Uji Variasi Tekanan Nosel Terhadap Karakteristik Semprotan Bahan Bakar Biodiesel.

(1)

(2)

Tesis Untuk Memperoleh Gelar Magister

Pada Program Magister, Program Studi Teknik Mesin,

Program Pascasarjana Universitas Udayana

(3)

($& ) ("*(+ , "

Mengetahui

Pembimbing II,

Ir. I Nyoman Budiarsa, MT., Ph.D. NIP. 19660222 199103 1 002 Pembimbing I,

Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP. 19700607 199303 1 001

Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana

Universitas Udayana

Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP. 19700607 199303 1 001

Direktur Program Pascasarjana

Universitas Udayana

(4)

(+%+ "% (- , %#.% / " %"%- % 0-(, "%1% ("*#.% 2 /

)0*) $ +3 + ). " "%4()+%1 + / ! " / "** - "# )%

Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana

No. : 0315/UN14.4/HK/2016

Tanggal : 15 Januari 2016

Panitia Penguji Tesis adalah :

Ketua : Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma

Sekretaris : Ir. I Nyoman Budiarsa, MT., Ph.D.

Anggota :

1. Dr. Ir. I Gusti Ngurah Nitya Santhiarsa, MT. 2. I Made Widiyarta, ST., MSc., Ph.D.

(5)

NAMA : I WAYAN SUMA WIBAWA

NIM : 1491961005

PROGRAM STUDI : PASCASARJANA TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS UDAYANA

JUDUL TESIS : UJI VARIASI TEKANAN NOSEL TERHADAP

KARAKTERISTIK SEMPROTAN BAHAN BAKAR BIODIESEL

Dengan ini menyatakan bahwa karya ilmiah Tesis ini bebas plagiat. Apabila dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sangsi sesuai peraturan mendiknas RI No.17 Tahun 2010 dan peraturan Perundang – undangan yang berlaku

Denpasar, 15 Januari 2016 Yang menyatakan

(6)

Om Swastiastu,

Atas berkat rahmat Ida Sang Hyang Widhi Wasa/ Tuhan Yang Maha Esa maka penulis dapat menyelesaikan Tesis dengan judul, Uji variasi tekanan nosel terhadap karakteristik semprotan bahan bakar biodiesel. Penulisan Tesis ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada Program Pascasarjana Program Studi Teknik Mesin Universitas Udayana.

Dalam penulisan Tesis ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar@besarnya kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma, selaku Dosen Pembimbing I dan selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana Universitas Udayana,

2. Bapak Ir. I Nyoman Budiarsa, MT, Ph.D, selaku Dosen Pembimbing II dan selaku Dosen Pembimbing Akadedemik,

3. Para Dosen Pengajar serta Pegawai Universitas Udayana, rekan@rekan dan semua pihak yang ikut membantu dalam penyelesaian Tesis ini.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tesis ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu segala saran dan kritik, sangat penulis harapkan untuk penyempurnaan di kemudian hari. Akhir kata penulis berharap semoga Tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Om Santhi, santhi, santhi, Om.

(7)

ABSTRAK

UJI VARIASI TEKANAN NOSEL TERHADAP KARAKTERISTIK SEMPROTAN BAHAN BAKAR BIODIESEL

Di tengah nenipisnya ketersediaan bahan bakar fosil, membuat para peneliti dari berbagai negara sedang gencar mencari sumber energi alternatif yang dapat diperbaharui, salah satunya ialah biodiesel dari minyak nyamplung. Penggunaan biodiesel nyamplung pada mesin diesel masih mengalami kendala, karena viskositas dan densitas lebih tinggi daripada minyak solar hal tersebut mengakibatkan kinerja dari mesin diesel tidak optimal. Salah satu solusi mengatasi kendala tersebut diatas ialah dengan menambah tekanan pada injektor agar pengabutannya lebih halus.

Metode yang digunakan adalah dengan experimental alat (dengan variasi tekanan nosel 90 bar, 100 bar, 110 bar, 120 bar, dan 130 bar (range tekanan kerja nosel dari pabrik) dengan menggunakan D 100%, BD 100% dan BD 5 %.) kemudian hasil pengamatan dengan berbagai kondisi dianalisis dan dilakukan pendekatan model untuk mengetahui hubungan parameter@parameter utama penelitian menggunakan 3D non linier aproace.

Hasil yang diperoleh adalah data yang memperlihatkan pengaruh tekanan nosel terhadap kecepatan, sudut semprotan dan jumlah butiran dimana pada BD 5% + D 95%. tekanan nosel 90 bar kecepatan semprotannya 4,33 m/s, sudut semprotannya 17,83 deg, jumlah butirannya 3509 butir. Saat tekanan meningkat kecepatan semprotan terus meningkat, sudut semprotan meningkat sampai titik tertentu kemudian turun kembali, sedangkan jumlah butiran semakin banyak sampai titik tertentu kemudian kembali berkurang, hal serupa juga terjadi pada pengujian BD 100% dan D 100%. Dan dengan pendekatan non linear 3D

(dimensi) ghaussian didapatkan Prediktor/perumusan. Dengan demikian dapat

direkomendasikan BD 5% pada tekanan nosel 120 bar memiliki karakteristik yang paling mendekati D 100% (solar) atau dapat menggantikan penggunaan solar.

(8)

ABSTRACT

VARIATION PRESSURE TEST NOZZLE SPRAY CHARACTERISTICS OF BIODIESEL FUEL

In the middle of the thinness of the availability of fossil fuels, making researchers from various countries are aggressively seeking alternative energy sources that can be renewed, one of which is biodiesel from oil callophyluminophylum. Callophyluminophylum use of biodiesel in diesel engines still experiencing problems, due to the viscosity and density higher than petroleum diesel it results in the performance of the diesel engine is not optimal. One solution to overcome the above problems is to put more pressure on the injector that sprays more subtle.

