SKRIPSI
UJI KINERJA TARIK TRAKTOR TANGAN YANMAR BROMO DX YANG DILENGKAPI PEMANAS BAHAN BAKAR
DENGAN BAHAN BAKAR MINYAK KELAPA
Oleh:
FANDRA WIRATAMA F14052107
2009
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UJI KINERJA TARIK TRAKTOR TANGAN YANMAR BROMO DX YANG DILENGKAPI PEMANAS BAHAN BAKAR
DENGAN BAHAN BAKAR MINYAK KELAPA SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian
Insitut Pertanian Bogor
Oleh:
Fandra Wiratama F14052107
2009
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
UJI KINERJA TARIK TRAKTOR TANGAN YANMAR BROMO DX YANG DILENGKAPI PEMANAS BAHAN BAKAR
DENGAN BAHAN BAKAR MINYAK KELAPA
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian
Insitut Pertanian Bogor Oleh:
Fandra Wiratama F14052107
Dilahirkan pada tanggal 20 Juni 1988 Di Padang
Tanggal lulus:
Menyetujui,
Bogor, 2009
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Dosen Pembimbing Mengetahui,
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Fandra Wiratama. F14052107. Uji Kinerja Tarik Traktor Tangan Yanmar Bromo DX yang Dilengkapi Pemanas Bahan Bakar dengan Bahan Bakar Minyak Kelapa. Di bawah bimbingan Dr. Ir. Desrial, M.Eng. 2009
RINGKASAN
Motor bakar diesel adalah sumber tenaga penggerak yang banyak digunakan di bidang pertanian. Penggunaan motor bakar ini mencakup kegiatan mulai dari pra panen hingga pasca panen. Dalam pengoperasiannya, panas yang dihasilkan oleh proses pembakaran bahan bakar tidak seluruhnya dapat digunakan untuk kerja efektif. Hanya sekitar sepertiga dari hasil pembakaran yang dimanfaatkan untuk melakukan kerja, sedangkan sisanya terbuang dalam sistem pendinginan dan terbawa oleh gas buang. Pemanfaatan energi panas yang terbuang, dapat dilakukan dengan menampung energi panas yang dikeluarkan melalui saluran pendingin ataupun melalui gas buang.
Minyak kelapa merupakan salah satu komoditas pertanian yang dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar solar karena beberapa sifatnya memenuhi standar bahan bakar motor Diesel. Namun nilai viskositas minyak kelapa lebih tinggi dari solar, sehingga perlu dilakukan pemanasan terhadap minyak kelapa agar viskositasnya dapat mendekati viskositas solar.
Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi kinerja tarik traktor tanganYanmar Bromo dx yang dilengkapi dengan pemanas bahan bakar menggunakan minyak kelapa, dan membandingkannya dengan kinerja tarik pada saat menggunakan bahan bakar solar. Kinerja traktor yang akan diuji adalah Slip (slippage), tenaga tarik (drawbar power) dan menghitung efisiensi lapang pada saat operasi pengolahan tanah dengan bajak singkal. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei-Juli 2009 dan bertempat di Laboratorium lapangan Teknik Mesin Budidaya Pertanian Leuwikopo, Departemen Teknik Pertanian, IPB. Untuk mencapai tujuan tersebut, dirancang sebuah elemen pemanas yang memanfaatkan energi panas dari gas buang sebagai sumber panasnya. Berdasarkan hasil ekstrapolasi dari data viskositas minyak kelapa, maka ditetapkan suhu pemanasan optimum untuk memanaskan minyak kelapa agar viskositasnya dapat mendekati nilai viskositas solar adalah 90°C.
Drawbar pull maksimum untuk bahan bakar solar pada lintasan beton sebesar 1.41 kN, nilai drawbar power maksimum 1.14 kW ketika slip 13.49%, pada kecepatan 0.89 m/s. Drawbar pull maksimum untuk bahan bakar minyak kelapa pada lintasan beton sebesar 1.21 kN, nilai drawbar power maksimum 1.21 kW ketika slip 10.87 %, pada kecepatan 0.92 m/s. Sedangkan drawbar pull
maksimum untuk bahan bakar solar pada lintasan tanah sebesar 1.24 kN, nilai
drawbar power maksimum 0.68 kW ketika slip 24.17 %, pada kecepatan 0.79 m/s. Drawbar pull maksimum untuk bahan bakar minyak kelapa pada lintasan tanah sebesar 1.37 kN, nilai drawbar power maksimum 0.71 kW ketika slip 22.25 %, pada kecepatan 0.79 m/s
Dari hasil pengukuran efisinsi lapang dengan bahan bakar solar (85.44 %) lebih tinggi dibandingkan efisiensi lapang dengan bahan bakar minyak kelapa (84.66 %).
Dari penelitian ini diperoleh bahwa kinerja motor bakar Diesel pada lintasan beton dengan bahan bakar minyak kelapa lebih tinggi dari bahan bakar solar, sedangkan pada lintasan tanah penggunaan bahan bakar solar lebih bagus dari pada minyak kelapa.
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah YME atas segala nikmat hidayah dan karunia-Nya dan selawat serta salam kepada teladan tercinta Rasulullah SAW yang menjadi penerang dengan iman dan ilmu, sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi yang berjudul ” UJI KINERJA TARIK TRAKTOR
TANGAN YANMAR BROMO DX YANG DILENGKAPI PEMANAS BAHAN BAKAR DENGAN BAHAN BAKAR MINYAK KELAPA”.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian. Dalam menyusun skripsi ini penulis mengucapkan banyak terima kasih dengan rasa tulus dari lubuk hati yang paling dalam kepada:
1. Bapak Dr. Ir. Desrial, M.Eng., selaku pembimbing akademik yang telah membimbing, membantu dan memberikan arahan akademis kepada penulis, serta meberikan pelajaran kehidupan.
2. Bapak Dr. Ir. Eduard Namaken Sembiring, MS., sebagai dosen penguji penelitian yang telah memberikan masukan kepada penulis, serta meberikan wejangan yang berharga bagi penulis.
3. Bapak Dr. Ir. Y. Aris Purwanto, M.Agr., atas kesediaan menjadi dosen penguji yang telah memberikan masukan kepada penulis, serta meberikan nasehat yang berharga bagi penulis.
4. Segenap karyawan di Departemen Teknik Pertanian yang telah membantu penelitian dalam segala hal.
5. Fachruddin dan Chairawati (orang tuaku), Rizari dan keluarga, Fanny, Fandry, Fachrian.
6. Opeck, Jam, Aris, Pak Edi, Puti, Dini, Yudha, Shokul, Reza, Samun, Agung yang telah membantu mengambil data selama penelitian.
7. Teman-teman TEPers 42 dan kosan pondok AA atas semangatnya Roni, Andi, Novel, Novit, Aad, Aan, Ade, Ikbal, Insan, Razy, Doni, Ucup, Bono.
8. Dan seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah banyak membantu dalam penelitian ini.
ii Penulis menyadari akan kekurangan dan keterbatasan dalam menyusun skripsi ini, kritik dan saran sangat penulis harapkan untuk kesempurnaan skripsi ini.
