combustion Limbah Medis. Adapun jenis bed material yang digunakan pada penelitian ini akan berpengaruh terhadap pembakaran fluidized bed dimana bed material yang digunakan yaitu pasir alumina, pasir silika dan pasir zeolit. Untuk limbah medis yang digunakan pada penelitian ini merupakan limbah medis padat bukan logam.

2. Metode Penelitian

Penelitian tentang pengurangan hidrokarbon limbah medis pada pembakaran fluidized bed combustion limbah medis dilakukan dengan metode pendekatan secara eksperimental.

Adapun komponen peralatan insinarator yang digunakan sebagai berikut : Reaktor FBC, Burner, Flow meter, Heater, Blower, Timbangan, Thermostart, Thermocouple, Water Scrubber dan Gas Analyzer.

Bahan yang digunakan dalam penelitian sebagai berikut : Limbah Medis dan Bed Material dapat dilihat pada gambar 1 dan 2

Gambar 1. Limbah Medis

a. b. c.

Gambar 2. Variasi Bed Material a) pasir silika, b) pasir alumina, c) pasir zeolit Gambar skematik Fludized Bed Combustion limbah medis dapat dilihat pada gambar 3.

Gambar 3. Fluidized Bed Combustion

Pada gambar di atas reaktor fluidized bed combustion limbah medis menggunakan material black steel dan

pada bagian reaktor dilapisi bata tipe SKF 34. Pada Primary Chamber memiliki volume 0,082 m³ dan Secondary Chamber memiliki volume 0,022 m³. Untuk burner yang digunakan memiliki temperatur maksimum 1.200⁰C. Proses pendinginannya mengguankan tube- tube yang terdapat pada bagian kondenser dan masuk ke dalam cyclone untuk proses pemisahan antara gas dan abu. Bagian unit penjernih gas terdapat water scrubber dan penyaringan menggunakan arang aktif yang berfungsi untuk mengabsorbsi senyawa karbon yang terkandung dalam gas pembakaran.

3. Hasil dan Pembahasan

3.1. Pengujian Karakteristik Limbah Medis

Tujuan pengujian karakteristik limbah medis yaitu untuk mengetahui kandungan yang terdapat pada bahan bakar limbah medis yang akan digunakan.

® Pengujian Proxymate analysis

Proses pengujian menggunakan alat LECO TGA701.

Berikut merupakan data hasil uji proxymate analysis dapat dilihat pada tabel 1.

Tabel 1. Hasil Proxymate Analysis Fuel Moisture

(%)

Volatile Matter(%)

Fixed Carbon

(%)

Ash (%) Medical

Waste 0,53 95,7 0,4 3,37

Berdasarkan tabel di atas terdapat kandungan Moisture pada limbah medis sebesar 0,53%, kandungan volatile matter 95,7%, kandungan fixed carbon sebesar 0,4 % dan kandungan ash sebesar 3,37%.

® Pengujian Ultimate Analysis

Proses pengujian menggunakan alat LECO CHN628.

Berikut merupakan data hasil uji ultimate analysis dapat dilihat pada tabel 2.

Tabel 2. Hasil Ultimate Analysis Fuel C

(%) H (%)

O (%)

N (%)

S (%) Medical

Waste 47,52 7,89 18,53 2,01 0,6 Tabel di atas menunjukkan bahwa limbah medis mengandungan Carbon 47,52%, kandungan Hydrogen 7,89%, kandungan Oksigen 18,53%, kandungan Nitrogen 2,01%, dan kandungan Sulfur 0,5 %.

® Pengujian Thermo Gravimetric Analysis

Proses pengujian menggunakan alat LECO TGA701.

Berikut merupakan grafik yang dihasilkan dari uji TGA dapat dilihat pada gambar 4.

Gambar 4. Grafik Uji Thermo Gravimetric Analysis 148

(9)

I Made Panji Tirta Prakasa et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X Dari gambar ditersebut dijelaskan bahwa terdapat

pengurangan masa bahan bakar pada temperature 150-800⁰C.

3.2. Kandungan Karbon Bed Material

Berikut merupakan hasil uji gas hasil pembakaran bed material dilihat pada tabel 3.

Tabel 3. Data Uji Pembakaran Bed Material Murni Bed Material CO

(%)

CO2

(%)

HC (%)

Silika 0 1,76 0

Alumina 0 0,73 0

Zeolit 0 0 0

Dalam pengujian ini terdapat suhu operasi reaktor disebutkan dalam (T1, T2, dan T3) yang terdeteksi oleh termokopel yang terpasang pada sisi furnace.

Berikut ini merupakan suhu pembakaran bed material dilihat pada gambar 5, 6, dan 7.

