BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
1. Persiapan bahan baku biodiesel dilakukan di laboratorium PIK (Proses Industri Kimia) Universitas Sumatera Utara selama 5 minggu.
2. Pengujian Kandungan Biodiesel dilakukan di PPKS ( Pusat Penelitian Kelapa Sawit ) Medan Selama 2 minggu.
2. Pengujian nilai kalor bahan bakar dan performansi dilakukan di laboratorium Motor Bakar Universitas Sumatera Utara selama 2 minggu.
3.2 Peralatan Percobaan dan Bahan Percobaan 3.2.1 Peralatan dan Fungsi
Adapun alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Oven
Fungsi : Digunakan untuk memanaskan minyak dan bahan lainnya saat proses transesterifikasi.
2. Erlenmeyer
Fungsi : Digunakan sebagai wadah cairan. 3. Labu leher tiga
4. Hotplate Stirrer
Fungsi : Digunakan sebagai penghasil panas dan medan magnet bagi magnetik stirrer.
5. Magnetik Strirrer
Fungsi : Digunakan untuk menghasilkan putaran dalam labu leher tiga guna mengaduk campuran minyak dan katalis.
6. Termometer
Fungsi : Digunakan untuk mengukur temperatur cairan. 7. Beaker Glass
Fungsi : Digunakan sebagai wadah cairan. 8. Corong Pemisah
Fungsi : Digunakan untuk memisahkan biodiesel dari metanol, gliserol dan air.
9. Statif dan Klem
Fungsi : Digunakan sebagai penyangga dan pencengkram corong pemisah.
Fungsi : Digunakan untuk mengukur nilai kalor bahan bakar
11. TQ Small Engine Test Bed TD11I-MKII Spesifikasi:
Model : TD115-MKII
Type : 1 silinder, 4 langkah, dan horizontal Max output : 4.2 kW
Rated output : 2.5 kW Max speed : 3750 rpm 12. TecQuipment TD114
TecQuipment TD114 digunakan untuk melihat data keluaran yang akan digunakan untuk perhitungan performansi mesin. Data keluaran yang diambil antara lain: putaran (rpm), torsi (Nm), exhaust temperature (oC), tekanan udara (mmH2O), serta jumlah bahan bakar yang dihabiskan (ml). TecQuipment TD114
3.2.2. Bahan dan Fungsi
Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Lemak Ayam
Fungsi : Sebagai bahan baku pembutan biodiesel ( 2 Kg ) 2. Air
Fungsi : Sebagai bahan untuk pencucian biodiesel (10 L) 3. Metanol
Fungsi : Sebagai Reaktan (0,45 Kg) 4. KOH
5. Etanol
Fungsi : Sebagai pelarut (100 ml) 3.3 Prosedur Penelitian
Terdapat beberapa tahapan penting dalam penelitian seperti yang dapat dilihat pada gambar 3.1 berikut:
Gambar 3.1 Garis Besar Tahapan Penelitian
Pembuatan biodiesel dimulai dengan pengadaan lemak ayam. Setelah lemak ayam didapatkan, dilakukan pengujian terhadap kadar asam lemak bebas (free fatty acid/FFA) yang terkandung dalam minyak.
Gambar 3.2 Lemak Ayam
Gambar 3.3 Proses Transesterifikasi
Proses transesterifikasi dilakukan dengan meraksikan lemak ayam dengan sejumlah metanol pada perbandingan fraksi mol tertentu. Dalam reaksi digunakan katalis KOH untuk menurunkan energi aktivasi dari reaksi. Selanjutnya minyak hasil proses transesterifikasi dipisahkan dari gliserol yang terbentuk selama reaksi dengan menggunakan corong pemisah.
Minyak hasil transesterifikasi yang sudah dipisahkan dari gliserol sudah berupa metil ester kotor, selanjutnya dilakukan proses pencucian dengan menggunakan air pada suhu tertentu sampai bahan pengotor habis.
Gambar 3.5 Pencucian
Setelah proses pencucian selesai, metil ester kemudian dipanaskan didalam oven untuk menghilangkan kadar air sehingga didapatkan biodiesel lemak ayam.