Bogor, September 2009
iii
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR TABEL ... v
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR LAMPIRAN ... viii
I. PENDAHULUAN ... 1
A. LATAR BELAKANG ... 1
B. TUJUAN ... 3
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 4
A. MOTOR BAKAR DIESEL ... . 4
B. BAHAN BAKAR MINYAK KELAPA ... 13
C. TENAGA TARIK (DARWBAR POWER) ... 15
D. SLIP (SLIPPAGE) ... 16
E. KAPASITAS KERJA DAN KAPASITAS LAPANG EFEKTIF ... 18
III. METODE PENELITIAN ... 20
A. WAKTU DAN TEMPAT ... 20
B. BAHAN DAN ALAT ... 20
C. PROSEDUR PENELITIAN ... 22
D. PENGUKURAN KINERJA ... 27
IV. PENDEKATAN RANCANGAN ... 31
A. KRITERIA PERANCANGAN ... 31
B. RANCANGAN FUNGSIONAL ... 31
C. RANCANGAN STRUKTURAL ... 32
V. ANALISIS PINDAH PANAS PADA ELEMEN PEMANAS ... 36
VI. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 40
A. PENGUKURAN VISKOSITAS ... 40
B. PEMBUATANELEMEN PEMANAS ... 41
C. KONDISI LINTASAN UJI ... 43
D. DRAWBAR PULL, DRAWBAR PULL DAN SLIP ... 44
iv VII. KESIMPULAN DAN SARAN ... 55
DAFTAR PUSTAKA ... 56 LAMPIRAN ... 57
v
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Neraca panas motor bakar Diesel... 10
Tabel 2. Karakteristik bahan bakar Diesel ... 11
Tabel 3. Karakteristik kelapa dalam, genyah dan hibrida ... 15
Table 4. Faktor koefisien traksi ... 18
Tabel 5. Spesifikasi taktor uji ... 21
Tabel 6. Spesifikasi traktor beban ... 24
Tabel 7. Data kondisi lintasan uji ... 43
Tabel 8. Hasil pengukuran maksimum kinerja tarik traktor Bromo dx ... 52
Table 9. Perbandingan karakteristik solar dengan minyak kelapa ... 53
vi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Lintasan beton dan tanah ... 20
Gambar 2. Traktor Yanmar Bromo dx ... 21
Gambar 3. Prosedur penelitian ... 22
Gambar 4. Pembuatan heat exchanger ... 23
Gambar 5. Traktor YanmarYM330T ... 24
Gambar 6. Pengambilan sampel tanah pada lintasan rumput ... 25
Gambar 7. Pengukuran penetrasi lintasan tanah ... 27
Gambar 8. Skema pengukuran drawbar power ... 28
Gambar 9. Pengukuran diameter roda ... 28
Gambar 10. Pengukuran jarak tempuh 5 putaran roda ... 29
Gambar 11. Pembajakan dengan bajak singkal ... 30
Gambar 12. Saluran masuk gas buang ... 33
Gambar 13. Muffler ... 33
Gambar 14. Pipa tembaga elemen pemanas ... 34
Gambar 15. Tabung knalpot ... 34
Gambar 16. Tangki bahan bakar minyak kelapa ……….. 35
Gambar 17. Kran penyaluran bahan bakar minyak kelapa ……….. 35
Gambar 18. Skema aliran panas pada elemen pemanas ... 37
Gambar 19. Grafik hubungan nilai viskositas minyak kelapa dengan suhu ... 40
Gambar 20. Muffler elemen pemanas... 42
Gambar 21. Saluran minyak kelapa elemen pemanas ... 42
Gambar 22. Instrumen pengukur pembebanan ... 44
Gambar 23. Pengukuran kinerja tarik traktor uji ... 45
Gambar 24. Grafik hubungan slip roda dengan drawbar pull pada lintasan beton dengan bahan bakar solar ... 46
Gambar 25. Grafik hubungan slip rooda dengan drawbar power pada lintasan beton dengan bahan bakar solar ... 46
Gambar 26. Grafik hubungan slip roda dengan drawbar pull pada lintasan beton dengan bahan bakar minya kelapa ... 47
vii Gambar 27. Grafik hubungan slip roda dengan drawbar power pada lintasan
beton dengan bahan bakar minyak kelapa ... 48 Gambar 28. Pengukuran kinerja traktor uji ... 48 Gambar 29. Grafik hubungan slip roda dengan drawbar pull pada lintasan tanah
dengan bahan bakar solar ... 49 Gambar 30. Grafik hubungan slip roda dengan drawbar power pada lintasan
tanah dengan bahan bakar solar ... 50 Gambar 31. Grafik hubungan slip roda dengan drawbar pull pada lintasan tanah
dengan bahan bakar minyak kelapa ... 50 Gambar 32. Grafik hubungan slip roda dengan drawbar power pada lintasan
tanah dengan bahan bakar minyak kelapa ... 51 Gambar 33. Pengukuran Kapasitas Lapang ... 54
viii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Analisis pindah panas pada elemen pemanas (Miftahuddin, 2009) 58 Lampiran 2. Data pengukuran Viskositas ... 59 Lampiran 3. Data kalibrasi load cell dan pendahuluan kecepatan traktor ... 60 Lampiran 4. Data kondisi lintasan uji ... 61 Lampiran 5. Data kinerja traktor uji pada landasan beton denganbahan bakar
solar ... 62 Lampiran 6. Data kinerja traktor uji pada landasan beton dengan bahan bakar
minyak kelapa ... 63 Lampiran 7. Data kinerja traktor uji pada landasan tanah dengan bahan bakar
solar ... 64 Lampiran 8. Data kinerja traktor uji pada landasan tanah dengan bahan bakar
minyak kelapa ... 65 Lampiran 9. Data efisiensi lapang ... 66 Lampiran 10. Gambar teknik sistem penyaluran bahan bakar minyak kelapa. ... 67 Lampiran 11. Gambar teknik dudukan tangki bahan bakar minyak kelapa ... 68 Lampiran 12. Gambar teknik elemen pemanas ... 69
1
I.
PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Motor bakar merupakan salah satu sumber tenaga penggerak pada bidang pertanian. Penggunaan motor bakar telah mencakup hampir seluruh kegiatan pertanian, mulai dari kegiatan budidaya pertanian hingga pengolahan hasil pertanian. Perkembangan teknologi memungkinkan penerapannya dalam semua aspek kehidupan. Perkembangan dalam bidang mekanisasi dapat dilihat dengan banyaknya penggunaan alat mekanis dalam membantu kegiatan manusia. Alat mekanis dapat mempermudah dan meringankan pekerjaan manusia yang semula dilakukan dengan cara manual. Meningkatnya kebutuhan manusia memicu perkembangan traktor yang semakin penting dalam membantu manusia melakukan pekerjaan di lapangan.
Perkembangan teknologi yang semakin cepat, dan kebutuhan manusia terhadap energi meningkat, maka muncul kekuatiran terhadap krisis energi jika masih menggunakan bahan bakar dari sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui. Ketersediaan bahan bakar minyak bumi sangat terbatas. Sebagai gambaran diperkiraakan cadangan minyak bumi di laut utara akan habis pada tahun 2020. Indonesia yang merupakan salah satu negara pengekspor minyak bumi juga minyak bumi, karena produksi dalam negeri tidak dapat lagi memenuhi permintan pasar yang meningkat cepat akibat pertumbuhan penduduk dan industri. Bahan bakar yang dipakai pada traktor awalnya banyak berasal dari solar. Belakangan ini, kelangkaan bahan bakar fosil memicu melambungnya harga bahan bakar, maka bahan bakar nabati menjadi salah satu solusi untuk penaggulangan masalah ini.
Sampai saat ini motor diesel masih menggunakan bahan bakar solar yang berasal dari minyak bumi. Ketika persediaan minyak bumi semakin menipis, maka mulai bermunculan bahan bakar alternatif yang bersumber dari minyak nabati (biofuel). Di Indonesia terdapat lebih dari 50 jenis tanaman yang dapat menghasilkan minyak nabati baik untuk keperluan pangan maupun non-pangan, namun hanya beberapa yang dapat diolah menjadi minyak nabati untuk keperluan bahan bakar.
2 Kondisi cadangan bahan bakar fosil di dunia yang telah semakin menipis, menyebabkan perlunya dilakukan cara-cara yang tepat untuk melakukan penghematan semaksimal mungkin dalam penggunaan bahan bakar fosil tersebut. Banyak cara yang telah ditemukan oleh pakar-pakar untuk menanggulangi problem pemborosan bahan bakar, selain membuat motor bakar yang memiliki efisiensi lebih baik, sehingga pembakaran bahan bakar dapat lebih sempurna, juga usaha-usaha yang dilakukan untuk membakar kembali sisa bahan bakar yang masih ada dan pemanfaatan-pemanfaatan energi-energi yang terbuang ke lingkungan. Pemanfaatan energi panas yang terbuang, dapat dilakukan dengan menampung energi panas yang dikeluarkan melalui sistem pendinginan maupun melalui gas buang.
Minyak yang bersumber dari kelapa sawit, kelapa, kacang-kacangan, jagung, tebu, jarak atau tanaman lain menjanjikan suatu bentuk bahan bakar alternatif yang bisa diperbaharui. Artinya bahan bakar ini dapat dengan mudah disediakan di alam dan selalu bias diproduksi dalam waktu relatif singkat jika dibandingkan dengan bahan bakar minyak bumi yang butuh waktu bertahun-tahun untuk diproduksi kembali sehingga ketersediaan minyak bumi dapat habis.
Penelitian sebelumnya oleh Miftahuddin (2009) diperoleh data suhu keluaran minyak kelapa pada elemen pemanas yang memiliki diameter tabung 11 cm dan tinggi tabung 18 cm, dengan diameter pipa tembaga 0.6 cm (1/4 inchi) dan panjang pipa tembaga 220 cm memenuhi target pencapaian suhu untuk kecepatan putaran mesin 2000 rpm yaitu 90°C. Sehingga dapat disimpulkan bahwa minyak kelapa pada suhu 90°C dapat digunakan sebagai bahan bakar motor bakar Diesel.
3
B. TUJUAN
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengevaluasi kinerja tarik traktor tangan Yanmar Bromo dx yang dilengkapi dengan pemanas bahan bakar menggunakan minyak kelapa, dan membandingkannya dengan kinerja tarik pada saat menggunakan bahan bakar solar. Kinerja tarik traktor yang akan diuji adalah Slip (slippage), daya tarik (drawbar power) dan menghitung Efisiensi Lapang pada saat operasi pengolahan tanah dengan bajak singkal.
4
II TINJAUAN PUSTAKA
A. MOTOR BAKAR DIESEL
1. Pengertian Umum
Motor bakar adalah suatu mesin kalor yang mengubah energi termal menjadi energi mekanik. Dengan kata lain, motor bakar adalah alat mekanis yang menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik (Arismunandar, 2005).
Ditinjau dari tempat terjadinya proses pembakaran, motor bakar dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu motor bakar eksternal dan motor bakar internal. Motor bakar eksternal adalah motor bakar yang proses pembakarannya berlangsung di luar silinder seperti motor uap, sedangkan motor bakar internal proses pembakarannya terjadi di dalam silinder seperti motor bakar bensin (Otto) dan motor bakar Diesel (Jones, 1963; Arismunandar, 2005).
2. Sejarah
Ide pertama yang mendasari operasi dan konstruksi motor bakar internal adalah gerakan peluru pada laras senjata api. Laras senjata dianggap sebagai silinder dan peluru sebagai pistonnya. Masalah yang dihadapi adalah bagaimana agar piston dapat kembali pada kedudukan semula dan menghasilkan gerakan bolak-balik secara kontinyu untuk menghasilkan tenaga (Jones, 1963).