Gambar 5. Grafik Temperatur Pada Pasir Silika

Gambar 6. Grafik Temperatur Pada Pasir Alumina

Gambar 7. Grafik Temperatur Pada Pasir Zeolit

3.3. Data Pengujian Penangkapan Hidrokarbon

Penangkapan gas hasil pembakaran limbah medis dilakukan dengan alat gas analyzer uji emisi dengan temperature pembakaran 650⁰C. Gas yang dilakukan pengujian merupakan gas yang dihasilkan dari bed material yang sudah menangkap hasil pembakaran dari limbah medis tersebut. Data hasil pengujian gas tersebut dapat dilihat pada tabel 4.

Tabel 4. Data Uji Pembakaran Carbon Capture Bed Material CO

(%)

CO2

(%)

HC (%)

Pasir Silika 0 0,79 0

Pasir Alumina 0,44 7,427 0,42

Pasir Zeolit 0,22 0,93 0

Dalam pengambilan data yang terdapat pada tabel diatas dilakukan selama kurang lebih 2 menit. sehingga dari data yang didapatkan pada tabel di atas dapat dijelaskan bahwa jenis pasir silika dapat menangkap hidrokarbon sebesar 0,8%, pasir alumina menangkap sebesar 8,29 %, dan pasir zeolit menangkap sebesar 1,2 %. Dari data yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa pasir alumina menangkap hidrokarbon terbesar dari ketiga jenis bed material yang diuji.

3.4. Kandungan Gas Buang

Adapun kandungan gas buang yang dihasikan dalam pengujian Fludized Bed Combustion Limbah Medis dapat dilihat pada gambar 6.

Gambar 8. Kadungan Gas Buang FBC

Berdasarkan grafik pada gambar di atas, pasir alumina merupakan bed material yang mampu menangkap hidrokarbon terbanyak sebesar 8,29 %.

4. Simpulan

Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan maka dapat ditarik kesimpulan bahwa :

· Dari Pengujian ketiga jenis partikel bed material diperoleh data bahwa alumina dapat dikatakan berhasil dalam penangkapan hidrokarbon dimana alumina dapat mendeposit hidrokarbon paling besar yaitu sebesar 8,29 %, sedangkan pada bed material pasir silika dan bed material pasir zeolit tidak dapat mendeposit hidrokarbon.

· Bed material pasir alumina dapat menangkap hidrokarbon lebih banyak karena pasir alumina dikenal lebih memiliki pori dibandingkan dengan pasir silika dan pasir zeolit.

149

(10)

I Made Panji Tirta Prakasa et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X Ucapan Terima Kasih

Ucapan terima kasih disampaikan kepada semua pihak yang telah berperan dalam penelitian Fluidized Bed Combsution Limbah Medis, di grup research New Renewable and Conservation Energy (NRCE), Fakultas Teknik, Universitas Udayana.

Daftar Pustaka

[1] Jang, Y., Lee, C., Yoon, O.-S., and Kim, H. Medical waste management in Korea. Journal of Environmental Management. 80(2): 107–115, 2006.

[2] Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutana RI Laporan Produksi Limbah Medis. Jakarta: KLHK RI 2018.

[3] Windfeld, Elliott Steen, Marianne Su-Ling Brooks.

Medical waste management A review. Journal of Environmental Management 163 : 98-108, 2015.

[4] Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 7 Tahun 2019. Kesehatan Lingkungan Rumah Sakit. Jakarta: Kementerian Kesehatan RI, 2019.

[5] Anthony, E., L. Jia, D. L. Granatstein. Dioxin and Furan Formation in FBC Boilers. Environmental Science & Technology 35 (14): 3002–3007, 2001.

[6] Winaya, I. N. S. Fluidized Bed Combustion of High Volatile Matter Fuels – Porous Bed Material.

Heinrich-Bocking-Str. 6-8, 66121 Saarbucken, Germany. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG., 2012.

I Made Panji Tirta Prakasa, S.T Telah menyelesaikan pendidikan S1 Teknik Mesin di Universitas Udayana pada tahun 2020 dan sedang mengenyam Pendidikan magister Teknik Mesin Semester 2 di Universitas Udayana Bali.

Konversi Energi merupakan bidang yang menjadi konsentrasi pada penelitian ini.