Gambar 3.6 Biodiesel Lemak Ayam 3.3.1 Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas
Gambar 3.7 Diagram Alir Pengujian Kadar FFA
Sumber : ( Penuntun Praktikum Laboratorium Ilmu Kimia II, Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas sumatera utara , 2016/2017)
Dimasukkan sejumlah sampel minyak lemak ayam (dalam gram) kedalam erlenmeyer
Mulai
Campuran dikocok kuat hingga sampel larut
Campuran tersebut diambil sebanyak 10 ml
Ditambahkan 3 tetes phenolphtalein
Campuran tersebut diambil sebanyak 10 ml
Ditambahkan 3 tetes phenolphtalein
Larutan dititrasi dengan KOH 0,1 N
Apakah larutan sudah berubah warna
Dicatat volume KOH yang terpakai
Dihitung kadar FFA sampel*
Selesai
*kadar FFA sampel dihitung dengan persamaan:
... (3.1) Dimana: T = normalitas KOH
V = volume larutan KOH yang terpakai (ml) M = berat molekul FFA (gr/mol)
Sumber : ( Penuntun Praktikum Laboratorium II Departemen Teknik Kimia) 3.3.2 Prosedur Transesterifikasi
Gambar 3.8 Diagram Alir Proses Transesterifikasi
Sumber : ( Penuntun Praktikum Laboratorium Ilmu Kimia II, Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas sumatera utara , 2016/2017)
Dimasukkan KOH (dilarutkan dalam metanol*) sebanyak 1% dari berat minyak kedalam labu leher tiga
Mulai
Dimasukkan sejumlah minyak (dalam gram) kedalam labu leher tiga
Campuran dipanaskan selama 60 menit pada rentang suhu 40-60 oC
Dipisahkan metil ester dari gliserol dengan corong pemisah
Metil ester dicuci dengan air hangat hingga bekas cucian bening
Dipanaskan dalam oven pada suhu 115 oC selama 2 jam untuk menghilangkan kadar air
*sementara minyak dipanaskan, KOH sebanyak 1% dari berat minyak dilarutkan kedalam metanol dengan perbandingan sebagai berikut: ...(3.1) Dimana: G = massa methanol yang diperlukan
M = massa bahan baku yang akan di transesterifikasi Sumber : ( Penuntun Praktikum Laboratorium Ilmu Kimia II, Departemen Teknik
Kimia Fakultas Teknik Universitas sumatera utara , 2016/2017)
3.3.3 Bahan Baku
Bahan yang menjadi objek pengujian ini adalah: 1. Dexlite100%
2. Dexlite+ Biodiesel lemak ayam 5% atau (B5) 3. Dexlite+ Biodiesel lemak ayam 10% atau (B10) 4. Dexlite+ Biodiesel lemak ayam 15% atau (B15) 5. Dexlite+ Biodiesel lemak ayam 20% atau (B20) 6. Dexlite+ Biodiesel lemak ayam 25% atau (B25)
3.4 Metode Pengumpulan Data
Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi :
1. Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing – masing pengujian.
3.5 Metode Pengolahan Data
Data yang diperoleh dari hasil pengujian diolah menggunakan rumus yang ada, kemudian hasil dari peritungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.
3.6 Pengamatan dan Tahap Pengujian
Parameter yang ditinjau dalam pengujian ini adalah: 1. Torsi motor (T)
2. Daya motor (N)
3. Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) 4. Efisiensi thermal brake aktual
5. Efisiensi volumetris 6. Heat loss
7. Persentase heat loss
Prosedur pengujian dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu : 1. Pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar dexlite
2. Pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar dexlite + biodiesel lemak ayam 5%
3. Pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar dexlite + biodiesel lemak ayam 10%
4. Pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar dexlite + biodiesel lemak ayam 15%
6. Pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar dexlite + biodiesel lemak ayam 25%
3.7 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar
Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai kalor bahan bakar ini adalah alat uji Kalorimeter bom. Peralatan yang digunakan meliputi:
1. Kalorimeter, sebagai tempat air pendingin dan tabung bom. 2. Tabung bom, sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji. 3. Tabung gas oksigen.
4. Alat ukur tekanan gas oksigen, untuk mengukur jumlah oksigen yang dimasukkan ke dalam tabung bom.
5. Termometer, dengan akurasi pembacaan skala 0.010C.
6. Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin. 7. Spit, untuk menentukan jumlah volume bahan bakar.
8. Pengatur penyalaan (skalar), untuk menghubungkan arus listrik ke tangkai penyala pada tabung bom.
9. Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom
10. Pinset untuk memasang busur nyala pada tangkai, dan cawan pada dudukannya.
Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Diisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji.
3. Ditempatkan cawan yang berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala, serta mengatur posisi kawat penyala agar berada tepat diatas permukaan bahan bakar yang berada didalam cawan dengan menggunakan pinset. 4. Diletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan
berisi bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring “O” sampai
rapat.
5. Diisi bom dengan oksigen (30 bar).
6. Diisi tabung kalorimeter dengan air pendingin sebanyak 1250 ml. 7. Ditempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter. 8. Dihubungkan tangkai penyala penutup bom dengan kabel sumber arus
listrik.
9. Ditutup kalorimeter dengan penutup yang telah dilengkapi dengan pengaduk.
10. Dihubungkan dan mengatur posisi pengaduk pada elektromotor. 11. Ditempatkan termometer melalui lubang pada tutup kalorimeter.