Pada tahun 1678, Hautefeuille, seorang berkebangsaan Perancis mengusulkan penggunaan tepung peledak (mesiu) untuk menghasilkan tenaga. Dia merupakan orang pertama yang merancang motor bakar yang menggunakan panas sebagai sumber penggeraknya dan menghasilkan kerja kontinyu yang masih terbatas. Orang pertama yang sesungguhnya membuat sebuah motor bakar dengan silinder dan piston adalah Huygens, seorang berkebangsaan Belanda. Motor bakar ini menggunakan tepung peledak sebagai bahan bakar dan telah dipamerkan kepada menteri keuangan Perancis pada tahun 1680 (Jones, 1963).
5 Tidak satu pun dari usaha pendahulu di atas yang dinilai berhasil, sehingga kemudian usaha pembuatan motor bakar internal ditinggalkan orang sampai sekitar seratus tahun. Selama abad ke-18 mesin uaplah yang menjadi sumber tenaga utama dan terus berkembang. Selama periode tahun 1800 sampai 1860, motor bakar internal mulai dikembangkan lagi. Tapi tidak ada yang berhasil baik. Pada tahun 1838, Barnett menggunakan tekanan dan memperbaiki sistem penyundutan api, dan pada tahun 1860 Pierre Lenoir yang berkebangsaan Perancis membuat konstruksi motor bakar internal yang diproduksi secara komersial, namun pada akhirnya terbukti bahwa motor bakar tersebut tidaklah praktis (Davis, 1983; Jones, 1963; McColly dan Martin 1955 dalam Desrial, 1990).
Dua tahun kemudian Alphonso Beau de Rochas, seorang berkebangsaan Perancis, mengajukan suatu teori tentang tipe motor bakar internal modern. Dia mengemukakan bahwa ada empat hal yang mendasar untuk mendapatkan kondisi operasi motor bakar yang efisien, yaitu:
1. Kemungkinan isi silinder terbesar dengan kemungkinan pendinginan permukaan terkecil.
2. Kemungkinan kecepatan piston terbesar.
3. Kemungkinan kompresi tertinggi pada awal pengembangan.
4. Kemungkinan pengembangan terbesar.
Pada tahun 1876, Dr. N. A. Otto, seorang berkebangsaan Jerman merupakan orang pertama yang mendapatkan hak paten atas operasi motornya yang berhasil dengan prinsip 4 langkah (four stroke cycle). Walaupun yang pertama mengemukakan cycle ini adalah Beau de Rochas, namun lebih dikenal umum sebagai Otto cycle. Motor ini pertama kali dipamerkan pada tahun 1878. Penemuan motor 4 langkah oleh Otto segera diikuti dengan penemuan motor 2 langkah (two stroke cycle) oleh seorang berkebangsaan Inggris, Dugald Clerk dan dia mendapatkan patennya pada tahun 1878. Motor tersebut menghasilkan tenaga pada setiap putaran porosnya. Motor itu tidak segera dipasarkan sampai tahun 1881 (Jones, 1963).
6 Perkembangan dan variasi lain dari motor bakar internal ditemukan oleh seorang sarjana Jerman, Dr. Rudolph Diesel. Dia mengemukakan suatu ide untuk menggunakan panas yang dihasilkan oleh kompresi untuk melakukan penyundutan bahan bakar yang disemprotkan ke dalam silinder. Dia memperoleh paten atas motor bakar buatannya yang bekerja dengan cara seperti idenya tersebut pada tahun 1892, namun motor bakar tersebut masih belum sepenuhnya bekerja dengan baik, baru pada tahun 1898 mulai diproduksi motor bakar Diesel secara masal. Selama masa 25 tahun kemudian, terjadi perkembangan yang pesat pada prinsip motor bakar Diesel sehingga motor bakar ini makin banyak digunakan orang (Jones, 1963).
3. Bagian Utama Dari Konstruksi Motor Bakar Diesel a. Unit Tenaga
Unit tenaga terdiri dari blok silinder, kepala silinder, piston, batang penghubung, poros engkol, dan roda gaya.
Blok silinder adalah bagian dasar yang menyokong unit tenaga. Blok silinder dilengkapi dengan kepala silinder yang sekaligus menjadi ruang pembakaran dan tempat bertumpunya sistem klep. Di dalam blok silinder terdapat piston yang merubah tenaga panas hasil pembakaran menjadi tenaga mekanis dengan bergerak maju-mundur (transalasi) sepanjang silinder (Jones, 1963).
Piston dilengkapi dengan cincin piston yang yang berfungsi untuk menahan kompresi dan rembesan tenaga hasil pembakaran, melumasi dinding silinder, mengurangi gesekan antara piston dengan dinding silinder, mencegah masuknya minyak pelumas ke dalam ruang pembakaran, dan merambatkan panas dari piston ke dinding silinder (Arismunandar dan Tsuda, 2008).
Batang penghubung berfungsi untuk menghubungkan piston dengan poros engkol. Pada ujung batang penghubung terdapat bantalan pena piston, sedangkan pada bagian pangkalnya terdiri dari dua bagian yang diberi bantalan untuk sambungan ke poros engkol (Arismunandar dan Tsuda, 2008).
7 Poros engkol berfungsi untuk mengubah gerak translasi dari piston menjadi gerak rotasi (putaran). Dalam motor bakar bersilinder banyak, bentuk poros engkol disesuaikan dengan susunan penyalaan silinder untuk memperkecil fluktuasi momen putar poros. Pada ujung poros engkol dipasang roda gaya yang berfungsi untuk meratakan momen putar yang terjadi pada poros agar kecepatan poros engkol menjadi stabil (Arismunandar dan Tsuda, 2008).
b. Sistem Penyaluran Bahan Bakar
Komponen-komponen yang menyusun sistem penyaluran bahan bakar pada motor bakar Diesel antara lain tangki bahan bakar, saringan, selang, pompa, pipa penyalur, dan injektor. Bahan bakar dari tangki disalurkan ke pompa melalui selang setelah melewati saringan, kemudian bahan bakar dipompakan melalui pipa penyalur menuju ke injektor. Dari injektor, bahan bakar yang sudah bertekanan disemprotkan ke dalam ruang pembakaran.
c. Sistem Penyalaan Bahan Bakar
Penyalaan bahan bakar pada motor bakar Diesel berlangsung secara spontan akibat panas yang ditimbulkan oleh hasil kompresi udara di dalam ruang pembakaran. Penyalaan bahan bakar terjadi sedikit demi sedikit sampai bahan bakar yang disemprotkan habis terbakar (Arismunandar dan Tsuda, 2008).
Ruang pembakaran merupakan tempat pencampuran bahan bakar dengan udara agar dapat terbakar dengan baik. Beberapa jenis ruang pembakaran pada motor bakar Diesel antara lain ruang pembakaran terbuka, ruang pembakaran kamar muka, ruang bakar turbulen, dan ruang bakar pembantu. Motor bakar Diesel dengan ruang pembakaran terbuka disebut juga dengan motor bakar Diesel penyemprotan langsung, sedangkan untuk yang lainnya disebut motor bakar Diesel penyemprotan tidak langsung (Arismunandar dan Tsuda, 2008; Jones, 1963).
8 d. Sistem Pelumasan
Fungsi utama pelumasan adalah untuk mengurangi gesekan antara permukaan logam. Selain itu, pelumasan juga berfungsi untuk menyerap dan merambatkan panas dari piston ke dinding silinder, mencegah kebocoran kompresi, membersihkan bagian-bagian yang bekerja dalam ruang pembakaran, dan meredam suara akibat gesekan (Jones, 1963).
Sistem pelumasan yang digunakan pada motor bakar Diesel antara lain sistem tekanan penuh, sistem percik, dan gabungan antara sistem tekanan penuh dan sistem percik. Sistem percik umumnya digunakan pada motor bakar Diesel yang berukuran kecil, sedangkan untuk motor bakar Diesel berukuran besar digunakan sistem tekanan penuh ataupun gabungan antara sistem percik dan sistem tekanan penuh. (Arismunandar, 2005).
e. Sistem Pendinginan
Gas pembakaran pada motor bakar internal dapat mencapai suhu 2500°C. Karena proses pembakaran terjadi secara berulang-ulang maka dinding silinder, kepala silinder, piston, klep, dan bagian-bagian lain akan menjadi sangat panas. Selain itu minyak pelumas juga akan menguap sehingga dapat merusak bagian-bagian yang dilumasi. Oleh sebab itu perlu dilakukan pendinginan yang cukup agar suhu mesin tetap berada pada ambang batas yang diizinkan. Batas suhu yang diperbolehkan untuk menjamin operasi motor bakar yang baik adalah 130–190°C (Arismunandar, 2005; Jones, 1963).
Berdasarkan jenis pendinginnya, motor bakar digolongkan menjadi dua jenis yaitu motor bakar pendingin udara dan motor bakar pendingin air. Pada motor bakar pendingin air, air pendingin dialirkan melalui rongga di sekeliling silinder, kepala silinder, dan bagian-bagian lain yang perlu mendapatkan pendinginan. Air pendingin akan menyerap panas dari bagian-bagian tersebut dan kemudian dilepaskan ke udara. Pada motor bakar pendingin udara, panas langsung dilepaskan ke udara sekitar dengan bantuan sirip-sirip pada silinder blok. Hal ini biasa
9 digunakan pada motor bakar berukuran kecil (Arismunandar dan Tsuda, 2008; Maleev, 1945).