150

(11)

*Korespondensi: Tel./Fax.: +62-81338330896 E-mail: [email protected]

PENGARUH TEKANAN INJEKSI TERHADAP SUDUT SEMBURAN BAHAN BAKAR BIODIESEL TERHIDROGENASI PARSIAL

Teuku Farhan Joe Pahlevi

¹⁾

, I.K.G. Wirawan

^2*)

,Ainul Ghurri

²⁾

1)Mahasiswa Program Studi Sarjana Teknik Mesin Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran Bali

2)Dosen Program Studi Sarjana Teknik Mesin Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran Bali

Abstrak

Bahan bakar solar untuk penggunaan mesin diesel di dominasi oleh penggunaan pada sektor transportasi dan industri dengan pemakaian skala besar. Dengan pemakaian skala besar tersebut yang kian marak menyebabkan pencemaran lingkungan tidak dapat dihindarkan. Oleh karena penggunaan yang masif bahan bakar diesel dapat menjadi langka di masa yang akan datang, sebab ketersediaannya yang menipis. Maka biodiesel merupakan salah satu alternatif sebagai bahan bakar untuk mesin diesel namun tidak menimbulkan dampak yang negatif. Dilihat dari latar belakang, partial hydrogenation merupakan salah satu proses yang baik untuk mengurangi rangkap karbon dan kandungan asam lemak bebas (FFA), maka perbandingan antara biodiesel minyak jelantah murni (B100) dengan Biodiesel minyak jelantah (B100) yang telah diproses partial hydrogenation dapat diketahui perbandingan dari besaran sudutnya.Oleh karena itu penulis mengambil judul “Pengaruh Tekanan Injeksi Terhadap Sudut Semburan Bahan Bakar Biodiesel Terhidrogenasi Partial” untuk mengetahui perbedaan sudut semburan yang di hasilkan dari masing – masing bahan bakar. Pada penelitian ini akan menggunaka 3 variasi tekanan yaitu 2000 psi, 2500 psi, dan 3000 psi. Dengan menggunakan bahan bakar Partial Hydrogenation, Biodiesel Murni, Campuran Solar 70% dan Partial Hydrogenation 30%, Campuran Solar 80% dan Partial Hydrogenation 20%, Campuran Solar 90% dan Partial Hydrogenation 10%. Pada bahan bakar biodiesel D70PH30 memiliki bukaan sudut semburan yang paling luas dibanding bahan bakar lain, sesuai dengan teori, jika semakin luas sudut semburan yang di hasilkan nozzle maka pembakaran dalam ruang mesin semakin efesien.

Kata Kunci : Biodiesel, minyak jelantah, sudut semburan nozzle, partial hydrogenation.

Abstract

Diesel fuel for the use of diesel engines is dominated by use in the transportation and industrial sectors with large- scale use. With such large-scale use, which is increasingly widespread, environmental pollution is unavoidable. Due to the massive use of diesel fuel it may become scarce in the future, due to its dwindling availability. biodiesel is an alternative as a fuel for diesel engines but does not cause a negative impact. Viewed from the background, partial hydrogenation is a good process to reduce carbon doubles and the content of free fatty acids (FFA), then the comparison between pure used cooking oil biodiesel (B100) and used cooking oil biodiesel (B100) which has been processed by partial hydrogenation can be seen.

Therefore, the author takes the title "The Effect of Injection Pressure on the Angle of Partial Hydrogenated Biodiesel Fuel Ejection" to determine the difference in the burst angle produced from each fuel. In this study, 3 pressure variations will be used, namely 2000 psi, 2500 psi, and 3000 psi. By using fuel Partial Hydrogenation, Pure Biodiesel, Mixed Diesel 70% and Partial Hydrogenation 30%, Mixed Diesel 80% and Partial Hydrogenation 20%, Mixed Diesel 90% and Partial Hydrogenation 10%. The D70PH30 biodiesel fuel has the widest burst angle opening compared to other fuels, according to theory, the wider the nozzle angle, the more efficient the combustion in the engine room.

Keywords : Biodiesel, crude oil, nozzle spray angle, partial hydrogenation.

1. Pendahuluan

Dengan pemakaian skala besar tersebut yang kian marak menyebabkan pencemaran lingkungan tidak dapat dihindarkan. Untuk lingkungan sendiri dampak negative yang ditimbulkan dari penggunaan bahan bakar solar adalah pemanasan global, karena sisa gas buang dari pembakaran bahan bakar solar yang mengandung nitrogen oksida dapat mengikis lapisan atmosfer yang berisi ozon. Oleh karena itu banyak peneliti yang melakukan riset terhadap bahan bakar

pengganti solar dengan karakteristik dan keggunaan yang sama, namun lebih ramah lingkungan dan tidak berbahaya. Maka biodiesel merupakan salah satu alternatif sebagai bahan bakar untuk mesin diesel namun tidak menimbulkan dampak yang negatif.

Pada umumnya masyarakat banyak membuang minyak jelantah langsung tanpa pengolahan yang baik, sehingga pencemaran lingkungan tidak dapat dihindarkan. Penggunaan minyak jelantah untuk pembuatan biodiesel dapat mengurangi pencemaran

(12)

I K. G. Wirawan et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X 152 lingkungan dengan mengikuti parameter Standar

Nasional Indonesia yang sudah menetapkan syarat- syarat yang harus dipenuhi dalam pembuatan biodiesel sebelum digunakan secara langsung atau dicampur dengan bahan bakar solar. Pada biodiesel minyak jelantah dapat ditemui ikatan rangkap karbon dan kandungan asam lemak bebas yang banyak sehingga diperlukan adanya perlakuan proses yang mengurangi ikatan rangkap karbon dan kandungan asam lemaknya. Stabilitas biodiesel lebih rendah dibandingkan dengan minyak solar, stabilitas oksidasi dipengaruhi oleh jumlah ikatan tak jenuh yang terdapat

dalam biodiesel.