The method used is the experimental tool (with a variation of the pressure nozzle 90 bar, 100 bar, 110 bar, 120 bar and 130 bar (range working pressure nozzle from the factory) by using D 100%, BD 100% and BD 5%. ) later observations with various conditions analyzed and made a model approach to determine the relationship of the main parameters of research using non@linear 3D aproace.

The result is data showing the effect of pressure on the velocity nozzle, spray angle and the number of grains which at 5% BD + D 95%. nozzle pressure of 90 bar the spray velocity of 4.33 m / s, the spray angle of 17.83 deg, the number of grains 3509 grains. When the pressure increases the speed of the spray continues to rise, spray angle increases to a certain point and then fell back, while the number of grains more and more until a certain point and then back is reduced, it is also common in testing BD 100% and D 100%. And the non@linear approach to 3D (dimensional) obtained ghaussian Predictors / formulation. Thus it can be recommended BD 5% at a pressure of 120 bar nozzle has characteristics that most closely D 100% (solar) or can replace the use of diesel fuel.

(9)

Di tengah nenipisnya ketersediaan bahan bakar fosil, membuat para peneliti dari berbagai negara sedang gencar mencari sumber energi alternatif yang dapat diperbaharui, salah satunya ialah biodiesel dari minyak nyamplung. Penggunaan biodiesel minyak nyamplung pada mesin diesel masih mengalami kendala, karena viskositas dan densitas lebih tinggi daripada minyak solar hal tersebut mengakibatkan kinerja dari mesin diesel tidak optimal. Salah satu solusi mengatasi kendala tersebut diatas ialah dengan menambah tekanan pada injektor agar pengabutannya lebih halus, maka dilakukan pengujian pengaruh tekanan injektor/nosel terhadap karakteristik semprotan.

Mengacu pada pemasalahan di atas, hipotesis yang disampaikan dalam penelitian ini adalah Dengan menaikkan tekanan nosel dapat menghasilkan karakteristik minyak nyamplung yang dapat menyerupai solar.

Pengujian karakteristik semprotan biodiesel minyak nyamplung dan perbandingan minyak solar dilakukan dengan berbagai variasi, mulai dari menggunakan minyak solar (100%), biodisel minyak nyamplung 100% dan biodisel minyak nyamplung 5 % + solar 95% yang akan diuji pada variasi tekanan nosel 90 bar, 100 bar, 110 bar, 120 bar, dan 130 bar (range tekanan kerja nosel dari pabrik).

(10)

nilai – nilai dari karakter semprotan tersebut di atas, data mentah tersebut kemudian di ubah dalam format (jpg).

Dari data pengujian didapat semakin besar tekanan pada pada akan berdampak pada kenaikan kecepatan tip penetrasi, kecepatan tip penetrasi yang paling kecil terdapat pada minyak biodiesel murni BD 100% dengan tekanan nosel 90 bar dimana nilai kecepatan tip penetrasinya tersebut hanya sekitar 1,42 m/s jauh lebih kecil dari nilai kecepatan pada minyak solar murni (D 100%) dengan tekanan nosel 130 bar. Hal tersebut sangat di pengaruhi oleh kekentalan (viskositas) dari minyak biodiesel yang lebih besar dari pada minyak solar murni sehingga untuk dapat tercapainya tip penetrasi tersebut membutuhkan waktu yang lebih lama.

Untuk D 100% pada tekanan nosel 110 bar memiliki sudut paling besar yaitu 31,57o, sedangkan untuk BD 5% + D 95% pada tekanan nosel 120 bar

memiliki sudut paling besar yaitu 24,51o, dan untuk BD 100% pada tekanan nosel

100 bar memiliki sudut paling besar yaitu 20,05o. Kenaikan tekanan nosel tidak membuat sudut semprotan terus membesar, tetapi terdapat titik maksimal kemudian turun kembali, hal ini dikarenakan kekentalan minyak dan kontruksi

nosel itu sendiri. Dengan pendekatan non linear 3D (dimensi) ghaussian

didapatkan hubungan antara tekanan nosel (p), kecepatan semprotan (v) dan sudut semprotan (ϴ) berupa prediktor/perumusan yang merupakan fungsi p(ϴ,v).

(11)

jumlah butiran paling banyak yaitu 3162 butiran. Dari data jumlah butiran,

dengan pendekatan non linear 3D (dimensi) ghaussian juga didapatkan hubungan

antara tekanan nosel (p), jumlah butiran (n) dan luas area semprotan (A) berupa prediktor/perumusan yang merupakan fungsi p(n,A).

(12)

5

Halaman

SAMPUL DALAM... i

PRASYARAT GELAR... ii

LEMBAR PERSETUJUAN ... iii

PENETAPAN PANITIA PENGUJI ... iv

SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT ... v

KATA PENGANTAR... vi

ABSTRAK... ... vii

ABSTRACT... ... viii

RINGKASAN... ... ix

DAFTAR ISI... xii

DAFTAR TABEL... xvi

DAFTAR GAMBAR ... xvii

DAFTAR ARTI SIMBOL ... xxii

DAFTAR ARTI SINGKATAN ... xxiv

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 3

1.3. Batasan Masalah ... 3

1.4. Tujuan Penelitian ... 4

1.5. Manfaat Penelitian ... 4

(13)