4. Prinsip Kerja Motor Bakar Diesel
Pembakaran pada motor bakar Diesel terjadi karena bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam silinder terbakar dengan sendirinya akibat suhu udara kompresi dalam ruang bakar. Berdasarkan jumlah langkah kerjanya, motor bakar Diesel dapat digolongkan menjadi dua, yaitu motor bakar 4 langkah dan motor bakar 2 langkah.
a. Motor Bakar Diesel 4 Langkah
Motor bakar Diesel 4 langkah adalah motor bakar yang melengkapi satu siklusnya dalam 4 langkah atau dua kali putaran poros engkol. Langkah pertama, piston bergerak dari titk mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) yang disebut dengan langkah pemasukan (intake stroke). Pada langkah ini katup pemasukan terbuka dan udara masuk ke dalam silinder, sedangkan katup pembuangan dalam keadaan tertutup.
Langkah kedua piston bergerak dari TMB ke TMA yang disebut dengan langkah kompresi (compression stroke). Pada langkah ini posisi katup pemasukan dan pembuangan dalam keadaan tertutup. Pada akhir langkah kompresi, tekanan dan suhu di dalam silinder menjadi sangat tinggi yaitu sekitar 30 kg/cm2 dan 550°C. Sesaat sebelum piston mencapai TMA, bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder dan penyalaan bahan bakar terjadi secara spontan karena suhu hasil kompresi udara melebihi suhu yang dibutuhkan untuk penyalaan.
Langkah ketiga adalah langkah tenaga (power stroke). Langkah ini terjadi saat piston bergerak dari TMA ke TMB karena tenaga panas yang dihasilkan dari pembakaran. Pada langkah ini katup pemasukan dan pembuangan dalam posisi tertutup.
Langkah yang keempat adalah langkah pembuangan (exhaust stroke). Pada langkah ini piston bergerak dari TMB ke TMA dan katup pengeluaran dalam keadaan terbuka sementara katup pemasukan tertutup. Piston bergerak dari TMB mendorong gas hasil pembakaran
10 keluar melalui katup dan saluran pembuangan. Suhu gas buang hasil pembakaran ini dapat mencapai 750-800°F yang diukur pada pangkal saluran pengeluaran (Arismunandar dan Tsuda, 2008; Purday, 1948). b. Motor Bakar Diesel 2 Langkah
Motor bakar Diesel 2 langkah melakukan siklusnya dalam satu kali putaran poros engkol. Siklus dimulai dengan gerakan piston dari TMB ke TMA. Akibat gerakan piston menuju TMA maka lubang pemasukan dan pengeluaran akan tertutup oleh piston, dan udara yang ada di dalam silinder akan dikompresi. Pada saat yang sama volume
crankcase akan naik dan udara akan masuk ke dalam crankcase
melalui katup pemasukan otomatis. Pada saat piston akan mencapai TMA, bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar dan terjadilah pembakaran. Gas hasil pembakaran menekan piston menuju TMB, yang disebut dengan langkah tenaga. Ketika piston mencapai TMB, saluran pengeluaran terbuka dan gas hasil pembakaran dibuang keluar. Seiring dengan terbukanya lubang pengeluaran, lubang pemasukan akan terbuka dan udara yang ada pada crankcase akan masuk ke silinder. Langkah ini disebut langkah pembilasan (Jones, 1963).
5. Energi Panas Gas Buang Motor Bakar Diesel
Panas yang dihasilkan pada pembakaran bahan bakar tidak seluruhnya dapat digunakan untuk kerja efektif. Hanya sekitar sepertiga dari hasil pembakaran yang dimanfaatkan untuk melakukan kerja, sedangkan sisanya terbuang dalam sistem pendinginan dan terbawa oleh gas buang. Keseimbangan ini disebut juga neraca panas seperti yang ditunjukan pada tabel berikut ini.
Tabel 1. Neraca panas motor bakar Diesel
Uraian Neraca Panas (%) a b Kerja poros (BHP) 30 - 45 32 - 40 Pendinginan 36 - 15 33 - 30
Gas buang dan radiasi 34 - 40 35 -30 Sumber: aArismunandar dan Tsuda (2008)
11 6. Bahan Bakar Diesel
Bahan bakar Diesel (minyak solar) yang umum digunakan pada saat ini diperoleh dari hasil penyulingan minyak bumi (petroleum) atau minyak mentah (crude oil). Minyak mentah yang berwarna sawo matang dan gelap (dark brown liquid) merupakan campuran dari sejumlah senyawa. Unsur kimia utama yang membentuk senyawa ini adalah karbon (C) dan hidrogen (H), sehingga senyawa ini disebut dengan istilah hidrokarbon.
Pada umumnya minyak bumi terdiri dari 84-85% karbon, 12-14% hydrogen, dan sisanya adalah unsur-unsur seperti nitrogen, oksigen, dan sulphur. Menurut Khovhakh (1976), komposisi bahan bakar Diesel menurut massanya terdiri dari 87% karbon, 12.6% hidrogen, dan 0.4% oksigen.
Tabel 2. Karakteristik bahan bakar Diesel
Fuel Diesel Oil Coconut Oil Palm Oil
Spesific energy (MJ/kg) 45.3 42 39.6 Viscosity @ 40°C (cSt) 4 20 37 Cetane number 45-55 60 50 Solidification point (°C) -9 24 35 Iodine value - 10 54 Saponification value - 268 199 Sumber: Bradley, 2008
Bahan bakar Diesel yang sering disebut solar (light oil) merupakan suatu campuran hidrokarbon yang didapat dari penyulingan minyak mentah pada temperatur 200–340°C. Minyak solar yang sering digunakan adalah hidrokarbon rantai lurus (hetadecene (C16H34)) dan
alpha-methilnapthalene. Bahan bakar yang sebaiknya digunakan dalam motor Diesel adalah jenis bahan bakar yang dapat segera terbakar (sendiri) yaitu yang dapat memberikan periode persyaratan pembakaran rendah (Saipul, 1994).
Bahan bakar motor Diesel juga mempunyai sifat-sifat yang
mempengaruhi prestasi. Sifat-sifat bahan bakar Diesel yang
mempengaruhi prestasi dari motor Diesel antara lain: penguapan (volatility), residu karbon, viskositas, kandungan belerang, abu dan
12 endapan, titik nyala, titik tuang, sifat korosi, mutu penyalaan, dan cetane number (Saipul, 1994).
a. Penguapan (Volatility)
Penguapan dari bahan bakar Diesel diukur pada 90% suhu penyulingan. Penguapan bahan bakar ini menandakan pada suhu berapa bahan bakar berubah fase dari cair menjadi uap.
b. Residu Karbon
Residu karbon adalah karbon yang tertinggal setelah penguapan dan pembakaran habis. Bahan yang diuapkan dari minyak, diperbolehkan residu karbon maksimum 0.10%.
c. Viskositas
Viskositas minyak dinyatakan oleh jumlah detik yang digunakan oleh volume tertentu dari minyak untuk mengalir melalui lubang dengan diameter tertentu, semakin rendah jumlah detiknya berarti semakin rendah viskositasnya.
d. Belerang
Belerang dalam bahan bakar terbakar bersama minyak dan menghasilkan gas yang sangat korosif yang diembunkan oleh dinding-dinding silinder, terutama ketika mesin beroperasi dengan beban ringan dan suhu silinder menurun. Kandungan belerang dalam bahan bakar tidak boleh melebihi 0.5%-1.5%.
e. Abu dan Endapan
Abu dan endapan dalam bahan bakar adalah sumber dari bahan mengeras yang dapat mengakibatkan keausan mesin. Kandungan abu maksimal yang diijinkan adalah 0.01% dan endapan 0.05%.
f. Titik Nyala
Titik nyala merupakan suhu yang paling rendah yang harus dicapai dalam pemanasan minyak untuk menimbulkan uap terbakar sesaat ketika disinggungkan dengan suatu nyala api. Titik nyala minimum untuk bahan bakar Diesel adalah 150°F.
13 Titik tuang adalah suhu minyak mulai membeku/berhenti mengalir. Titik tuang maksimum untuk bahan bakar Diesel adalah 0°F.
h. Sifat Korosif
Bahan bakar minyak tidak boleh mengandung bahan yang bersifat korosif dan tidak boleh mengandung asam-basa.
i. Mutu Penyalaan
Istilah ini menyatakan kemampuan bahan bakar untuk menyala ketika diinjeksikan ke dalam pengisian udara tekan dalam silinder mesin Diesel. Suatu bahan bakar dengan mutu penyalaan yang baik akan siap menyala, dengan sedikit keterlambatan penyalaan. Bahan bakar dengan mutu penyalaan yang buruk akan menyala dengan sangat terlambat. Mutu penyalaan adalah salah satu sifat yang paling penting dari bahan bakar Diesel untuk dipergunakan dalam mesin kecepatan tinggi. Mutu penyalaan bahan bakar tidak hanya menentukan mudahnya penyalaan ketika mesin dalam keadaan dingin tetapi juga menentukan jenis pembakaran yang diperoleh dari bahan bakar. Bahan bakar dengan mutu penyalaan yang baik akan memberikan mutu operasi mesin yang lebih halus, tidak bising, terutama akan lebih terlihat pada tingkat beban kerja yang ringan.
j. Bilangan Cetana (Cetane Number)
Mutu penyalaan diukur dengan indeks yang disebut Cetana. Mesin Diesel memerlukan bilangan cetana sekitar 50. Bilangan cetana bahan bakar adalah persentase volume dari cetana dalam campuran cetana dengan alpha-metyl naphthalene. Cetana mempunyai mutu penyalaan yang sangat baik dan alpha-metyl naphthalene mempunyai mutu penyalaan yang kurang baik. Bilangan cetana 48 berarti bahan bakar cetana dengan campuran yang terdiri atas 48% cetana dan 52% alpha-metyl naphthalene.