Oksidasi pada biodiesel dapat menimbulkan padatan atau polimer yang membuat mampat pada nozzle dan filter bahan bakar. Partial Hydrogenation Fatty Acid Methyl Ester adalah salah satu cara yang baik dalam meningkatkan stabilitas oksidasi dengan cara memutuskan ikatan rangkap pada biodiesel. ada beberapa parameter yang dapat mempengaruhi proses partial hydrogenation adalah waktu, kecepatan

pengadukan, jumlah katalis, tipe

katalis, hidrogen, kualitas bahan baku. Sudut semburan yang semakin besar juga menjadi faktor

kesempurnaan dari pembakaran.

Semakin besar sudut semburan yang dihasilkan dari injector ke dalam ruang bakar maka semakin merata luasan pembakaran bahan bakar yang terjadi yang memberikan beban terhadap piston di seluruh permukaan dan mengurangi kemungkinan bahan bakar yang tersisa tidak terbakar akibat bertumpuk di suatu titik. Dilihat dari latar belakang, partial hydrogenation merupakan salah satu proses yang baik untuk mengurangi rangkap karbon dan kandungan asam lemak bebas, maka perbandingan antara biodiesel minyak jelantah murni dengan Biodiesel minyak jelantah yang telah diproses partial hydrogenation dapat diketahui perbandingan dari besaran sudutnya. Penelitian merujuk pada penelitian yang dilakukan sebelumnya oleh Abdul Razak pada tahun 2019. Oleh karena itu penulis mengambil judul Pengaruh Tekanan Injeksi Terhadap Sudut Semburan Bahan Bakar Biodiesel Terhidrogenasi Partial untuk mengetahui perbedaan sudut semburan yang di hasilkan dari masing – masing bahan bakar.

2. Metode Penelitian

2.1. Bahan

Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah biodiesel murni (B100), biodiesel partial hydrogenation (PH), campuran 90% solar-10% PH v/v (D90PH10), campuran 80% solar-20% PH v/v (D80PH20), dan campuran 70% solar-30% PH v/v (D70PH30)

2.2.Cara pengambilan data

a. Persiapkan alat uji dan pastikan lokasi percobaan tidak terkena angin secara langsung.

b. Masukan bahan bakar biodiesel yang telah di partial hydrogenation ke dalam penampung alat.

c. Atur nozzle agar dapat di injeksi pada tekanan pertama yaitu 2000 psi.

d. Jalankan alat uji sekaligus diiringi dengan mengambil gambar oleh kamera.

e. Video yang dihasilkan selanjutya akan di analisis lebih lanjut untuk mengetahui ukuran sudut yang dihasilkan dari nozzl dengan aplikasi imagej yang sudah tersedia pada computer.

f. Catat hasil yang didapat dari foto yang dihasilkan pada computer.

g. Ulangi Langkah b-f saat melakukan pengujian dengan tekanan lain pada alat kompresi.

Langkah-langkah kerja dalam memgolah video untuk mengukur besar sudut semburan:

a. Tentukan gambar yang ingin digunakan dari video pengambilan data, kemudian Print screen b. Buka aplikasi ImageJ

c. Klik file kemudian open, pilih gambar yang sudah ditentukan pada langkah nomor a-d. klik image, pilih type, kemudian pilih 8 bit agar gambar dapat di Treshold

d. klik adjust, kemudian pilih threshold

e. klik angle tool, dan buat garis membentuk sudut yang terbaca setelah gambar di Treshold f. klik analyze, kemudian measure, data besar

sudut terlihat di jendela analyze

2.3. Diagram alir

Penelitian ini dilakukan dengan metode ekspemerintal yang meliputi preparasi bahan bakar dan pengujian besar sudut yang dihasilkan. Secara skematik diagram alir tahap penelitian dapat dilihat pada Gambar 1.

3. Hasil dan Pembahasan

Pengambilan data semburan dilakukan dengan rekaman video pada setiap semprotan bahan bakar.

Video yang dihasilkan sebesa 960 Fps. Kemudian video di ekstrak setiap framenya, dan di convert menjadi jpeg.

Kemudian dari jpeg dimasukkan kedalam aplikasi ImageJ dan di threshold. Dari kontras yang terbentuk, dapat ditarik dua garis yang akan membentuk sudut.