2.1.1. Density (Kerapatan Massa) ... 6

2.1.2. Viskositas/kekentalan ... 7

2.1.3. Titik Nyala (flash Point) ... 7

2.1.4. Specific Gravity ... 7

2.1.5. Nilai Kalor ... 8

2.2. Minyak Solar ... 8

2.3. Motor Diesel ... 11

2.4. Prinsip Kerja Motor Diesel Empat Langkah ... 12

2.5. Siklus Motor Diesel ... 14

2.6. Komponen Bahan Bakar Motor Diesel ... 15

2.6.1. Tangki Bahan bakar ... 17

2.6.2. Filter Bahan Bakar ... 17

2.6.3. Pompa Injeksi ... 18

2.6.4. Injektor /Nosel ... 18

2.7. Penyemprotan (Spray) ... 19

2.7.1. Pengabutan Udara ... 20

2.7.2. Pengabutan tekan ... 20

2.7.3. Pengabutan gas ... 20

2.8. Camera ... 25

6 3.1. Kerangka Berpikir ... 26

3.2. Konsep Penelitian ... 26

(14)

4.1. Metode Penelitian ... 28

4.1.1. Spesifikasi Ruang Bakar ... 30

4.1.2. Spesifikasi Injektor/ Nosel ... 31

4.1.3. Spesifikasi Kamera ... 31

4.1.4. Spesifikasi Tester Injeksi/Nosel ... 32

4.1.5. Spesifikasi Kompresor ... 32

4.2. Lokasi dan Waktu Penelitian ... 33

4.2.1. Lokasi Penelitian ... 33

4.2.2. Waktu Penelitian ... 33

4.3. Ruang Lingkup Penelitian... 33

4.4. Variabel Penelitian ... 34

4.5. Bahan dan Instrumen Penelitian ... 35

4.6. Diagram Alir Pengujian ... 36

5.1 Data Penelitian ... 37

5.2 Pengolahan Data ... 37

5.2.1. Data kecepatan dan sudut semprotan... 37

5.2.2. Data Distribusi Butiran (Droplet) ... 51

6.1 Analisis kecepatan dan sudut semprotan ... 71

6.2 Analisa Hubungan Antara Tekanan, Kecepatan dan Sudut Semprotan ... 74

(15)

6.4 Analisa Hubungan Antara Tekanan, Jumlah Butiran dan Luas Area

Semprotan ... 76

7.1 Kesimpulan ... 77 7.2 Saran ... 79

5

(16)

5

Halaman

Tabel 2.1. Specific gravity of various fuel ... 8

Tabel 2.2. Spesifikasi bahan bakar solar ... 9

Tabel 4.1. Waktu Penelitian ... 33

Tabel 5.1 Data hubungan antara waktu semprotan dengan kecepatan saat panjang penetrasi (L) 160 mm (0,16 m) untuk masing – masing minyak uji. ... 45

Tabel 5.2 Perbedaan panjang tip penetrasi hasil pengujian dengan hasil perhitungan teoritis untuk minyak uji solar murni (D 100%).. ... 47

Tabel 5.3 Perbedaan panjang tip penetrasi hasil pengujian dengan hasil perhitungan teoritis untuk minyak uji campuran BD 5% dan D 95%.. .... 47

Tabel 5.4 Perbedaan panjang tip penetrasi hasil pengujian dengan hasil perhitungan teoritis untuk minyak uji BD 100%.. ... 48

Tabel 5.5 Data hubungan antara tekanan nosel dengan sudut terbesar semprotan untuk masing – masing minyak uji... ... 49

Tabel 5.6. Data distribusi butiran semprotan pada BD 5% + D 95% pada tekanan 120 bar ... 52

Tabel 5.7. Data total distribusi butiran minyak solar murni ( D 100%) ... 53

Tabel 5.8. Data total distribusi butiran minyak campuran DB 5% + D 95% ... 54

(17)

5

Halaman

Gambar 2.1. Biji dan minyak Nyamplung ... 5

Gambar 2.2. Proses Transesterifikasi secara kimia ... 6

Gambar 2.3. Motor Diesel Injeksi Langsung/ Injeksi Tidak Langsung ... 12

Gambar 2.4. Prinsip kerja motor diesel 4 langkah. ... 13

Gambar 2.5. Siklus diesel digram P@V dan T@S ... 14

Gambar 2.6. Komponen Bahan bakar Motor diesel ... 15

Gambar 2.7. Pompa Injektor ... 18

Gambar 2.8. Injektor/Nosel ... 18

Gambar 2.9. Sistem peyemprotan ( spray) ... 21

Gambar 2.10. Penyemprotan tip Penetrasi ... 21

Gambar 2.11. Tip Penetrasi ... 23

Gambar 4.1. Foto alat semprotan yang digunakan pada pengujian ... 28

Gambar 4.2. Foto bahan bakar yang akan diuji ... 29

Gambar 4.3. Rancangan ruang bakar pengujian ... 30

Gambar 4.4. Nosel pengujian ... 31

Gambar 4.5. Kamera pengujian ... 31

Gambar 4.6. Tester injeksi/nosel ... 32

Gambar 4.7. Kompresor ... 32

Gambar 4.8. Skema / diagram alir penelitian yang akan dilakukan ... 36

Gambar 5.1. Pengolahan data awal semprotan dengan program image J... 37

(18)

Gambar 5.3 Pengukuran sudut dan panjang semprotan D 100% pada tekanan

nosel 100 bar ... 38 Gambar 5.4 Pengukuran sudut dan panjang semprotan D 100% pada tekanan

nosel 130 bar ... 40 Gambar 5.7 Pengukuran sudut dan panjang semprotan BD 5% + D 95% pada

tekanan nosel 90 bar ... 40 Gambar 5.8 Pengukuran sudut dan panjang semprotan BD 5% + D 95% pada

tekanan nosel 130 bar ... 42 Gambar 5.12 Pengukuran sudut dan panjang semprotan BD 100% pada tekanan

nosel 90 bar ... 43 Gambar 5.13 Pengukuran sudut dan panjang semprotan BD 100% pada tekanan