14
B. BAHAN BAKAR MINYAK KELAPA
Tanaman kelapa hampir ditemukan di seluruh wilayah Indonesia yang berasal dari Madagaskar sampai Filipina. Kelapa mempunyai banyak varietas yaitu sekitar 100 macam dan merupakan tanaman penghasil minyak pertama selain Zaitun.
Minyak sayuran (minyak kedelai, minyak biji bunga matahari, dan lainnya) dipertimbangkan sebagai bahan bakar untuk mesin diesel. Angka setana untuk kebanyakan minyak sayuran berada pada angka 40. Tetapi viskositas minyak sayuran lebih tinggi daripada bahan bakar solar, setidaknya 10 kali lipat lebih tinggi. Viskositas yang lebih tinggi ini membuat penyemprotan kurang baik, pembakaran yang tidak sempurna, dan penimbunan karbon pada mesin diesel (Goering dan Hansen, 2004).
Secara umum, deskripsi minyak kelapa dapat dijelaskan sebagai lemak yang berwarna putih sampai putih kekuningan, tergantung pada kualitas bahan baku dan metoda ekstraksi minyak. Pada saat meleleh, minyak kelapa berubah wujud menjadi minyak berwarna bening sampai coklat kekuningan. Bau minyak ini menyerupai bau kelapa segar sebelum disuling, sedangkan minyak kelapa yang disuling dengan baik tidak memiliki bau dan rasa (Williams dan Churchill,1966).
Bahan bakar dari minyak kelapa dapat langsung digunakan untuk menjalankan mesin diesel dengan sedikit perubahan dan pemanas minyak. Minyak kelapa bisa digunakan untuk semua mesin diesel, termasuk mobil, truk, traktor, penggilingan padi, generator kecil, pompa dan lainnya.
Salah satu jenis tanaman yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber biofuel
adalah kelapa. Biofuel dari tanaman kelapa dimanfaatkan dalam bentuk minyak kelapa. Indonesia dengan luas lahan kelapa sebesar 3.9 juta hektar memiliki potensi akan pengembangan biofuel dari kelapa. Dari satu pohon dapat dihasilkan 23 kg kelapa per tahunnya.
Identifikasi varietas kelapa sulit dilakukan karena tanaman ini berumur panajng sehingga uji kemurnian dan kompatibilitasnya memerlukan waktu lama. Beberapa pendekatan dilakuakn untuk identifikasi seperti warna,
15 sistem pembungaan/penyerbukan, karakter buah, penampilan batang dan daun menurut Samosir dalam Sutriadi (2004).
Kelapa (Cocos nucifera) familia Palmae ini dibagi tiga: (1) Kelapa dalam varietasnya: Viridis (kelapa hijau), Rubescens (kelapa merah),
Macrocorpu (kelapa kelabu), Sakarina (kelapa manis). (2) Kelapa genjah varietasnya: Eburnea (kelapa gading), Regia (kelapa raja), Pumila (kelapa puyuh), Pretiosa (kelapa raja malabar). (3) Kelapa hibrida (hasil perkawinan kelapa genjah dan kelapa dalam)
Tabel 3. Karakteristik kelapa dalam, genyah dan hibrida.
Sumber: Kantor deputi menegristek BPP Teknologi
Masa panen kelapa dapat dilakukan sepanjang tahun, setiap pohon dapat dipanen satu kali sebulan, dua atau tiga bulan sekali. Secara umum daging buah kelapa mulai terbentuk sejak buah kelapa berumur 160 hari dan mencapai maksimum dengan ketebalan daging kelapa 1 cm atau lebih setelah buah kelapa berumur 300 hari. Pada kelapa tua persentase buah kelapa adalah 35% serabut, 12% tampurung, 28 % daging buah kelapa, dan air kelapa 25%, persentase tesebut berbeda untuk setiap varietas kelapa (Grimwood, 1975).
C. TENAGA TARIK (DRAWBAR POWER)
Traktor pertanian dapat menyalurkan tenaganya melalui as (PTO)
Power Take-Off , hidrolik dan tenaga tarik (drawbar pull) (Hunt, 1995).
Drawbar pull (Dbpull) merupakan gaya tarik yang dihasilka oleh traktor. Gaya tarik ini dapat terjadi jika ada sentuhan antara roda dengan permukaan landasan (Wanders, 1978). Tenaga tarik merupakan tenaga yang paling
16 banyak digunakan tetapi mempunyai efisiensi yang paling kecil (Liljedahl et al, 1989). Tenaga atau daya yang ada pada traktor dapat dibagi menjadi
Indicated Horse Power (IHP), Brake Horse Power (BHP), dan Drawbar Power (DbP). Indicated horse power merupakan daya yang timbul pada ruang pembakaran dan diterima oleh piston. Brake horse power merupakan daya yang diberikan oleh poros engkol. Drawbar power merupakan daya pada gandengan yang tersedia untuk menarik beban (Daywin, 1990). Kemampuan atau kapasitas drawbar traktor terutama tergantung pada tenaga traktor, distribusi berat pada roda penggerak, tipe gandengan, dan permukaan jalan (Hunt, 1995).
Besarnya tenaga tarik traktor dan kemampuan mobilitasnya dibatasi oleh kapasitas traksi dan alat traksi pada pemukaan landasan. Traksi yang dihasilkan oleh roda penggerak akibat putaran roda, mampu mengubah torsi menjadi gaya tarik maksimum. Drawbar pull merupakan gaya tarik bersih yang diperlukan agar traktor atau alat dapat bergerak diatas permukaan. Gaya tarik ini dapat mengatasi gaya-gaya tahanan tanah yang meliputi gaya gesekan tanah dan tahanan gelinding (Rolling Resistance). Besarnya gaya tarik berdasarkan persamaan berikut (Wanders, 1978).
Dbpull=Fmax - FRR...(1)
Persamaan diatas menunjukkan bahwa gaya tarik (drawbar pull)
berhubungan langsung dengan gaya tarik maksimum (Fmax) dan gaya tahanan gelinding (FRR). Drawbar pull traktor sangat tergantung pada daya traktor, distribusi gerak pada roda penggerak, tipe gandengan, dan permukaan bidang gerak. Penggunaan tenaga pada peralatan traksi baik untuk roda ban atau roda rantai mengkomsumsi sebagian besar tenaga dalam empat cara, yaitu tahanan gelinding (Rolling Resistance), slip roda (wheel slippage), pengaruh alat pada tanah, dan tahanan drawbar traktor (tractor-drawbar resistance) (Jones dan Aldred, 1980).
17
D. SLIP (SLIPPAGE)
Slip merupakan pengurangan kecepatan maju traktor karena beban operasi pada kondisi lapang. Slip roda yang terjadi pada roda traksi traktor dapat diketahui dari pengurangan kecepatan traktor pada saat opersi dengan beban dibandingkan dengan kecepatan traktor teoritis (Liljedahl et al, 1989). Slip roda traktor merupakan salah satu faktor pembatas bagi pengoperasisan traktor-traktor pertanian. Slip akan selalu terjadi pada traktor baik pada saat menarik beban maupun saat tidak menarik beban. Drawbar pull masih dapat terus meningkat sampai maksimum yaitu sampai slip roda mencapai 30%, slip optimum 16% terjadi pada saat efisiensi traksi maksimum (Wanders, 1978).
Slip terjadi bila roda meneruskan gaya-gaya pada permukaan alas, pengukuran slip agak rumit akibat pengecilan jari-jari ban efektif statis maupun dinamis. Meningkatkan slip roda dapat menambah kemampuan traksi, gaya tarik traktor masih dapat ditambah dengan menaikkan slip hingga 30%, tetapi slip yang optimum pada operasi traktor adalah 10-17% (Wanders, 1978).
Tenaga yang tesedia pada roda traksi tidak seluruhnya dapat digunakan sebagai tenaga tarik, sehingga dikenal dengan istilah efisisensi tenaga tarik (traktive power efficiency). Efisiensi tenaga tarik adalah perbandingan drawbar power dengan tenaga pada as roda. Kehilangan tenaga ini, yaitu untuk mengatasi tahanan gelinding dan slip roda. Makin besar slip yang terjadi akan makin kecil tenaga yang tersedia untuk menarik alat. Jadi untuk mengetahui berapa besar gaya tarik yang dapat dihasilkan oleh traktor, maka perlu diketahui koefisien traksi. Koefisien traksi (coefficien of traction) adalah perbandingan antara gaya tarik yang dihasilkan traktor dengan beban dinamis pada alat penarik. Koefisien traksi dipengaruhi oleh hubungan roda traktor dengan permukaan landasan. Sebagai contoh perkiraan koefisien traksi dapat digunakan faktor pada Tabel 4.
18 Tabel 4. Faktor koefisien traksi
Landasan roda Roda karet Roda rantai
Beton 0.90 0.45
Lempung liat kering 0.55 0.90
Lempung liat basah 0.45 0.70
Pasir kering 0.20 0.30
Pasir basah 0.40 0.50
Jalan kerikil 0.36 0.50
Sumber: Sembiring, E. Namaken. dkk. 1991
Pada dasarnya faktor yang mempengaruhi efisiensi traksi adalah slip (slippage) atau pengurangan gerakan (travel reduce), yang digambarkan (Liljedahl, 1989) sebagai berikut :
% 100 ) ( x Si Si So S ………...(5)
Dimana S = penggurangan gerakan (%)
So = jarak antara putara roda tanpa beban (m) Si = jarak tiap putaran roda dengan beban (m)
E. KAPASITAS KERJA DAN KAPASITAS LAPANG EFEKTIF
Kapasitas kerja suatu alat didefenisikan sebagai suatu kemampuan kerja suatu alat atau mesin memberikan hasil (hektar, kilogram, liter) per satuan waktu (Suastawa dkk, 2000). Kapasitas kerja dapat dibedakan menjadi kapasitas teoritis dan kapasitas efektif.