12. Dihidupkan elektromotor selama 5 (lima) menit kemudian membaca dan mencatat temperatur air pendingin pada termometer.
13. Dinyalakan kawat penyala dengan menekan saklar.
14. Dipastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan lampu indikator selama elektromotor terus bekerja.
16. Dimatikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk pengujian berikutnya. Diulang pengujian sebanyak 5 (lima) kali berturut-turut.
3.8 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel
Prosedur pengujian performansi motor dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Instrumen mesin diesel dikalibrasi sebelum digunakan.
2. Dimasukkan bahan bakar kedalam saluran bahan bakar mesin.
3. Dioperasikan mesin dengan cara memutar poros engkol mesin, kemudian memanaskan mesin selama 10 menit.
4. Diatur putaran mesin pada 1800 rpm menggunakan tuas kecepatan sambil melihat data analog pada instrumen.
5. Diletakkan beban statis pada dynamometer.
6. Dihitung lama waktu konsumsi bahan bakar sebanyak 8 ml dengan menggunakan stopwatch.
7. Dicatat data keluaran pada papan instrumen meliputi torsi, tekanan udara pada manometer, temperatur gas buang, dan waktu konsumsi bahan bakar. 8. Diulang pengujian dengan menggunakan variasi putaran yang berbeda
Prosedur pengujian dapat dilihat pada diagram alir pada gambar dibawah ini.
Gambar 3.9 Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin Bahan bakar campuran biodiesel
dialirkan dari tabung bahan bakar. Putaran mesin: n rpm
Beban: 3.5 dan 4.5 kg
Mencatat torsi, temperatur exhaust dan tekanan udara masuk
Mencatat waktu yang habis terpakai untuk pemakaian 8 ml bahan bakar
Mengulang pengujian dengan beban dan putaran yang berbeda
Menganalisa data hasil pengujian
Kesimpulan
Selesai
Secara lebih real urutan pengujian akan diperlihatkan pada gambar 3.10 di bawah ini.
Gambar 3.10 Set-up pengujian performansi mesin diesel 4 3
2 1
8 7
6 5
9
1
Keterangan:
1. Mengatur posisi gas 2. Memasukkan bahan bakar
3. Menghidupkan mesin TD-111 dengan menarik tuas engkol 4. Menghidupkan Tec-equipment TD-115
5. Mengatur posisi jarum pengukur torsi pada posisi nol 6. Memberikan beban pada lengan beban
7. Menentukan besar putaran dan mencatat hasil pembacaan RPM. 8. Mencatat waktu menghabiskan 8 ml bahan bakar.
BAB IV
HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Karakteristik Biodiesel Lemak Ayam
Berikut adalah hasil ekstraksi, transesterifikasi dan perbandingan dengan dengan SNI ( Standard Nasional Indonesia) :
Tabel 4.1 Karakteristik Biodiesel Lemak Ayam
PARAMETER SATUAN Hasil Uji Standar Metodi Uji Kadar Ester % 99.569 Min 96.5 Gascromatography
Densitas Kg/m3 856,24 850-890 Uji Lab PIK USU Viskositas cst 3.8 2.3 – 6 Uji Lab PIK USU Gliserol Bebas % massa 0 0.02 Gascromatography
Internal % massa 1.1493 Gascromatography
Gliserol Total % massa 0 Maks
0.02
Gascromatography
Dari hasil pengujian didapat biodiesel sudah memenuhi standard nasional. Pengujian ini dilakukan di PPKS sumatera utara
4.1 Hasil Pengujian Kalori Meter Bom
Pengujian kalori meter bom dilakukan untuk mendapatkan nilai kalor daripada bahan bakar yang akan diuji. Nilai kalor bahan bakar didapat dengan melihat perbedaan suhu air sebelum dan sesudah proses pengeboman bahan bakar berlangsung dapat dihitung dengan persamaan 2.2.