Setelah didapati gambar dari HFR dan di print screen gambar akan di import ke aplikasi ImageJ. Lalu di ubah menjadi 8 bit dan di threshold, proses selanjutnya gambar yang telah di threshold akan di ukur sudutnya dengan measures. Jika bentuk sudut sudah ditentukan maka proses selnajutnya adalah analyze, pada proses analyze software akan memberikan hasil dari perhitungan sudut seperti ditunjukkan Gambar 2 sampai 16.

Dari data yang didapatkan pada tabel sudut di atas, dapat dianalisis bahwa sudut yang dihasilkan injeksi bahan bakar akan membesar seiring meningkatnya tekanan yang di aplikasikan. Hal ini disebabkan tekanan yang semakin tinggi akan memberikan dampak bahan bakar termampatkan sehingga besar sudut semburan yang keluar dari nozzle meningkat, selain itu viskositas yang rendah dapat memudahkan bahan bakar teratomisasi sesaat keluar dari nozzle. Jika sudut semburan semakin luas maka bahan bakar akan menyebar ke seluruh sisi yang ada pada ruang pembakaran sehingga proses pembakaran

(13)

I K. G. Wirawan et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X 153 nantinya tidak menyisakan bahan bakar yang terbuang

dan keluar dari ruang bakar.

Gambar 2. Sudut Semburan B100 – 2000 psi

Gambar 5. Sudut Semburan PH – 2000 psi

Gambar 8. Sudut Semburan D90PH10 – 2000 psi Mulai

Persiapan alat dan bahan

Persiapan bahan bakar

B100, PH, D90PH10, D80PH20, D70PH30

Pengujian setiap bahan bakar dengan variasi tekanan: 2000 psi, 2500 psi,

3000 psi

Pengambilan Data Sudut Semburan

Pengolahan Data, Analisa, dan Pembahasan

Kesimpulan

Selesai

Gambar 1. Alur Penelitian

(14)

I K. G. Wirawan et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X 154

Gambar 9. Sudut Semburan D90PH10 – 2500 psi

Gambar 16. Sudut Semburan D70PH30 – 3000 psi Gambar 2 sampai 16 diolah pada setiap jenis bahan bakar dan selanjutnya threshold di software ImageJ. Hasil threshold dalam bentuk sudut snburan rata-rata dimasukkan dalam tabel 1. Selanjutnya dibuatkan grafik seperti pada Gambar 17.

Tabel 1. Sudut Semburan

B100 PH D90PH10 D80PH20 D70PH30 2000 psi 11,042 11,338 14,759 18,354 20,897 2500 psi 11,255 11,746 17,089 18,841 21,573 3000 psi 13,221 12,251 16,695 20,313 20,404

Rata-Rata Besaran Sudut Semburan

(15)

*Korespondensi: Tel./Fax.: +62-81338330896 E-mail: [email protected]

Gambar 17. Grafik Perbandingan Besaran Sudut Semburan Nozzle

Pada bahan bakar biodiesel 100 tanpa proses hidrogenasi parsial didapat sudut semburan terbesar di tekanan angka 3000 psi dan mengalami peningkatan besar sudut secara signifikan pada tekanan 2500 psi ke 3000 psi. Biodiesel 100 yang telah mengalami proses hidrogenasi parsial mengalami peningkatan secara garis lurus terhadap tekanannya, dan di dapat sudut semburan terbaik pada tekanan di angka 3000 psi.

Pada biodiesel 10 memiliki peningkatan pada tekanan 2000 dan 2500 dan menurun di tekanan 3000.Pada biodiesel 20 memiliki sudut semburan yang membesar seiring dengan besar dari tekanan yang diberikan. Pada biodiesel 3000 besar sudut meningkat pada tekanan 2000 psi dan 2500 psi, lalu turun pada tekanan 3000 psi.

4. Simpulan

Pada tekanan yang sama pengujian bahan bakar memiliki besaran sudut yang berbeda. Pada bahan bakar biodiesel D70PH30 memiliki bukaan sudut semburan yang paling luas dibanding bahan bakar lain, sesuai dengan teori, jika semakin luas sudut semburan yang di hasilkan nozzle maka pembakaran dalam ruang mesin semakin efesien. Dalam perbandingan bahan bakar ini yang paling luas sudut semburannya terdapat pada biodiesel D70PH30 dan yang paling kecil adala biodiesel murni B100. Pencampuran bahan bakar antara biodiesel murni dengan solar pada ratio terntu dapat menghasilkan kadar viskositas rendah sehingga dapat menghasilkan luasan sudut semburan yang maksimal.

Ucapan Terima Kasih

.Terima kasih penulis ucapkan kepada I Wayan Bandem Adyana, I Gusti Ketut Sukadana, danCok Istri Putri Kusuma Kencanawati atas masukan-masukannya

Daftar Pustaka

[1] Darmanto, S. & Sigit, I. 2006. Analisa biodiesel minyak kelapa sebagai bahan bakar alternatif minyak diesel. Traksi, 4.