Kapasitas efektif merupakan waktu nyata yang diperlukan di lapangan dalam menyelesaikan suatu unit pekerjaan tertentu. Kapasitas teoritis adalah hasil kerja yang akan dicapai alsin bila seluruh waktu digunakan pada spesifikasi operasinya.
Kapasitas lapang efektif suatu alat merupakan fungsi dari lebar kerja teoritis mesin, presentase lebar teoritis yang secara aktual terpakai, kecepatan jalan dan besarnya kehilangan waktu lapang selama pengerjaan. Dengan alat-alat semacam garu, penyiang lapang, pemotong rumput dan pemanen padi, secara praktis tidak mungkin untuk memanfaatkan lebar teoritisnya tanpa
19 adanya tumpang tindih. Besarnya tumpang tindih yang diperlukan terutama merupakan fungsi dari kecepatan, kondisi tanah dan ketrampilan operator. Pada beberapa keadaan, hasil suatu tanaman bisa jadi terlalu banyak sehingga pemanen tidak dapat digunakan memanen selebar lebar kerjanya, bahkan pada kecepatan maju minimum yang masih mungkin.
Untuk alat yang terdiri dari satuan-satuan mata terpisah, semisal alat penanam atau penyiang tanaman larik, pengicir bijian, lebar teoritisnya adalah hasil kali banyaknya satuan (misalnya banyaknya larik, pembuka alur) dengan jarak antar satuan. Dengan kata lain, lebar teoritisnya dianggap mencakup setengah jarak satuan pada kedua sisi sebelah luar mata-mata paling ujung. Mesin-mesin tanaman larik memanfaatkan 100% lebar teoritisnya, sedangkan alat lapang terbuka yang memiliki mata terpisah akan terkena kehilangan karena tumpang tindih.
20
III.
METODE PENELITIAN
A. WAKTU DAN TEMPAT
Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret sampai dengan bulan Juni 2009 bertempat di Bengkel Teknik Mesin Budidaya Pertanian Bengkel Metanium, Leuwikopo, dan lahan percobaan Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Kondisi lintasan pada penelitian yaitu beton dan tanah seperti terlihat pada Gambar 1 berikut.
a) b)
Gambar 1. Lintasan (a) beton dan (b) tanah
B. BAHAN DAN ALAT 1. Bahan
Bahan yang akan digunakan dalam penelitian kali ini adalah bahan bakar solar dan minyak kelapa yang diperoleh dari PT. Guanhien, Ciamis.
2. Alat
Alat yang dipergunakan dalam penelitian sebagai berikut: a) Traktor tangan Yanmar bromo DX (traktor uji)
b) Traktor Yanmar YM 330 T (traktor beban)
c) Set drawbar dynamometer (load cell, Kyowa type LT-5TSA71C) d) Kabel sensor
e) Set pencatat handystrain meter UCAM-1A
f) Tachometer dan Stop watch
g) Pita ukur dan patok
21 i) Ring sample, timbangan, dan oven
j) Pipa tembaga ukuran ¼ inchi
k) Peralatan bengkel (tang, obeng, kunci pas, kunci ring, palu, jangka sorong atau mikrometer sekrup, las, gerinda, mesin bor, mesin bubut dan sebagainya.
Prosedur pengoperasian traktor tangan dengan bahan bakar minyak kelapa yaitu pertama-tama traktor dihidupkan dengan menggunakan bahan bakar solar selama 10 menit (Miftahuddin, 2009). Setelah itu, kran minyak kelapa dibuka penuh dan kran solar ditutup secara perlahan-lahan. Setelah selesai digunakan, cara untuk mematikan engine traktor yaitu kran solar dibuka penuh dan kran minyak kelapa ditutup secara perlahan-lahan.
Traktor tangan Yanmar Bromo DX (Gambar 2) yang diuji memiliki spesifikasi seperti disajikan pada Tabel 5.
Gambar 2. Traktor Yanmar Bromo DX
Tabel 5. Spesifikasi taktor uji
Merk Yanmar
Model Bromo dx
Jenis mesin Diesel
Bahan bakar Solar
Volume silinder 493
Sistem kerja 4 langkah
Rpm max 2200 rpm
Gigi transmisi 4 gigi maju dan 2 gigi mundur
22
C. PROSEDUR PENELITIAN
Gambar 3. Bagan tahapan penelitian
1. Pembuatan elemen pemindah panas
Elemen pemindah panas atau heat exchanger dibuat menggunakan pipa tembaga. Pipa tembaga memiliki nilai konduktivitas panas 386 W/m K, selain itu tembaga juga memiliki titik lebur yang tinggi yaitu 1089 °C sehingga dapat tahan terhadap suhu gas buang yang hanya berkisar antara 300 – 600 °C. Sistem pemindahan panas menggunakan heat exchanger
dapat dilihat pada Gambar 4.
Pembuatan heat exchanger
Pengujian slip, drawbar power, dan efisiensi lapang
Data slip, drawbar power, dan efisiensi lapang lapang
Slip, drawbar power,
dan efisiensi lapang Pengolahan data slip, drawbar
power, dan efisiensi lapang Pengukuran pendahuluan
kecepatan traktor dan kalibrasi load cell
23 Gambar 4. Pembuatan heat exchanger
Pada pembuatan elemen pemanas ini, digunakan pipa tembaga yang ukurannya mendekati ukuran selang bahan bakar motor Diesel pada umumnya, sehingga mudah dirangkaikan pada sistem penyaluran bahan bakar motor Diesel. Diameter pipa tembaga yang digunakan adalah 1/4 inchi dengan panjang 220 cm (Miftahuddin 2009).
2. Persiapan
Sebelum pengujian di lintasan uji dilakukan, ada beberapa hal yang harus dipersiapkan, yaitu: a). Persiapan traktor tangan Yanmar Bromo DX dan traktor beban, b). Persiapan instrumen pengukur serta, c). Persiapan lintasan uji.
Persiapan pada traktor uji dengan memeriksa kondisinya sehingga pada saat pengujian tidak terjadi kesalahan baik itu berupa teknis maupun non-teknis. Pemeriksaan yang dilakukan adalah pengecekan oli, air radiator, transmisi, dan rpm. Pemeriksaan juga dilakukan untuk traktor beban dengan memeriksa ketersediaan bahan bakar, oli, air radiator dll. Traktor beban yang dipakai dapat dilhat pada Gambar 5 dengan spesifikasi lebih lengkap disajikan pada Tabel 6.
24 Gambar 5. Traktor YanmarYM330T
Tabel 6. Spesifikasi traktor beban
Merk Yanmar
Model YM330T
Jenis mesin diesel
Bahan bakar Solar
Jumlah silinder 3
Siste kerja 4 langkah
Power/ pada rpm 33 hp/2600 rpm
Rpm max 3200 rpm
Gigi transmisi 8 gigi maju dan 2 gigi mundur
Panjang as depan/belakang 115 cm/115 cm
Ukuran ban belakang 12.4/11-28
Ukuran ban depan 5.50-16
Pengecekan pada instrumen ukur dilakukan sebelum pengujian di lintasan uji dilakukan, jika perangkat alat ukur sudah diset antara traktor beban dan traktor uji kemudian diberi beban tarikan, angka keluaran pada
handy strain meter berubah berarti setingan alat benar. Sesaat pengukuran akan dimulai handy strain di-adjustmen (menset angka pada handy strain supaya nol).
25 Sebelum pengujian di lapangan, lintasan uji dan peralatan disiapkan terlebih dahulu. Lintasan beton dibersihkan dari tanah, daun-daunan dan rumput. Lintasan rumput dirapikan dengan memotong rata rumput dan dibersihakan dari daun-daun, plastik, kayu dll. Kondisi lintasan tanah diamati dengan mengukur kadar air, kerapatan isi tanah, dan tahanan penetrasi. Pengukuran kadar air dan kerapatan isi tanah dilakukan dengan mengambil 8 sampel tanah secara acak pada lintasan tanah menggunakan
ring sample seperti Gambar 6. Sebelumnya kedua lintasan diberi tanda setiap 10 m untuk pengukuran kecepatan maju traktor uji.
Gambar 6. Pengambilan sampel tanah pada lintasan rumput
3. Kalibrasi Load Cell
Kalibrasi load cell dilakukan dengan cara memberikan beberapa tingkat beban pada load cell yang akan diteruskan ke alat pembaca sebagai masukan. Langkah awal pada kalibrasi ini adalah memasang drawbar dynamometer pada sebuah katrol. Dalam hal ini katrol adalah sebagai alat
bantu menggantungkan drawbar dynammometer dan beban. Lalu
dilanjutkan dengan menghubungkan kabel sensor pada drawbar
dynamometer dan handystrain meter. Berikan beberapa tingkat beban pada
drawbar dynamometer dan baca keluaran (dalam µε) pada handystrain meter.