Berikut ditampilkan hasil pengujian kalori meter bom, beserta nilai HHV dan LHV dari bahan bakar
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Kalori Meter Bom
4.2 Hasil Pengujian Engine Tes Bed TD -111
Dari engine tes bed TD -111 di lakukan pengujian dan hasil uji diamati pada instrumentasi pembaca TD – 115. Pengujian dilakukan dengan 6 variasi bahan bakar, 5 variasi putaran dan 2 variasi beban statis yaitu 3.5 kg dan 4.5 kg. 4.2.1 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Dexlite
Hasil pembacaan instrumen alat ukur untuk Dexlite adalah seperti pada tabel 4.3 sebagai berikut:
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Dengan Bahan Dexlite
Beban (Kg) Putaran Torsi (Nm) Waktu (s) mmH2o T (exhaust)
4.2.2. Hasil Pengujian Bahan Bakar Dexlite + Biodiesel Lemak Ayam 5% Hasil pembacaan instrumen alat ukur untuk Dexlite+ Biodiesel Lemak Ayam 5%, seperti pada tabel 4.4 adalah sebagai berikut:
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Dengan Dexlite+ Biodiesel Lemak Ayam 5%
4.2.3 Hasil Pengujian Bahan Bakar Dexlite + Biodiesel Lemak Ayam 10% Hasil pembacaan instrumen alat ukur untuk Dexlite+ Biodiesel Lemak Ayam 10%, seperti pada tabel 4.5 adalah sebagai berikut:
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Dengan Dexlite + Biodiesel Lemak Ayam 10%
Beban
4.2.4 Hasil Pengujian Bahan Bakar Dexlite + Biodiesel Lemak Ayam 15% Hasil pembacaan instrumen alat ukur untuk Dexlite+ Biodiesel Lemak Ayam 15%, seperti pada tabel 4.6 adalah sebagai berikut:
Tabel 4.6 Hasil Pengujian Dengan Dexlite + Biodiesel Lemak Ayam 15%
4.2.5 Hasil Pengujian Bahan Bakar Dexlite + Biodiesel Lemak Ayam 20% Hasil pembacaan instrumen alat ukur untuk Dexlite + Biodiesel Lemak Ayam 20%, seperti pada tabel 4.7 adalah sebagai berikut:
Tabel 4.7 Hasil Pengujian Dengan Dexlite + Biodiesel Lemak Ayam 20%
Beban
4.2.6 Hasil Pengujian Bahan Bakar Dexlite + Biodiesel Lemak Ayam 25% Hasil pembacaan instrumen alat ukur untuk Dexlite + Biodiesel Lemak Ayam 25%, seperti pada tabel 4.8 adalah sebagai berikut:
Tabel 4.8 Hasil Pengujian DenganDexlite + Biodiesel Lemak Ayam 25%
Beban
Gambar 4.1 Grafik Torsi vs Putaran mesin untuk beban 3.5 kg
4.3 Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel
Data yang diperoleh dari pembacaan langsung alat uji mesin diesel 4 langkah 1 silinder TD – 115 melalui alat pembaca TD – 114 selanjutnya akan diproses dan dikalkulasi untuk mendapatkan besar performansi dari mesin diesel tersebut.
4.3.1 Daya
Besarnya daya dari masing-masing pengujian dan tiap variasi beban dihitung dengan menggunakan persamaan 2.5 .
Untuk pengujian dengan bahan bakar Dexlite : Beban : 3.5 Kg
Putaran mesin : 1800 rpm Torsi : 7,4 Nm
= 13941,16 W = 1,3941 KW
Tabel 4.9 Data Perhitungan Untuk Daya Pada Beban 3,5 Kg
Tabel 4.10 Data Perhitungan Untuk Daya Pada Beban 4,5 Kg
PUTARAN Pada pembebanan 3.5 kg daya terendah terjadi pada penggunaan campuran
Biodiesel lemak ayam 25%, putaran mesin 1800 rpm sebesar 1,206 kW sedangkan daya tertinggi terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Dexlite pada putaran mesin 2600 rpm sebesar 2,259 kW. Pada pembebanan 4.5 kg daya terendah terjadi pada pengujian
Perbandingan masing-masing daya pada setiap putaran mesin, variasi beban dan variasi bahan bakar dapat dilihat pada gambar 4.3 dan 4.4 dibawah ini:
Gambar 4.3 Grafik Daya vs Putaran mesin untuk beban 3.5 kg
Dari grafik dapat dilihat bahwa daya tertinggi terjadi pada penggunaan dexlite sedangkan daya terendah terjadi pada penggunaan dexlite + Biodiesel lemak ayam 25%. Hal ini disebabkan oleh besarnya torsi yang diperoleh dengan bahan bakar dexlite lebih tinggi daripada dengan menggunakan bahan bakar campuran biodiesel.
4.3.2. Laju Aliran Bahan Bakar (mf)
Laju aliran bahan bakar didapat adalah banyaknya bahan bakar yang habis terpakai selama satu jam pemakaian, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.7 dengan volume bahan bakar yang diuji sebesar 8 ml.