[2] Dewi, C. W. A. (2018). Analisis Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Jelantah. Agroteknose (Jurnal Teknologi dan Enjiniring Pertanian), 7(2).

[3] Nur, A. & Santoso, W. B. Analisa laju pelepasan panas terhadap perubahan tekanan injeksi bahan bakar motor diesel. Prosiding seminar nasional teknoin, 2008

[4] O’Brien, R. D. (2004). Fats and oils: formulating and processing for applications. New York, 1–574.

[5] Panchasara, H. V. (2010) ‘Spray Characteristics And Combustion Performance Of Unheated And Preheated Liquid Biofuels Doctor of Philosophy Dissertation’

[6] Somerkallio, M. (2011) ‘Spray Application Of Strength Chemicals Master of Science Thesis’, (October).

[7] Syamsidar, H. 2013. Pembuatan dan uji kualitas biodiesel dari minyak jelantah. Teknosains, 7, 209-218

[8] Sutasoma, G. 2019. Analisis Semprotan Pada Bahan Bakar Biodiesel Be 20 Dan Be 25 Dengan Variasi Tekanan 2000 Psi, 2500 Psi Dan 3000 Psi

11,042 11,338 14,759 18,354 20,897

11,255 11,746 17,089 18,841 21,573

13,221 12,251 16,695 20,313 20,404

0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000

B100 PH D90PH10 D80PH20 D70PH30

Sudut Semburan (o)

Jenis Bahan Bakar

Perbandingan Besaran Sudut Semburan Nosel

2000 psi 2500 psi 3000 psi

I K. G. Wirawan et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X 155

(16)

I K. G. Wirawan et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X 156 [9] Wei, G., Liu, Z., Zhang, L., & Li, Z. (2018).

Catalytic upgrading of Jatropha oil biodiesel by partial hydrogenation using Raney-Ni as catalyst under microwave heating. Energy Conversion and Management, 163(December 2017), 208–218.

[10] Wirawan, I. K. G., Guhrri, A., Astawa, K., &

Septiadi, W. N. (2019). Characteristics of Biodiesel From Waste Cooking Oil. 10(09), 94–

99.

[11]

Wisnu, Ilham. 2020. Pengaruh Variasi Waktu dan Massa Hidrogen Donor pada Proses Partial Hydrogenation Biodiesel Minyak Jelantah Terhadap Nilai Stabilitas Oksidasi

[12]

Xie, Hongzan., Song Lanbo., dkk. 2015. An Experimental Study on the Macroscopic Spray Characteristics of Biodiesel and Diesel in a Constant Volume Chamber. China

[13] Yasin, M. H. M., Mamat, R., Yusop, A. F., Aziz, A. & Najafi, G. 2015. Comparative study on biodiesel-methanol-diesel low proportion blends operating with a diesel engine. Energy Procedia, 75, 10-16

Teuku Farhan Joe Pahlevi menempuh pendidikan di Program Studi Sarjana Mesin di Universitas. Tahun masuk 2017 dan sekarang sedang menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Pengaruh Tekanan Injeksi Terhadap Sudut Semburan Bahan Bakar Biodiesel Hidrogenasi Parsial

(17)

*Korespondensi: Tel./Fax.: 083872045869 E-mail: [email protected] ÓTeknik Mesin Universitas Udayana 2021

Pengaruh Kecepatan Kendaraan dan Sudut Angin Terhadap Gaya Seret Samping Pada Kendaraan Listrik

Verina Dwiyolanda Ginting

¹⁾

, Riz Rifai Oktavianus Sasue

²⁾

, I Gusti Bagus Wijaya Kusuma

^3)*

1,2,) Program Teknologi Automotive, Politeknik Transportasi Darat Bali, Kampus Tabanan Bali

3) Program Magister Teknik Mesin Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran Bali

Abstrak

Kendaraan listrik dirancang untuk dipacu dalam kecepatan sedang, meskipun demikian kecelakaan bisa saja terjadi. Salah satu penyebab kecelakaan yang mungkin adalah akibat terjadinya gaya seret dan angkat mobil yang tinggi, sehingga dapat menyebabkan mobil terangkat. Beberapa parameter yang mengakibatkan kejadian tersebut adalah kecepatan mobil dan sudut atau arah angin. Oleh sebab itu perlu diteliti kedua parameter tersebut dengan menggunakan simulasi computer berbasis CFD.

Analisis CFD dilakukan untuk mengetahui gaya seret dan angkat pada kendaraan yang melaju pada berbagai variasi kecepatan. Simulasi Computational Fluid Dynamic divariasikan menjadi 3 kondisi yaitu, mobil disimulasikan melaju pada kecepatan 80 km/h, 100 km/h dan 120 km/h. Dari hasil simulasi didapatkan bahwa terjadi gaya seret samping kendaraan yang tinggi pada kecepatan 120 km/h dengan sudut angin 30⁰.