(19)

Gambar 5.15 Pengukuran sudut dan panjang semprotan BD 100% pada tekanan

nosel 130 bar ... 45 Gambar 5.17 Grafik pengaruh variasi tekanan nosel terhadap kecepatan

semprotan nosel ... 50 Gambar 5.18 Grafik Pengaruh variasi tekanan nosel terhadap sudut semprotan

nosel ... 51

Gambar 5.19 Hasil olah data dengan menggunakan program Image J ... 52 Gambar 5.20 Grafik distribusi diameter butiran semprotan minyak BD 5% + D

95% pada tekanan 90 bar ... 55 Gambar 5.21 Distribusi butiran semprotan minyak BD 5 % + D 95% pada tekanan

90 bar ... 56 Gambar 5.22 Grafik distribusi diameter butiran semprotan minyak BD 5% + D

95% pada tekanan 100 bar ... 56 Gambar 5.23 Distribusi butiran semprotan minyak BD 5 %+ D 95% pada tekanan

(20)

Gambar 5.27 Distribusi butiran semprotan minyak BD 5 % + D 95% pada tekanan

130 bar ... 60 Gambar 5.30 Grafik distribusi diameter butiran semprotan minyak BD 100% pada

tekanan 90 bar ... 60

Gambar 5.31 Distribusi butiran semprotan minyak BD 100% pada tekanan 90 bar. 61

Gambar 5.32 Grafik distribusi diameter butiran semprotan minyak BD 100% pada

tekanan 100 bar ... 61 Gambar 5.33 Distribusi butiran semprotan minyak BD 100% pada tekanan 100

bar... 62 Gambar 5.34 Grafik distribusi diameter butiran semprotan minyak BD 100% pada

(21)

Gambar 5.39 Distribusi butiran semprotan minyak BD 100% pada tekanan 130 bar... 65 Gambar 5.40 Grafik distribusi diameter butiran semprotan minyak D 100% pada

Gambar 5.41 Distribusi butiran semprotan minyak D 100% pada tekanan 90 bar ... 66

Gambar 5.42 Grafik distribusi diameter butiran semprotan minyak D 100% pada

Gambar 5.43 Distribusi butiran semprotan minyak D 100% pada tekanan 100 bar . 67

Gambar 6.1 Hubungan non linier 3D Ghaussian antara tekanan nosel (p),

kecepatan semprotan (v), dan sudut semprotan (ϴ) pada pengujian

BD 5% + D 95% ... 74

Gambar 6.2 Hubungan non linier 3D Ghaussian antara tekanan nosel (p), jumlah

butiran (n), dan luas area semprotan (A) pada pengujian BD 5% +

(22)

5

α = sudut (deg)

C = carbon

cm = Centi meter (cm)

CO = karbon monoksida

CO2 = Karbondioksida

d = diameter (m)

F = fraksi koofisien

g = gravitasi

H = hidrogen

HC = hidrocarbon

k = konstanta

kg = kilo gram (kg)

l = panjang (m)

m = meter (m)

ml = mili liter (ml)

NK = Nilai kalor

O = oksida

P = tekanan

r = jari@jari

re = renault number

S = penetrasi tip penyemprotan

T = waktu (s)

(23)

V = volume (m3)

= efisiensi (%)

= Sudut kerucut semprotan (deg)

ρ = massa jenis (kg/m3)

L = perubahan kondisi

% = Persentase (%)

0 =

Derajat

(24)

5

AFR = Air flow ratio

API = American petroleum institute

BD = biodiesel

BMN = Bahan minyak nabati

D = diesel

HD = hight divination

HHV = Higher heating value

HS = hight speed LDO = Light diesel oil

LHV = Low heating value

LSHS = Low sulphur heavy stock TMA = Titik mati atas

(25)

!"

# $% &

% $ &

' #

#

$

# '

(26)

& ) #

*

!& ) +" ,-. #

) /

&

*

-& 0

% *

+&

1.

%

#

2

#

(27)

2 #

%

$ "".& "".

1 . 3 1. # %

" "" " !" -" $ #

&

! "

%

$ "".& "".

1 . 3 1. #

4

! %

4

! "

'

(

)

2 *

! )

(28)

- 2 # #

%

" "" " !" -" *

+ 0 *

1 2

*

# $ % %

) %

$ "".&

"". 1 . 3 1.

#

*

! )

%

! & % %

7

$ "".&

"". 1 . 3 1.

(29)

Biodiesel adalah bahan bakar alternatif yang diformulasikan khusus untuk

mesin diesel yang terbuat dari minyak nabati (bio oil). Proses pembuatan

biodiesel adalah proses transesterifikasi antara minyak nabati dengan methanol

dan katalis pada suhu 60oC. Biodiesel memiliki keuntungan antara lain tidak

diperlukan modifikasi mesin, memiliki cetane number tinggi, ramah lingkungan,

memiliki daya pelumasan yang tinggi, aman dan tidak beracun.

Biodiesel juga merupakan bahan bakar alternatif dari bahan mentah

terbarukan (renewable) yang terbuat bukan dari minyak bumi. Biodiesel tersusun

dari berbagai macam ester asam lemak yang dapat diproduksi dari minyak

minyak tumbuhan seperti minyak sawit (palm oil), minyak kelapa, minyak jarak

pagar, minyak biji kapuk randu, minyak kemiri, minyak nyamplung dan masih

ada lebih dari 30 macam tumbuhan Indonesia yang potensial untuk dijadikan

sumber energi bentuk cair ini dan dalam penelitian ini bahan bakar nabati

berasal dari minyak nyamplung.