Dengan menggunakan harga sgf, dan tf yang didapat dari percobaan, maka diperoleh laju aliran bahan bakar menggunakan dexlite:
Beban : 3.5 kg Putaran mesin : 1800 rpm Waktu : 126 detik aliran bahan bakar menggunakan 95% dexlite + 5 % biodiesel :
= 0,187763981 kg/ jam
Dengan cara yang sama untuk setiap pengujian pada putaran mesin, variasi beban dan variasi persentase Biodiesel lemak ayam maka hasil perhitungan mf untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel 4.11 dan tabel 4.12 di bawah ini
Tabel 4.11 Laju Aliran Bahan Bakar Beban 3,5 Kg
PUTARAN
Tabel 4.12 Laju Aliran Bahan Bakar Beban 4,5 Kg
PUTARAN
sedangkan mf tertinggi pada saat menggunakan biodiesel lemak ayam 25% pada putaran mesin 2600 yaitu sebesar 0,3532 kg/jam
Pada pembebanan 4.5 kg, mf terendah terjadi pada saat menggunakan dexlite pada putaran mesin 1800 rpm yaitu sebesar 0,1919 kg/ jam. sedangkan mf tertinggi pada saat menggunakan biodiesel lemak ayam 25% pada putaran mesin 2600 rpm yaitu sebesar 0,3695 kg/jam
Perbandingan masing-masing nilai mf pada setiap putaran mesin, variasi beban dan variasi bahan bakar dapat dilihat pada gambar grafik 4.5 dan 4.6 di bawah ini:
Gambar 4.6 Grafik mf vs putaran mesin untuk beban 4.5 kg
Dilihat pada grafik, campuran bahan bakar biodiesel 25% memiliki laju aliran bahan bakar paling besar, hal ini disebabkan pengaruh besarnya spesifik gravitasi campuran berpengaruh pada waktu penggunaan bahan bakar.
4.3.3 Rasio udara bahan bakar (AFR)
Rasio udara bahan bakar (AFR) dari masing-masing jenis pengujian dihitung berdasarkan persamaan 2.8.
Besarnya laju aliran udara (ma) diperoleh dengan membandingkan besarnya tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow manometer terhadap kurva viscous flowmeter calibration
tekanan 101.3 kPa dan temperatur 20oC. maka besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor pengali berikut:
Untuk pengujian dengan menggunakan dexlite, beban 3.5 kg dan putaran mesin 1800 rpm tekanan udara masuk didapati 12,5 mmH2O, dengan melakukan interpolasi pada kurva viscous flow meter didapat besar ma 13.9261006 kg/jam, dan kemudian dikalikan dengan faktor koreksi sehingga didapat massa udara yang sebenarnya:
ma = 13.9261006 x 0.946531125= 13.18148766 kg/jam
Dengan cara yang sama maka didapat nilai ma untuk masing-masing pengujian, maka dapat dihitung besarnya AFR.
Untuk pengujian dengan menggunakan dexlite pada putaran 1800 rpm dan beban 3.5 kg maka didapatkan besar AFR:
AFR = 71,43627
Tabel 4.13 Air Fuel Ratio Pada Beban 3,5 Kg
Tabel 4.14 Air Fuel Ratio Pada Beban 4,5 Kg
PUTARAN campuran biodiesel lemak ayam 25% pada putaran mesin 2600 rpm yaitu 46,873, sedangkan AFR tertinggi terjadi pada penggunaan bahan bakar Dexlite putaran mesin 1800 rpm yaitu 71,436
Perbandingan harga AFR masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.7 dan 4.8 berikut:
Gambar 4.7 Grafik AFR vs putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg Dari grafik diatas terlihat biodiesel 25 % memiliki AFR terendah dan
Gambar 4.8 Grafik AFR vs putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg Dari grafik diatas terlihat biodiesel 25 % memiliki AFR terendah dan
dexlite memiliki AFR tertinggi, hal ini disebabkan nilai AFR berbanding terbalik dengan laju aliran bahan bakar
4.3.4 Effisiensi Volumetrik
Effisiensi volumetrik untuk motor bakar 4 langkah dihitung dengan persamaan 2.9.
Dengan memasukkan harga tekanan dan temperature udara yaitu sebesar100 kPa dan suhu 27oC, maka diperoleh massa jenis udara sebesar:
ρa =
Dengan diperolehnya massa jenis udara, maka dapat dihitung besarnya efisiensi volumetrik untuk masing-masing pengujian dengan variasi persentase Biodiesel lemak ayam , putaran mesin dan beban.