26
4. Pengamatan Kondisi Lintasan
Sebelum dilakukan pengujian pada lintasan tanah, kondisi lintasan diamati pada titik-titik pengukuran dengan parameter yang diamati adalah:
a) Kadar air dan kerapatan isi tanah
Kadar air merupakan jumlah air yang tersedia dalam pori tanah dalam massa tertentu. Kadar air tanah diukur dengan mengambil sampel tanah pada linatasan uji dengan ring sampel, kemudian dirimbang (massa tanah basah + ring sampel). Contoh tanah dikeringkan dalam oven selama 24 jam dengan suhu 1100C kemudian ditimbang (massa tanah kering + ring sampel). Kadar air dan kerapatan isi tanah untuk seluruh contoh dihitung.
Kadar air tanah dihitung (Setiawan et al, 2002) dengan rumus:
% 100 x mtk mtk mtb KA ………. (6)
Dimana : KA = kadar air basis kering (%) mtb = massa tanah basah (g) mtk = masa tanah kering (g)
Kerapatan isi tanah dapat dihitung dengan rumus (Setiawan et al 2002):
ρ
dVt mtk
………. (7)
Dimana : ρd = kerapatan isi tanah (g/cm3) mtk = massa tanah kering (g)
Vt = volume tanah dalam ring sampel (cm3)
Untuk perhitungan kadar air dan keraptan isi tanah selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 3.
b) Penetrasi tanah
Untuk penetrasi tanah dilakukan dengan menggunakan penetrometer
tipe SR-2 (Gambar 11) dentgan kerucut berpenampang 2 cm2 . pengukuran dilakukan pada 10 titik berbeda dengan kedalaman 1-5 cm, 5-10 cm, 10-15 cm. Tahanan pentrasi dihitung dengan rumus (Setiawan et al, 2002) berikut:
27
Ak xFp
Cl 98 ……..………. (8)
Dimana : Cl = tahanan penetrasi tanah (kPa)
Fp = gaya penetrasi terukur pada penetrometer ditambah massa penetrometer (kg)
Ak = Luas penampang kerucut (cm2)
Gambar 7. Pengukuran penetrasi lintasan tanah
D. PENGUKURAN KINERJA
Pengujian kinerja motor bakar dilakukan dalam dua tahap. Pertama, pengujian dilakukan pada saat motor bakar menggunakan bahan bakar solar. Kedua, pengujian dilakukan pada saat motor bakar menggunakan bahan bakar minyak kelapa yang telah dipanaskan. Dari kedua hasil pengujian tersebut nantinya akan didapatkan perbandingan kinerja motor bakar antara yang menggunakan bahan bakar solar dengan yang menggunakan bahan bakar minyak kelapa. Parameter keluaran hasil adalah tenaga tarik, slip, dan efisiensi lapang dengan implemen bajak singkal.
28
1. Pengukuran Drawbar Power
Pengukuran drawbar power untuk mengetahui besarnya gaya tarik horizontal yang dihasilkan roda traksi dengan gandengan traktor Yanmar YM 330T. Dilakukan untuk beberapa kecepatan dengan menggunakan drawbar power meter yang dilengkapi handystrain meter. Pada waktu berjalan, kecepatan maju traktor diukur dengan cara mengukur waktu dan jarak yang ditempuh oleh traktor pada 5 putaran roda (Gambar 8). Drawbar power
kemudian diukur dengan menggunakan persamaan (6) berikut ini (Wanders, 1978).
DbP = Dbpull x V ... (6) Dimana DbP = tenaga pada drawbar ( drawbar power) (Watt)
Dbpull = gaya tarik bersih yang terukur (drawbar pull) (N) V = kecepatan rata-rata maju traktor (m/s)
Gambar 8. Skema pengukuran drawbar power
2. Pengukuran Slip
a. Mengukur jarak tempuh teoritis (So) dihitung dengan mengukur diameter roda traktor, kemudian disubsitusikan kepersamaan (10) berikut:
St = 5 x π Dw... (10)
Gambar 9. Pengukuran diameter roda traksi (Dw) Dw Permukaan landasan Traktor beban Traktor uji Load cell
29 b. Mengukur jarak tempuh 5 kali putaran roda tampa beban sebanyak tiga kali ulangan. Roda diberi tanda, kemudian dihitung setiap kali tanda pada roda menyentuh permukaan landasan sebagai satu putaran. Setelah 5 kali putaran ukur dengan pita ukur (So).
Gambar 10. Pengukuran jarak tempuh 5 putaran roda
c. Gandengkan traktor roda empat Yanmar YM 330T untuk megukur jarak tempuh 5 kali putaran roda. Slip traktor yang diuji dapat dihitung dengan persamaan (5)
3. Efisiensi Lapang (Eff)
a. Mengukur Kapasitas lapang teoritis (KLT) menggunakan bajak singkal seperti pada Gambar 11, dihitung dengan persamaan berikut :
b. KLT = 0.36 ( v x lp )... (11) Dimana : KLT = Kapasitas lapang teoritis (ha/jam)
V = Kecepatan rata-rata (m/detik)
lp = lebar pembajakan rata-rata (m)
0.36 = faktor konversi dari m2/det ke ha/jam (1 m2/det = 0,36 ha/jam).
c. Untuk menghitung kapasitas lapang pengolahan efektif (KLE) diperlukan data waktu kerja keseluruhan kerja dari mulai bekerja hingga selesai (WK) dan luas tanah hasil pengolahan keseluruhan (L). Persamaan yang dipakai adalah :
KLE = ...(12)
Dw 1 2 4
Jarak tempuh 5 putaran roda
Permukaan landasan 10 w
30 Dimana : KLE = Kapasitas lapang efektif (ha/jam)
L = Luas lahan hasil pengolahan (m2)
WK = Waktu kerja (s)
d. Persamaan yang dipakai untuk menghitung Efisiensi Lapang (Eff) adalah :
Eff = x100%...(13)
31
IV.
PENDEKATAN RANCANGAN
A. Kriteria Perancangan
Pada prinsipnya suatu proses perancangan terdiri dari beberapa tahap atau proses sehingga menghasilkan suatu desain atau prototipe produk yang sesuai dengan kebutuhan.
Perancangan elemen pemanas (heat exchanger) pada penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan suhu pemanasan minyak kelapa agar dapat menurunkan nilai viskositasnya sehingga mendekati nilai viskositas solar.
Panas dari gas buang akan dimanfaatkan sebagai sumber panas untuk memanaskan minyak. Panas ini akan memanaskan minyak baik secara konduksi maupun konveksi.
B. Rancangan Fungsional
Elemen pemanas ini berfungsi untuk memanaskan minyak kelapa hingga mencapai suhu pemanasan optimumnya. Sumber panas dari elemen pemanas ini berasal dari gas buang motor bakar Diesel.
Guna memenuhi fungsi utama di atas diperlukan fungsi-fungsi yang dapat menunjang elemen pemanas berjalan dengan baik. Pertama, fungsi penyaluran gas buang untuk masuk dan keluar dari elemen pemanas. Fungsi ini dapat dipenuhi dengan menggunakan pipa yang mengarah ke dalam tabung elemen pemanas dan keluar dari tabung elemen pemanas.
Fungsi kedua adalah untuk menampung panas gas buang. Fungsi ini dapat dipenuhi oleh tabung yang dapat menahan panas gas buang sebelum dibuang ke lingkungan.
Fungsi ketiga adalah untuk meratakan panas gas buang di dalam tabung. Fungsi ini dapat dipenuhi dengan menggunakan pipa yang seluruh bagian dindingnya dilubangi dan pada bagian tengahnya diberi sekat. Gas buang nantinya akan melalui pipa ini dan tertahan oleh sekat di bagian tengahnya. Karena tertahan oleh sekat, gas buang akan keluar melalui lubang-lubang pada bagian dinding pipa dan menyebar di dalam tabung. Gas buang di dalam
32 tabung akan keluar dari pipa melalui lubang-lubang pada bagian dinding pipa yang mengarah ke luar tabung.
Fungsi keempat adalah untuk menyalurkan dan memanaskan minyak kelapa. Fungsi ini dapat dipenuhi dengan menggunakan pipa yang berada di dalam tabung. Minyak akan mengalir melalui saluran ini secara gravitasi. Pipa ini pun menjadi perantara perpindahan panas secara konduksi dari gas buang di dalam tabung ke minyak kelapa di dalam pipa.
Fungsi kelima adalah untuk menahan dan mengalirkan minyak. Fungsi ini dapat dipenuhi dengan menggunakan kran.
Fungsi keenam adalah untuk menyalurkan minyak kelapa dari tangki ke dalam elemen pemanas dan dari elemen pemanas ke pompa injeksi. Fungsi ini dapat dipenuhi dengan menggunakan selang bahan bakar.
C. Rancangan Struktural
Dalam perancangan, pemilihan bentuk dan bahan yang digunakan merupakan proses yang sangat penting. Rancangan struktural dari elemen pemanas ini dirancang sedemikian rupa sehingga sesuai (compatible) untuk dirangkaikan pada motor bakar Diesel.
Secara keseluruhan, rancangan elemen pemanas ini berbentuk seperti knalpot motor bakar pada umumnya, hanya saja terdapat perbedaan dari segi penambahan pipa tembaga sebagai saluran bahan bakar minyak kelapa. Elemen pemanas ini terdiri atas: saluran masuk gas buang, muffler, saluran minyak kelapa, tabung knalpot, tangki bahan bakar minyak kelapa, kran penyaluran bahan bakan.