(30)

Hasil pengujian menunjukkan, setelah mengalami beberapa proses seperti

ektraksi, transesterifikasi diperoleh metil ester (biodiesel) yang memiliki sifat sifat

fisika mendekati sama dengan solar, pemakaian biodiesel mengurangi pemakaian

bahan bakar solar serta mengurangi pemanasan global dan pencemaran udara,

karena biodiesel ramah lingkungan .

Secara kimia, transesterifikasi berarti mengambil molekul asam lemak

kompleks dari minyak nabati atau hewani, menetralkan asam lemak tak jenuh

minyak nabati atau hewani dan menghasilkan alcohol ester. Karena komposisi

asam lemak tak jenuh pada minyak nyamplung sudah berkurang secara drastis,

maka pembuatan biodiesel dengan bahan baku minyak nyamplung diperkirakan

akan terjadi dengan lebih cepat. Prinsip proses transesterifikasi dapat dilihat pada

[image:30.612.160.488.417.540.2]

Gambar 2.2 berikut ini:

Gambar. 2.2.

Proses transesterifikasi secara kimia

!

Adalah perbandingan antara massa bahan bakar dengan volume bahan

bakar. Density bahan bakar dipengaruhi oleh temperatur, dimana semakin tinggi

temperatur, maka density semakin turun dan sebaliknya.

+ C2H5OH

(31)

$" "

Kekentalan suatu bahan bakar menunjukkan sifat menghambat terhadap

aliran, dan menunjukkan sifat pelumasannya pada permukaan benda yang

dilumasi. Kekentalan bisa didefinisikan sebagai gaya yang diperlukan untuk

menggerakkan suatu bidang dengan luas tertentu pada jarak tertentu dan dalam

waktu yang tertentu pula. Viskositas bahan bakar mempunyai pengaruh yang besar

terhadap bentuk semprotan bahan bakar. Dimana untuk bahan bakar dengan

viskositas yang terlalu tinggi akan memberikan atomisasi yang rendah sehingga

mengakibatkan mesin sulit di start. Selain itu, gas buang yang dihasilkan juga

akan menjadi hitam dengan smoke density yang cukup tinggi. Jika viskositas

bahan bakar terlalu rendah maka akan terjadi kebocoran pada pompa bahan

bakarnya dan mempercepat keausan pada komponen pompa dan injektor bahan

bakar.

% " & !

Flash point adalah temperatur pada keadaan dimana uap di atas

permukaan bahan bakar (biodiesel) akan terbakar dengan cepat (meledak). Flash

point menunjukan kemudahan bahan bakar untuk terbakar. Makin tinggi flash

point, maka bahan bakar semakin sulit terbakar. Makin mudah bahan bakar untuk

terbakar maka flash point nya menurun dan bahan bakar lebih effisien.

Berat bahan bakar atau specific gravity memegang peranan yang sangat

(32)

mesin. Makin tinggi specific gravity berarti bahan bakar akan semakin berat, dan

nilai kalor yang dihasilkan tiap volume akan semakin besar pula. Specific gravity

yang lebih tinggi juga menunjukkan sifat pelumasan yang lebih baik. Tetapi

specific gravity yang terlalu tinggi akan menyebabkan viskositas yang terlalu

tinggi, dan flash point yang terlalu tinggi.

[image:32.612.126.530.235.383.2]

Specific gravity terhadap air = ....……...…2.1

Tabel 2.1.

Specific gravity of various fuel '

Fuel oil type LDO (Light diesel oil) Furnace oil LSHS (Low sulphur

heavy stock)

Specific gravity 0,85 – 0,87 0,89 – 0,95 0,88 – 0,98

(

Nilai kalor dari bahan bakar diesel diukur dengan oksigen bomb

kalorimeter. Untuk memperoleh perkiraan nilai kalornya, bisa dipakai rumus

empiris di bawah ini:

NK = 18,650 + 40 (API – 10) BTU/lb ...2.2

API = API Gravity pada 60 oF = (141,5/specific gravity) – 131,5 ... ….2.3

Untuk menghitung lower heating volue (LHV) dan higher heating value

digunakan persamaan sebagai berikut:

LHV= HHV ………..………2.4

& "

Bahan bakar solar adalah bahan bakar minyak hasil sulingan dari minyak

(33)

umumnya adalah untuk bahan bakar pada semua jenis mesin diesel dengan

putaran tinggi (1000 rpm), yang juga dapat digunakan sebagai bahan bakar pada

pembakaran langsung dalam dapur dapur kecil yang terutama diinginkan

[image:33.612.138.509.230.386.2]

pembakaran yang bersih ' .

Tabel 2.2.

Spesifikasi bahan bakar solar ' .

Air Fuel Ratio ( AFR)

Air fuel ratio adalah perbandingan antara udara dan bahan bakar (proses

pencampuran udara dan bahan bakar), bahan bakar yang hendak dimasukkan ke

dalam ruang bakar haruslah dalam keadaan mudah terbakar, hal tersebut agar

didapatkan effisiensi tenaga motor yang maksimal. Campuran bahan bakar yang

belum sempurna akan sulit dibakar oleh percikan bunga api di dalam ruang bakar,

bahan bakar tidak dapat terbakar tanpa adanya udara (O2), tentunya dalam

keadaan yang homogen. Bahan bakar yang di gunakan dalam pembakaran sesuai

dengan ketentuan sebab bahan bakar yang melimpah pada ruang bakar justru tidak

meningkatkan tenaga dari motor tersebut, semakin banyak bahan bakar yang tidak

(34)