Untuk pengujian menggunakan dexlite beban 3.5 kg pada putaran mesin 1800 rpm maka didapatkan nilai efesiensi volumetris:
= 91,4022%
Harga efisiensi volumetrik untuk masing-masing pengujian dapat dihitung dengan melakukan perhitungan yang sama dengan perhitungan di atas dengan variasi beban, putaran mesin, dan biodiesel lemak ayam yang berbeda seperti ditunjukkan pada table 4.15 dan 4.16 berikut ini:
Tabel 4.15 Effesiensi Volumetrik Pada Beban 3.5 Kg
PUTARAN MESIN
Efesiensi Volumetris (%) Pada Beban 3.5 Kg
Tabel 4.16 Effesiensi Volumetrik Pada Beban 4.5 Kg
PUTARAN MESIN
Efesiensi Volumetris (%) Pada Beban 4.5 Kg
Dexlite B5 B10 B15 B20 B25
1800 94.744 91.402 88.060 84.718 81.376 78.033
2000 94.294 91.286 88.278 85.270 82.262 79.254
2200 96.660 91.191 88.456 85.722 82.987 80.253
2400 96.125 91.112 88.605 86.098 83.592 81.085
2600 95.672 91.044 88.731 86.417 84.103 81.789
Effisiensi volumetrik terendah terjadi pada penggunaan 25% biodeisel lemak ayam pada pembebanan 3.5 dengan putaran mesin 1800 sebesar 74,691 % dan 25% biodeisel pada putaran 1800 dengan beban 4,5 kg yaitu sebesar 78,003 %
efisiensi volumetrik tertinggi terjadi pada penggunaaan minyak dexlite pada pembebanan 3.5 kg pada putaran mesin 1800 rpm yaitu sebesar 91,402 % dan pada pembebanan 4,5 kg pada putaran 2200 yaitu sebesar 96,66%
Gambar 4.9 Grafik effisiensi volumetrik vs putaran mesin pada beban 3.5 kg
Efisiensi volumetris dipengaruhi oleh laju konsumsi udara, dan besar putaran mesin, yang dapat dilihat pada grafik efisiensi
volumetris pada biodiesel lemak ayam 25% memiliki efesiensi
lebih rendah. Dapat disimpulkan laju konsumsi udara berbanding
lurus dengan besarnya efisiensi volumetris.
4.3.5 Daya Aktual
Daya aktual didapat dengan mengalikan Daya hasil pembacaan dengan effiesiensi mekanikal dan effesiensi volumetric dapat dihitung dengan mengunakan persamaan 2.10
Untuk beban 3.5 kg putaran mesin 1800 dengan bahan bakar dexlite maka didapat daya aktual:
Pa = 1,3941 x 0,91402 x 0.75 = 0,956 kW
Dengan menggunakan cara yang sama untuk setiap variasi putaran mesin, beban dan bahan bakar maka didapat hasil seperti pada tabel 4.17 dan 4.18 dibawah ini:
Tabel 4.17 Daya Aktual Pada Beban 3.5 Kg
Tabel 4.18 Daya Aktual Pada Beban 4.5 Kg
PUTARAN MESIN
Daya Aktual ( kw) pada beban 4.5 Kg
Dexlite B5 B10 B15 B20 B25
1800 1,258 1,175 1,107 1,006 0,954 0,904 2000 1,392 1,304 1,247 1,138 1,085 1,033 2200 1,603 1,449 1,390 1,273 1,218 1,150 2400 1,757 1,596 1,527 1,411 1,354 1,329 2600 1,972 1,765 1,684 1,570 1,511 1,469
Pada pembebanan 3.5 kg daya aktual tertinggi terjadi pada penggunaan dexlite putaran mesin 2600 rpm yaitu sebesar 1,542 kW sedangkan daya terendah terjadi pada penggunaan campuran biodiesel lemak ayam 25% pada putaran mesin 1800 rpm yaitu sebesar 0,675 kW
Pada pembebanan 4.5 kg daya aktual terbesar terjadi pada penggunaan dexlite pada putaran mesin 2600 rpm yaitu sebesar 1,972 kW sedangkan daya aktual terkecil terjadi pada penggunaan campuran Biodiesel lemak ayam 25% putaran mesin 1800 rpm yaitu sebesar 0,904kW
Gambar 4.11 Grafik Daya aktual vs putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg
4.3.6 Efisiensi Termal aktual
Efisiensi termal aktual adalah perbandingan antara daya aktual dengan laju panas rata-rata yang dihasilkan bahan bakar, yang dapat dihitung dengan persamaan 2.11.Dengan nilai LHV untuk masing-masing sesuai dengan variasi persentase biodiesel lemak ayam yang didapat melalui percobaan bom kalori meter.