Kata kunci: Aerodinamika, CFD, gaya seret, gaya angkat, kendaraan listrik Abstract

Electric vehicles are designed to be driven at moderate speeds, however accidents can happen. One of the possible causes of accidents is due to the high drag and lift force of the car, which can cause the car to lift. Some of the parameters that cause this incident are the speed of the car and the angle or direction of the wind. Therefore, it is necessary to examine these two parameters by using computer simulation based on CFD. CFD analysis is carried out to determine the drag and lift forces on vehicles traveling at various speeds. The Computational Fluid Dynamic simulation was varied into 3 conditions, namely, the car was simulated traveling at speeds of 80 km/h, 100 km/h and 120 km/h. From the simulation results, it is found that there is a high side drag force at at a speed of 120 km/h with a wind angle of 30⁰.

Keywords: Aerodynamics, CFD, drag, lift, electric vehicles

1. Pendahuluan

Kendaraan bermotor adalah suatu benda yang digerakan oleh gear dan mesin sebagai media penggeraknya, serta digunakan sebagai alat transportasi untuk memindahkan manusia atau benda dari satu tempat ke tempat lainnya dalam waktu singkat.

Keamanan dasar pada mobil ada dua yaitu: Kesalahan yang terjadi akibat pengemudi sering terjadi dan juga ban kehilangan gesekan saat pengereman. Kondisi angin serta jalanan dengan tingkat kemiringan tertentu juga bisa menyebabkan kecelakaan lalu lintas, tentunya hal ini juga berhubungan dengan aerodinamika pada kendaraan.

Seiring dengan perkembangan zaman, saat ini sedang dikembangkan kendaraan bermotor listrik, tidak hanya digunakan untuk alat transportasi tetapi digunakan juga untuk olahraga balapan. Mobil balap tidak sama karakteristik dan spesifikasinya dengan mobil yang biasa dipakai sehari-hari. Pada mobil balap, banyak aspek yang berbeda dengan mobil yang biasa dipakai sehari-hari, baik itu body mobil, fairing, spesifikasi dari mesin hingga ke system kendali. Dari zaman ke zaman, mobil balap apalagi kalau mobil listrik, telah mengalami banyak terobosan teknologi dan juga perubahan desain mobilnya. Tetapi dikarenakan mobil ini dikhususkan untuk melaju dengan kecepatan

tinggi, faktor design dari body mobil juga harus diperhatikan agar dapat mensirkulasikan udara pada body mobil dengan baik (aerodinamis).

Beberapa penelitian tentang aerodinamika sudah pernah dilakukan sebelumnya, salah satunya adalah yang dilakukan oleh Nehru College of Engineering and Research Centre, dengan judul “CFD Analysis of aerodynamics of car”. Penelitian tersebut menjelaskan tentang gaya-gaya aerodinamika yang terjadi pada mobil. Dalam penelitian tersebut, mereka, menganalisis fenomena aliran drag yang terjadi pada kendaraan dengan tujuan untuk meminimalisir drag force yang terjadi pada mobil, khususnya gaya seret samping pada kendaraan. Kendaraan yang digunakan dalam penelitian ini dibuat menggunakan aplikasi CAD dengan ukuran/ skala 1:1 dengan mobil aslinya. Dari penelitian tersebut didapatkan koefisien drag, tekanan pada bagian depan dan belakang mobil serta bagaimana aliran dari udara di sekitar mobilnya [1].

Penelitian selanjutnya dilakukan oleh Program Studi Magister Teknik Mesin, Universitas Pancasila, dengan judul “Pemodelan dan Simulasi Stabilitas Sistem Kemudi Sepeda Motor Roda Tiga untuk Penyandang Disabilitas” dimana penelitian ini menganalisis pergeseran center of gravity yang diakibatkan oleh gaya yang diterima pada masing- masing roda pada saat kendaraan menikung

(18)

Verina Dwiyolanda Ginting et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X 158 dikecepatan 10-30 km/jam dengan sudut steer yang

bervariasi dari 2-18 derajat dan mencari pada kecepatan berapakah serta sudut steer berapa kendaraan tersebut mengalami slip maupun skid yang diakibatkan oleh gaya yang diterima oleh masing masing roda [2].