Air fuel ratio adalah factor yang mempengaruhi kesempurnaan proses

pembakaran didalam ruang bakar. Merupakan komposisi campuran bahan bakar

dan udara idealnya AFR bernilai 14,7 (1 bahan bakar : 14,7 udara) stoichiometry,

berikut pengaruh AFR pada kinerja mesin:

AFR Terlalu kurus :

Tenaga mesin menjadi sangat lemah

Sering menimbulkan detonasi

Mesin cepat panas

Dapat membuat kerusakan pada sillinder ruang bakar

AFR Kurus :

Tenaga mesin berkurang

Terkadang terjadi detonasi

Konsumsi bahan bakar irit

AFR Ideal :

Kondisi paling ideal

AFR Kaya :

Bensin agak boros

Tidak terjadi detonasi

Mesin lebih bertenaga

AFR Terlalu kaya :

Bensin sangat boros

Asap knalpot berwarna hitam

(35)

Perbandingan jumlah udara dengan bahan bakar disebut dengan Air Fuel

Ratio (AFR). Perbandingan ini dapat dibandingkan baik dalam jumlah massa

ataupun dalam jumlah volume.

= : = : _{………..………2.5}

Besarnya AFR dapat diketahui dari uji coba reaksi pembakaran yang

benar benar terjadi, nilai ini disebut AFR aktual. Sedangkan AFR lainnya adalah

AFR stoikiometri, merupakan AFR yang diperoleh dari persamaan reaksi

pembakaran. Dari perbandingan nilai AFR tersebut dapat diketahui nilai Rasio

Ekuivalen ( ) :

= : _{………..………..………2.6}

Untuk dapat mengetahui nilai AFR , maka harus dihitung jumlah

keseimbangan atom C, H dan O dalam suatu reaksi pembakaran. Adapun rumus

umum reaksi pembakaran yang menggunakan oksigen adalah :

C55H104O6+78 O2→55 CO2+52 H2O………...………2.7

% *

Motor diesel ditemukan oleh seorang insinyur Jerman benama Rudolf

Diesel pada tahun 1897 sebagai salah satu jenis motor pembakaran dalam

(Internal Combustion Engine). Konsep dari mesin ini adalah mesin dengan

pembakaran sendiri yaitu tanpa bantuan percikan api, dimana udara

dikompresikan dengan tekanan tinggi sehingga suhu dari udara ini tinggi dan

diakhir langkah kompresi bahan bakar diinjeksikan keruang bakar, bahan bakar

lalu bercampur dengan udara yang sudah panas dan akhirnya bahan bakar terbakar

(36)

Tipe Tipe Motor Diesel :

Tipe Motor Diesel Injeksi Langsung (Direct Injection Type)

Bahan bakar disemprotkan langsung ke ruang bakar utama, letak

ruang bakar utama ada di antara piston & silinder head bagian atas

piston dibuatkan ruang dengan desain khusus.

Tipe Injeksi Tidak Langsung ( Indirect Injection Type)

Pada ruang bakar motor diesel injeksi tidak langsung, bahan bakar

disemprotkan ke dalam ruang bakar pendahuluan (pre chamber) yang

telah dipanaskan dan disinilah awal pembakaran terjadi untuk

mendapatkan campuran yang baik kemudian dilanjukan dengan

[image:36.612.188.459.395.521.2]

pembakaran utama diruang bakar utama .

Gambar 2.3.

Motor diesel injeksi langsung/ injeksi tidak langsung .

+ * ,- . /" #

Pada motor diesel empat langkah, katup masuk dan katup buang digunakan

untuk mengontrol proses pemasukan udara murni dan pembuangan gas sisa

(37)

[image:37.612.183.468.95.232.2]

Gambar 2.4.

Prinsip kerja motor diesel 4 langkah .

1. Langkah isap, yaitu waktu torak bergerak dari TMA ke TMB. Katup isap

terbuka dan katup buangmenutup, udara murni diisap melalui katup isap.

2. Langkah kompresi, yaitu torak bergerak dari TMB ke TMA dengan

memampatkan udara murni yang diisap, karena kedua katup isap dan katup

buang tertutup, sehingga tekanan dan suhu udara dalam silinder tersebut akan

naik.

3. Langkah usaha, katup isap dan katup buang tertutup, sebelum torak mencapai

titik mati atas bahan bakar disemprotkan keruang bakar kemudian bercampur

dengan udara dengan temperatur tinggi, sehingga terjadi pembakaran dengan

sendirinya. Pada langkah ini torak mulai bergerak dari TMA ke TMB karena

pembakaran berlangsung bertahap.

4. Langkah buang, katup isap tertutup dan katup buang terbuka, torak bergerak

dari TMB ke TMA sehingga gas bekas pembakaran terdorong keluar melewati

(38)

( " 0 *

Siklus diesel adalah siklus teoritis untuk Compression Ignition Engine atau

motor diesel. Perbadaan siklus diesel dengan siklus otto adalah: pada motor diesel

penambahan panas terjadi pada tekanan tetap .

Gambar: 2.5.

Siklus diesel digram P V dan T S .

Prosesnya:

1 2 Kompresi isentropik (Reversibel Adiabatik)

2 3 Pembakaran isobarik

3 4 Ekspansi Isentropik (Reversibel Adiabatik)

4 1 Pembakaran kalor isochoric

Efisiensi teoritis siklus diesel :

=1- ………..………....………2.8

Efisiensi teoritis siklus dual:

= 1- ……….….2.9

Dimana:

P3/P2 (Perbandingan tekanan pada volume konstan)

V4/V2 (Cut off ratio/ perbandingan pemancuan)

K = 1,40

(39)

[image:39.612.191.507.133.335.2]

1 - # " *

Gambar 2.6.