Maka dengan memasukkan nilai-nilai ke persamaan untuk beban 3.5 kg putaran mesin 1800 rpm menggunakan dexlite didapatkan nilai efisiensi termal: η x 3600 x 0,75
= 0,278019 = 27,8019 %
Dengan menggunakan cara yang sama maka didapatkan besar effisiensi thermal untuk variasi putaran mesin, pembebanan, dan bahan bakar seperti pada tabel 4.19 dan tabel 4.20 di bawah:
Tabel 4.19 Effisiensi termal pada beban 3,5 Kg
PUTARAN MESIN
Effisiensi termal(%) pada beban 3,5 Kg
Tabel 4.20 Effisiensi termal pada beban 4,5 Kg
PUTARAN MESIN
Effisiensi termal beban(%) pada beban 4,5 kg
Dexlite B5 B10 B15 B20 B25 rpm sebesar 18,485 % sedangkan efisiensi termal tertinggi terjadi pada penggunaan bahan bakar dexlite putaran mesin 1800 rpm yaitu sebesar 27,802%
Pada pembebanan 4.5 kg efisiensi termal aktual terendah terjadi pada penggunaan campuran biodiesel lemak ayam 25% putaran mesin 2600 rpm yaitu sebesar 22,86% sedangkan efisiensi termal aktual tertinggi mesin terjadi pada penggunaan bahan bakar dexlite putaran 1800 rpm yaitu sebesar 35,188%
Perbandingan nilai effesiensi termal aktual untuk setiap variasi pembebanan dapat dilihat pada gambar 4.13 dan 4.14 di bawah ini.
Gambar 4.14 Effisiensi Termal Aktual vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg
diperoleh efisiensi terendah terjadi pada penggunaan biodiesel 25 % karena memiliki nilai kalor terendah
4.4.7 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Aktual (SFC)
Konsumsi bahan bakar spesifik dari masing-masing pengujian pada tiap-tiap variasi beban, putaran dan bahan bakar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.12 Dengan diperolehnya besar laju aliran bahan bakar pada sub bab 4.3.2 maka untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar dexlite dengan beban 3.5 kg pada putaran mesin 1800 rpm didapat nilai SFC:
Sfc = 199,53 (gr/kWh)
Dengan menggunakan cara yang sama untuk variasi beban, bahan bakar, dan putaran mesin maka didapatkan hasil perhitungan SFC seperti pada tabel 4.21 dan tabel 4.22 di bawah ini
Tabel 4.21 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Pada Beban 3,5 Kg
PUTARAN MESIN
Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Aktual (Sfc) Pada Beban 3,5 Kg
Tabel 4.22 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Pada Beban 4,5 Kg
PUTARAN MESIN
Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Aktual (Sfc) Pada Beban 4,5 Kg
Dexlite B5 B10 B15 B20 B25
1800 157,647 187,220 182,734 212,038 216,346 240,812 2000 163,680 188,958 190,310 213,085 221,732 233,337 2200 163,303 191,113 204,131 231,264 231,121 245,192 2400 170,777 192,967 202,042 227,606 234,535 239,434 2600 180,772 199,431 215,567 235,159 248,521 259,947 Pada pemebebanan 3.5 kg SFC tertinggi terjadi pada penggunaan biodiesel
lemak ayam 25% putaran mesin 2600 rpm yaitu sebesar 321,468 gr/kWh dan SFC terendah terjadi pada penggunaan bahan bakar dexlite putaran mesin 1800 rpm yaitu sebesar 199,531 gr/kWh
Gambar 4.15 SFC vs Putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg
Gambar 4.16 SFC vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg
4.4.8 Heat Loss
Heat loss yang terjadi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.13 Untuk beban 3.5 kg, putaran 1800 rpm bahan bakar dexlite maka heat loss dapat dihitung:
Heat Loss = (13,18148 + 0,1845 ) x (110 –27) x 1.005 = 1109, 379 W
= 1,109379kW
Selanjutnya dengan perhitungan yang sama untuk pembebanan, variasi nilai LHV sesuai dengan persentase biodiesel lemak ayam , dan putaran yang bervariasi maka diperoleh heat losses seperti pada tabel 4.23 dan tabel 4.24 di bawah ini.
Tabel 4.23 Heat Loss Pada Beban 3,5 Kg
PUTARAN MESIN
Heat Loss (W) Pada Beban 3,5 Kg
Dexlite B5 B10 B15 B20 B25
Tabel 4.24 Heat Loss Pada Beban 4,5 Kg
PUTARAN MESIN
Heat Loss (W) Pada Beban 4,5 Kg
Dexlite B5 B10 B15 B20 B25
1800 1150,002 1111,735 1070,310 1031,176 1109,983 1066,170 2000 1425,677 1531,190 1336,891 1292,524 1381,668 1332,065 2200 1953,844 1846,576 1792,862 1739,563 1832,688 1629,279 2400 2309,164 2191,552 2305,693 2074,547 2178,648 2114,616 2600 3101,977 2760,766 2881,711 2625,280 2736,904 2663,260
Pada pembebanan 3.5 kg Heat Loss tertinggi terjadi pada penggunaan bahan bakar Dexlite putaran mesin 2600 rpm yaitu sebesar 2760,679 W, sedangkan Heat Losses terendah terjadi pada penggunaan biodiesel lemak ayam 15 % pada putaran mesin 1800 rpm yaitu sebesar 990,066 W
Pada pembebanan 4.5 kg Heat Loss tertinggi terjadi pada penggunaan bahan bakar dexlite pada putaran mesin 2600 yaitu sebesar 3101,977 W sedangkan Heat loss terendah terjadi pada penggunaan biodiesel lemak ayam 15% pada putaran mesin 1800 rpm yaitu sebesar 1031,176 W
Gambar 4.17 Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg
Gambar 4.18 Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg
Heat Loss yang tinggi pada dexlite diakibatkan suhu exhaust yang
dikeluarkan pada penggunaan dexlite relatif lebih tinggi, hal ini
dari semua bahan bakar yang tersedia, putaran tinggi juga
meningkatkan peningkatan suhu exhaust pada putaran
4.4.9 Persentase Heat Loss
Besarnya persentase panas yang terbuang dari mesin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.14.