1. Saluran Masuk Gas Buang
Saluran gas buang dirancang menyerupai saluran knalpot pada umumnya. Pada saluran inilah elemen pemanas dirangkaikan ke motor bakar. Lubang masukan saluran ini terhubung dengan lubang keluaran gas buang hasil pembakaran pada motor bakar.
Pada saluran masuk gas buangnya diambil dari saluran knalpot asli motor bakar Diesel, dengan diameter 42 mm, panjang 210 mm, dan tebal 2 mm.
33 Gambar 12. Saluran masuk gas buang
2. Muffler
Muffler terbuat dari pipa besi berdiameter 42 mm dengan tebal 0.8 mm. Pipa ini memiliki lubang pada seluruh dindingnya dan pada bagian tengahnya diberi sekat sebagai penahan gas buang agar tidak langsung keluar melalui saluran keluaran. Panas gas buang yang tertahan oleh sekat tersebut keluar dari muffler melalui lubang-lubang pada dinding pipa sebelum sekat dan keluar menuju saluran keluaran melalui lubang-lubang pada dinding pipa setelah sekat. Muffler berada pada bagian tengah elemen pemanas.
Gambar 13. Muffler
3. Saluran Minyak Kelapa
Saluran ini terbuat dari pipa tembaga dan posisinya berada di antara
muffler dan tabung knalpot. Pemilihan bahan tembaga sebagai saluran minyak kelapa didasarkan oleh nilai konduktivitas termalnya yang cukup tinggi, selain itu pipa tembaga juga banyak tersedia di pasaran dengan ukuran yang cukup bervariasi.
34 Gambar 14. Pipa tembaga elemen pemanas
Pipa tembaga elemen pemanas ini dirancang berbentuk koil dengan diameter koil yang seragam pada setiap tingkatannya. Jarak antar tingkatan pipa tembaga ini panjang dibuat lebih rapat agar dapat menampung lebih banyak dan memperlama waktu tinggal (retention time) minyak kelapa di dalam elemen pemanas sehingga suhu keluaran minyak kelapa pun menjadi lebih tinggi.
Pada perancangan elemen pemanas ini, digunakan pipa tembaga yang ukurannya mendekati ukuran selang bahan bakar motor Diesel pada umumnya, sehingga mudah dirangkaikan pada sistem penyaluran bahan bakar motor Diesel. Diameter pipa tembaga yang digunakan adalah 1/4 inchi.
4. Tabung Knalpot
Tabung knalpot terbuat dari plat besi dengan tebal 2 mm. Pada elemen pemanas ini, tabung yang digunakan adalah tabung knalpot asli dari motor bakar Diesel. Diameter tabung ini sebesar 110 mm dan tinggi 180 mm. Karena tabung yang digunakan merupakan tabung knalpot asli, maka pada elemen pemanas ini, dimensi saluran minyak kelapa yang disesuaikan dengan dimensi tabung knalpot (Gambar 15).
35
5. Tangki Bahan Bakar Minyak Kelapa
Tangki bahan bakar minyak kelapa ini berbahan plastik, dengan kedudukan nya berbahan besi plat, minyak kelapa dari tangki disalurkan ke knalpot yang sudah ada pipa tembaga melalui selang, kemudian bahan bakar dipompakan melalui pipa penyalur menuju ke injektor. Dari injektor, bahan bakar yang sudah bertekanan disemprotkan ke dalam ruang pembakaran. Adapun panjang, lebar dan tinggi dari tangki secara berurutan adalah 21 cm, 12 cm, dan 8 cm.
Gambar 16. Tangki bahan bakar minyak kelapa
6. Kran Penyaluran Bahan Bakar Minyak Kelapa
Kran penyaluran ini terbuat dari kuningan, penyaluran ini mempunyai 3 kran diantaranya : kran pemasukan minyak kelapa, kran pemasukan solar, dan kran pemasukan bahan bakar ke injektor.
36
V.
ANALISIS PINDAH PANAS PADA ELEMEN PEMANAS
Menurut Cengel (2003), dalam analisis pindah panas elemen pemanas, ada beberapa kondisi yang diasumsikan dan selalu dianggap seragam sepanjang waktu, yaitu:
1. Elemen pemanas beroperasi dalam jangka waktu yang panjang tanpa ada perubahan kondisi fisik.
2. Laju aliran massa kedua fluida selalu konstan. 3. Tidak ada perubahan dari sifat-sifat fluida.
4. Permukaan luar elemen pemanas terinsulasi sempurna.
Penelitian sebelumnya oleh Miftahuddin (2009) dibuat asumsi-asumsi untuk memudahkan perhitungan analisis pindah panas pada elemen pemanas karena kondisi yang sebenarnya terjadi tidak ideal. Namun hal ini menyebabkan nilai keakuratan dalam analisis sederhana elemen pemanasmenjadi berkurang.
Berdasarkan asumsi-asumsi di atas, hukum termodinamika pertama dapat diterapkan dalam perhitungan ini (Miftahuddin, 2009) :
Q = m C (Tout – Tin) ... (14) Dimana: Q = Laju pindah panas (Watt)
m = Laju aliran massa (kg/s) C = Panas jenis (kJ/kg °C) T = Suhu (°C)
Menurut Cengel (2003), laju pindah panas dalam elemen pemanas dapat mengacu pada hukum pendinginan Newton (Newton’s law of cooling):
Q = U A ΔTm ... (15)
Dimana: Q = Laju pindah panas (Watt)
U = Koefisien pindah panas keseluruhan A = Luas area pindah panas (mm2)
ΔTm = Perbedaan suhu rata-rata antara kedua fluida (°C)
Besarnya suhu antara kedua fluida bervariasi sepanjang elemen pemanas, maka untuk analisis pindah panas ini digunakan perbedaan suhu rata-rata logaritmik (Logarithmic Mean Temperature Difference) atau LMTD (ΔTlm).
37
ΔT
lm=
ΔT1 - ΔT2ln ΔT1/ΔT2 ... (16) Dimana: ΔT1 = Tin (gas buang) – Tout (minyak kelapa)
ΔT2 = Tout (gas buang) – Tin (minyak kelapa)
Elemen pemanas pada penelitian ini tergolong dalam jenis counter-flow double-pipe heat exchanger. Tabung knalpot berfungsi sebagai selubung dari pipa tembaga yang ada di dalamnya. Secara skematik elemen pemanas pada penelitian ini dapat dilihat pada gambar berikut (Miftahuddin, 2009).
Gambar 18. Skema aliran panas pada elemen pemanas
Elemen pemanas ini akan digunakan untuk memanaskan minyak kelapa dari suhu ruangan (± 30°C) sampai mencapai suhu optimum yang diharapkan yaitu 90°C. Dalam perhitungan ini, suhu gas buang yang masuk dan keluar dari knalpot diasumsikan dengan beberapa variasi suhu. Suhu gas buang yang masuk ke dalam elemen pemanas berkisar antara 150–300°C dan suhu gas buang yang keluar berkisar antara 50–100°C. Asumsi suhu gas buang ini akan digunakan dalam perhitungan perbedaan suhu rata-rata logaritmik (ΔTlm).
Nilai laju aliran massa (m ) didapatkan dari pengukuran konsumsi bahan bakar hasil penelitian Aidil (2001) pada motor bakar yang sama yang digunakan untuk penelitian ini. Pengukuran konsumsi bahan bakar dilakukan dengan mengukur volume bahan bakar sebelum dan sesudah motor Diesel dioperasikan, sehingga didapatkan selisih antara keduanya, kemudian selisih volume bahan bakar ini dibagi dengan waktu selama motor Diesel beroperasi, dan didapatkanlah nilai konsumsi bahan bakar dengan satuan volume per satuan waktu (liter/jam).
38 Konsumsi bahan bakar rata-rata yang dijadikan acuan sebesar 1.334 liter/jam atau 3.71 x 10-7 m3/s. Jadi laju aliran massa minyak kelapa pada elemen pemanas dapat diketahui dari:
m = konsumsi bahan bakar x densitas minyak kelapa ... (17) = 3.71 x 10-7m3 s x (915 kg m3)
=0.00034 kg s
Setelah diketahui laju aliran massa dari minyak kelapa, maka laju pindah panas yang diterima oleh minyak kelapa juga dapat diketahui dengan memasukkan variabel-variabel yang diketahui pada persamaan 14:
Q = m C (Tout – Tin)
= 0.00034 kg s 2.1 kJ kg °C 90-30 °C = 48.04 watt
Menurut Cengel (2003), nilai koefisien pindah panas (U) berdasarkan jenis fluida pemanas dan fluida yang dipanaskan seperti pada kasus ini berkisar antara 50–200 W/m2 °C. Lalu ditetapkan nilai koefisien pindah panas keseluruhan yang digunakan untuk perhitungan ini adalah nilai minimum, yaitu 50 W/m2 °C.
Karena suhu gas buang diasumsikan dan angka asumsinya bervariasi, maka nilai perbedaan suhu rata-rata logaritmik pun menjadi bervariasi, begitu juga dengan luas permukaan pindah panas dan panjang pipa tembaga yang dibutuhkan untuk menghasilkan suhu keluaran minyak kelapa optimum.
Luas permukaan pindah panas dapat diperoleh melalui persamaan 15:
A = Q
U ΔTlm
Setelah diketahui luas permukaan pindah panas dan diameter pipa tembaga yang digunakan, maka panjang pipa tembaga yang dibutuhkan dapat diperoleh melalui persamaan:
A = π D l ... (18) l = A
π D
Dimana: A = Luas permukaan pindah panas (mm2) D = Diameter pipa tembaga (mm)