Komponen bahan bakar motor diesel .

Adapun fungsi – fungsi komponen tersebut :

1. Fuel tank berfungsi untuk menyimpan bahan bakar sementara yang

akan digunakan dalam penyaluran bahan bakar yang dibutuhkan oleh

mesin;

2. Feed pump atau pompa penyalur berfungsi untuk mengalirkan bahan

bakar dengan cara memompa bahan bakar dari tangki dan

mengalirkannya ke pompa injeksi. Didalam feed pump juga terpasang

komponen yang bernama priming pump, yang berfungsi untuk

mengeluarkan udara palsu dari sistem bahan bakar;

3. Fuel filter biasanya terdapat 2 (dua) yaitu pada bagian sebelum feed

pump yang dilengkapi pula dengan water sedimenter yang berfungsi

untuk memisahkan air dalam sistem bahan bakar dan fuel filter

(40)

kotoran yang terdapat pada bahan bakar untuk menjaga kualitas bahan

bakar agar selalu bersih dan tidak menghambat aliran bahan bakar;

4. Injection pump yang berfungsi untuk menaikkan tekanan sehingga

bahan bakar solar dapat mudah dikabutkan oleh nosel. Didalam pompa

injeksi ada komponen yang bernama automatic timer dan governor

yang fungsinya ada dibawah ini ;

5. Automatic timer yang terpaang pada bagian depan pompa injeksi yang

berhubungan dengan timing gear berfungsi untuk memajukan saat

injeksi sesuai dengan putaran motor;

6. Governor terpasang pada bagian belakang pompa injeksi yang

berfungsi sebagai pengatur jumlah injeksi bahan bakar sesuai dengan

pembebanan motor;

7. Pengabut (nosel) berfungsi untuk mengabutkan bahan bakar agar

mudah bercampur dengan oksigen sehingga mudah terbakar dalam

silinder;

8. Pipa tekanan tinggi terbuat dari bahan baja yang berfungsi untuk

mengalirkan bahan bakar bertekanan tinggi dari pompa injeksi ke

masing masing pengabut;

9. Busi pijar atau busi pemanas (glow plug) berfungsi untuk memanaskan

ruangan pre chamber pada saat mulai start. Dengan merubah energi

(41)

10. Battery (aki) berfungsi sebagai sumber energi listrik yang mensuplai

energi yang dibutuhkan oleh busi pijar untuk memanaskan ruangan pre

chamber;

11. Kunci kontak (ignition switch) berfungsi sebagai saklar utama pada

sistem kelistrikan kendaraan;

12.Relay yang berfungsi sebagai pengaman dan pengatur saat pemanasan

ruang pre chamber.

1 /" # 2 "

Tangki bahan bakar terbuat dari bahan yang tidak korosi atau terbuat dari

baja tipis yang bagian dalamnya dilapisi bahan anti karat. Tangki bahan bakar

harus bebas dari kebocoran dan tahan terhadap tekanan minimal 0 3 bar, serta

tahan terhadap getaran mekanis yang ditimbulkan pada saat motor beroperasi,

dalam tangki bahan bakar terdapat fuel sender gauge yang berfungsi untuk

menujukan jumlah bahan bakar yang ada didalam tangki.

1 # "

Umur komponen sistem aliran bahan bakar motor diesel sangat ditentukan oleh

mutu saringan/ filter serta perawantan berkala sistem bahan bakar. Tekanan bahan

bakar dapat dibangkitkan oleh pompa injektor melalui plunyer, barel serta nosel.

Hal ini mengharuskan bahan bakar yang selalu bersih dan tidak terkontaminasi

(42)

1 % - + "

Berfungsi memberikan tekanan pada solar yang akan diinjeksikan /

[image:42.612.155.515.187.328.2]

disemprotkan oleh nosel.

Gambar.2.7.

Pompa injector .

1 + " $

Injektor/nosel adalah alat untuk memisahkan fluida atau minyak menjadi

tetesan kecil yang membutuhkan energi tertentu, energi yang diberikan melalui

pompa yang memiliki tekanan tinggi. Dengan pompa bertekanan tinggi akan

memecahkan minyak atau fluida dengan kecepatan tertentu, tekanan dan

kecepatan yang diberikan mencapai 100 psi sehingga memaksa fluida atau minyak

melalui lubang nosel.

Gambar 2.8.

[image:42.612.178.418.510.670.2]

(43)

Macam macam injektor seperti disebutkan diatas dengan sifat

pengabutan dan karakteristik yang berbeda maka pemilihan untuk fungsi

pemakaiannya juga berbeda yang bergantung pada proses pembakarannya dan

proses pembakaran ini ditentukan oleh bentuk ruang bakarnya, untuk sifat sifat

injector ini antara lain adalah seperti berikut:

a. Injector berlubang satu (Single Hole) proses pengabutannya sangat baik

akan tetapi mememrlkukan tekanan injektion pump yang tinggi.

b. Demikian halnya dengan Injektor berlubang banyak (Multi Hole)

pengabutannya sangat baik. Injector ini sangat tepat digunakan pada

direct injection (Injeksi Langsung).

3 Injektor dengan model pin, injektor model pin ini model trotle

maupun model pintle lebih tepat digunakan pada motor diesel dengan

ruang bakar yang memiliki combustion chamber, kamar muka maupun

kamar pusar (Turbulen).

Pada umunyan injector/Nozel yang digunakan dalam pengujian ini adalah

Injektor/Nozel mesin diesel tipe Broch,Injektor/Nozel dihubungkan dengan

Tester Injektor/nozel untuk memberi tekana berdasarkan kecepatan aliran

atau semprotan serta pengabutan yang diingginkan.

& - !