Dengan memasukkan nilai Te dan LHV untuk dexlite pada putaran 1800 rpm, pembebanan 3.5 kg maka didapat % Heat Loss sebagai berikut:
= 12,353 %
Dengan menggunakan perhitungan yang sama pada variasi nilai LHV untuk setiap persetase bahan bakar biodiesl lemak ayam , dan putaran maka didapat nilai persentase heat loss seperti ditunjukkan pada tabel 4.25 dan tabel 2.26 di bawah ini.
Tabel 4.25 Persentase Heat Loss Pada Beban 3,5 Kg
PUTARAN MESIN
Persentase Heat Loss (%) Pada Beban 3,5 Kg
Tabel 4.26 Persentase Heat Loss Pada Beban 4,5 Kg
PUTARAN MESIN
Persentase Heat Loss (%) Pada Beban 4,5 Kg
Dexlite B5 B10 B15 B20 B25
1800 12,309 11,062 11,764 10,860 12,149 11,138 2000 13,290 13,604 12,526 11,969 12,980 12,573 2200 15,853 14,601 14,052 13,266 14,710 13,139 2400 16,344 15,577 16,617 14,503 15,500 15,115 2600 18,475 17,170 17,653 15,969 16,226 15,863
Pada pembebanan 3.5 kg persentase heat loss tertinggi terjadi pada bahan camputaran 5% putaran mesin 2600 yaitu sebesar 17,211 % sedangkan persentase Heat Loss terendah terjadi pada penggunaan campuran biodiesel lemak ayam 25% putaran mesin 1800 rpm yaitu sebesar 10,945 %
Pada pembebanan 4.5 kg persentase heat loss tertinggi terjadi pada bahan bakar dexlite putaran mesin 2600 rpm yaitu sebesar 18,475 % sedangkan Persentase Heat Loss terendah terjadi pada penggunaan campuran biodiesel 25% putaran mesin 1800 rpm yaitu sebesar 11,138%
Gambar 4.19 Persentase Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg
Gambar 4.20 Persentase Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg
Dari tren grafik diperoleh persentase Heat Loss yang tertinggi pada dexlite
diakibatkan suhu exhaust yang dikeluarkan pada penggunaan dexlite
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1Kesimpulan
1. Penggunaan biodiesel lemak ayam sebagai bahan bakar alternative sudah layak digunakan dimana sudah memenuhi standard nasional dan perbandingan performansi dexlite dengan campuran biodiesel lemak ayam dan dexlite tidak terlalu signifikan.
2. Dari hasil penelitian variasi bahan bakar dexlite dan campuran biodiesel lemak ayam diperoleh data bahwa penggunaan 5% biodiesel lemak ayam memiliki performansi paling baik karena mendekati penggunaan dexlite 100%.
3. Dari data hasil penelitian didapatkan Performaansi mesin dengan mengguanakan campuran bahan bakar dexlite dan biodiesel lemak ayam yaitu, Torsi menurun 4%-12.87% , Daya menurun 4%-12.87% ,Efisiensi volumetris menurun 3,7%-14,5%, Daya aktual menurun 7,5%-25,5%, Efisiensi termal aktual menurun 4,8%-25,5%, heat loss menurun 3,5%-14,5 %,AFR menurun 5,3%-20,1%, Persentasi Heat loss menurun 2,2%-14,13 %, Laju aliran massa bahan bakar (mf) meningkat 1,75%-7,1 % ,Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) meningkat 10%-43,7%.
5.2 Saran
1. Membaca alat ukur dengan baik, upayakan mencatat data pada
saat jarum menunjukkan nilai stabil dikarenakan kondisinya yang
selalu berubah pada tiap periode pengujian.
2. Mengkalibrasi peralatan penelitian sebelum melaksanakan
pengujian.
3. Mengembangkan pengujian ini dengan menggunakan variasi campuran bahan bakar yang berbeda serta menambahkan zat aditif yang dapat meningkatan kualitas bahan bakar.