Mobil listrik memiliki karakteristik yang berbeda dengan kendaraan berbasis internal combustion engine, sehingga menghasilkan prestasi kerja yang berbeda juga. Gaya seret samping (side drag force) adalah gaya yang sangat berpengaruh terhadap kinerja kendaraan, karena mengakibatkan kecelakaan pada saat menikung. Hal ini terjadi apabila kendaraan yang melaju dengan kencang, mendapatkan angin yang cukup kencang dari arah samping dan membentuk sudut terhadap kendaraan. Gaya seret samping ini akan mengakibatkan terjadinya ketidakseimbangan pada kendaraan sehingga mampu mengangkat yang berakibat pada terjadinya kecelakaan.

Dalam penelitian ini dipergunakan mobil listrik dengan jenis Hyundai karena sudah dinyatakan oleh menteri BUMN sebagai salah satu mobil listrik yang diijinkan beroperasi di Indonesia. Analisa CFD difokuskan pada gaya aerodinamika yang terjadi dan diuraikan dalam 3 derajat kebebasan agar mendapatkan suatu parameter dalam bentuk dimensi sebagai faktor yang berpengaruh terhadap kecelakaan tersebut. Dengan diperolehnya faktor tersebut diharapkan kecelakaan tidak akan terjadi lagi saat kendaraan listrik melaju pada kecepatan tinggi.

Aerodinamika pada body kendaraan adalah bagian yang sangat penting dari desain kendaraan karena dapat mempengaruhi efisiensi dari kinerja kendaraan itu sendiri apabila tidak direncanakan dengan baik. Kestabilan dari kendaraan dan efisiensi daya listrik dapat ditingkatkan jika design body kendaraan memiliki gaya hambat yang kecil. Aspek aerodinamika pada sebuah kendaraan memerankan salah satu parameter yang sangat penting dalam design otomotif, karena hal ini berpengaruh pada timbulnya gaya hambat pada kendaraan, dan akan mempengaruhi keseimbangan (stabilitas) dari koefisien hambat, tekanan dinamis serta luas permukaannya (Sutantra, N. 2001).

Persamaan tersebut dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut :

ܦ ൌ Ͳǡͷሺܥ஽Ǥ ߩǤ ܷ଴ଶǤ ܣሻ ... (1) Dimana :

ܥ஽ = Koefisien drag

ߩǤ ܷ_଴^ଶ = Tekanan dinamis arus bebas

A = Luas karakteristis (luas daerah yang mengalami geseran)

Drag merupakan besarnya gaya yang beraksi di atas suatu objek yang posisinya sejajar dengan aliran bebas. Tekanan dan tegangan geser pada permukaan benda mengakibatkan gaya drag pada suatu benda yang bergerak melalui suatu fluida pada benda tersebut. Drag dibagi dalam dua jenis, yang pertama ada friction drag (drag gesekan) dan yang kedua ada preassure drag (drag tekanan). Friction drag adalah drag yang diakibatkan oleh tegangan geser pada permukaan suatu benda yang bergesekan dengan fluida, sedangkan Pressure drag adalah drag yang diakibatkan oleh tekanan yang bekerja pada sebuah

benda yang bergerak melalui sebuah fluida. Besarnya pressure drag sangat tergantung pada bentuk dari benda itu sendiri sehingga bisa juga disebut from drag.

Pressure drag (tekanan hambat) adalah bentuk paling umum yang biasanya dipakai untuk menjelaskan drag pada benda yang dikarenakan resistensi fluida terhadap pengubahan aliran untuk mengisi ruang dibelakang suatu benda, akibatnya tekanan pada aliran upstream dan downstream mengalami perbedaan.

Perbedaan ini mengakibatkan tekanan total pada rear end (bagian belakang) lebih rendah daripada leading edge (bagian depan) yang mengakibatkan arah dari tarikan ke belakang.

Jika suatu benda bergerak ke dalam fluida yang diam, atau benda yang diam bereaksi dengan suatu fluida yang bergerak, maka gaya aerodinamika akan terjadi. Pola aliran udara di sekitar body kendaraan seperti yang ada pada Gambar 1 mengakibatkan gaya aerodinamika dan momen aerodinamika terjadi serta berdampak pada gaya hambat terhadap kendaraan.

Gambar 1. Hyundai I-Oniq EV

2. Metode Penelitian 2.1 Deskrisi Penelitian

Degree of freedom (derajat kebebasan) merupakan derajat independensi yang dibutuhkan untuk mengetahui posisi suatu system pada setiap saat.

Untuk masalah pada dinamika, setiap massa atau titik biasanya hanya diperhitungkan berpindah tempat dalam satu arah saja yaitu arah horizontal. Lantaran simpangan yang diakibatkan hanya terjadi dalam satu bidang atau dua dimensi, maka simpangan suatu massa pada setiap saat hanya memiliki posisi atau koordinat tertentu baik yang bertanda positif maupun yang bertanda negatif. Jumlah parameter Independen yang diperlukan untuk menunjukkan posisi benda tersebut dalam suatu ruang pada satu saat tertentu.

Gambar 2. Degree of Freedom pada mobil uji