Penyemprotan atau spray adalah aliran udara/gas yang mengandung droplet

atau droplet yang bergerak dalam aliran udara/gas, oleh karena itu dalam proses

(44)

untuk itu proses pengabutan untuk memperoleh gas bahan bakar yang sempurna

pada injektor dapat dilakukan dengan tiga sistem pengabutan yaitu:

/ 20

Proses pengabutan udara terjadi pada saat bahan bakar yang bertekanan 60

sampai 85 kg/cm² mengakibatkan tekanan pada rumah pengabut sebesar 60

kg/cm² yang selalu berhubungan langsung dengan tabung udara dengan tekanan

bahan bakar dari pompa mencapai 70 kg/cm² pada volume tertentu akan

tertampung pada cincin pembagi dari pengabut tersebut.

/ 20 "

Pada proses pengabut tekan ini saluran bahan bakar dan ruangan dalam

rumah pengabut harus selalu terisi penuh oleh bahan bakar, dengan jarum

pengabut yang tertekan oleh pegas sehingga saluran akan tertutup. Namun ketika

bahan bakar dari injection pump yang beterkanan 250 kg/Cm² mengalir kebagian

takikan jarum pengabut, pengabut akan tertekan keatas sehingga saluran akan

terbuka. Dengan demikian, bahan bakar akan terdesak melalui celah di antara

jarum pengabut dalam bentuk gas.

% / 20 /

Pengabut ini dikonstruksi dengan komponen komponen yang terdiri atas

rumah pengabut, katup dan bak pengabut yang ditempatkan di bagian bawah dari

(45)

bakar telah berada dalam keadaan bertekanan tinggi dan katup injeksi sudah

terbuka sejak langkah pengisapan oleh torak dan pada kondisi demikan ini

sebagian bahan bakar telah menetes ke bak pengabut yang di bagian sisinya

[image:45.612.189.464.209.385.2]

terdapat lubang lubang kecil

Gambar 2.9.

Sistem peyemprotan ( spray)

Untuk mesin diesel, penetrasi ujung semprot terlalu lama disebabkan oleh

injeksi tekanan tinggi juga memiliki efek yang merugikan pada kontrol akurasi

campuran dan kinerja emisi karena penguapan (

Berdasarkan pembahasan diatas sehingga untuk dapat mengetahui tingkat

penyemprotan dengan tekana atomisasi, dan dapat diukur sudut kerucut

berdasarkan jarak semprotan digunakan persamaan empirical dimana ,

jarak penetrasi L 1 4

Gambar 2.10.

[image:45.612.225.422.585.681.2]

(46)

………2.10

………..………2.11

Dimana : L = jarak penetrasi (m);

= tekanan injeksi (bar);

= lubang nosel (m);

= break up time;(s)

= densitas udara lingkungan (kg/m3);

= diameter nosel (m).

Diameter semprotan merupakan hasil rata – rata dari panjang

semprotan di sumbu vertikal dan sumbu horizontal. Berdasarkan data

diameter hasil semprotan, besarnya sudut semprotan dapat dihitung

dengan menggunakan rumus 1 :

………. 2.12

Dimana :

Ɵ = Sudut semprotan (deg)

2p = Tekanan injector (bar)

= Diameter semprotan (Hm)

= Velocity (m/s)

Panjang semprotan penetrasi ditentukan dengan mencari arah axial

semprotan yang terjauh dari nosel, sudut yang meliputi struktur semprotan dari

nosel hingga 1/3 dari penetrasi. Garis linear digunakan untuk mengukur sudut

(47)

.l

Gambar 2.11.

Tip Penetrasi .

Untuk menganalisis sifat penetrasi seprotan diatas digunakan persamaan Hiroyasu

:

………...…..….……2.13

………..…………2.14

……….……..….2.15

………...2.16

………...…. 2.17

Dimana : = diameter nosel (m);

= penetrasi tip penyemprotan (m);

= waktu setelah mulai injeksi (s);

= break up time (s);

= kecepatan awal semprotan (m/s);

= discharge koofisen nosel;

= tekanan injeksi (bar);

= fuel density (kg/m3);

(48)

= Volume fraction pengabutan dari semprotan (m3);

= sudut kerucut semprotan (deg).

Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) adalah menyatakan jumlah pemakaian

bahan bakar yang dikonsumsi oleh motor untuk menghasilkan daya (HP) dalam

kurun waktu tertentu. Semakin rendah nilai SFC maka semakin rendah pula

konsumsi bahan bakar yang digunakan. Berikut ini merupakan hasil dari

pengukuran konsumsi bahan bakar spesifik.

Rumus yang digunakan untuk menghitung SFC adalah :

…..………...…. 2.18

Dimana :

Sfc : specific fuel consumption (Kg/Hp.jam);

Mf : laju aliran bahan bakar (Kg/jam);

ρ : 0.00075 kg/cc;

v : 10 ml;

mf : laju aliran bahan bakar (Kg/jam) v x ρ;

P : daya yang dihasilkan oleh mesin (HP).

Sementara nilai diameter rata – rata dari semprotan yang terjadi ini dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan Sauter Mean Diameter (SMD) berikut

:

…….. 2.19

Dimana :

σ = Tegangan permukaan minyak (N/m)

ρl = Massa jenis minyak (kg/m3)

(49)

µl = Viskositas minyak (mm2/s)

ρa= densitas udara lingkungan (kg/m3)

AFR = Rasio bahan bakar dengan udara

5

-Camera high divinition (HD) digunakan untuk mengambil proses gambar

semprotan dan sudut pengabutan pada saat penetrasi bahan bakar, untuk

menganalisis data tentang panjang penyemprotan, sudut penyemprotan, butiran