KAJIAN EKSPERIMENTAL TERHADAP PERFORMANSI MOTOR DIESEL MENGGUNAKAN CAMPURAN DIMETIL ESTER DENGAN SOLAR

(1)

SKRIPSI

MOTOR BAKAR

KAJIAN EKSPERIMENTAL TERHADAP PERFORMANSI

MOTOR DIESEL MENGGUNAKAN CAMPURAN

DIMETIL ESTER DENGAN SOLAR

OLEH :

NIM : 080421013 MUHAMMAD IQBAL

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

(2)

SKRIPSI MOTOR BAKAR

KAJIAN EKSPERIMENTAL TERHADAP PERFORMANSI

MOTOR DIESEL MENGGUNAKAN CAMPURAN

DIMETIL ESTER DENGAN SOLAR

Disusun Oleh :

NIM : 080421013 MUHAMMAD IQBAL

Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi

Periode

Ke-188 Tanggal 16 April 2013

Disetujui Oleh:

Dosen Pembanding I

Dosen Pembanding II

Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri

(3)

ABSTRAK

Kelangkaan akan bahan bakar minyak (BBM) yang terjadi mendorong dilakukannya penelitian untuk mengembangkan sumber bahan bakar alternatif lain sebagai pengganti solar . Berdasarkan pemikiran tersebut maka dilakukan pengujian mesin diesel TecQuipment type.TD4A 001 dengan menggunakan bahan bakar biodiesel dari kelapa sawit. Pada pengujian ini biodiesel yang didapat dari minyak kelapa sawit mengalami proses esterifikasi dan transesterifikasi dalam bentuk dimethil ester. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui prestasi kerja mesin berbahan bakar biodiesel dimethil ester sehingga akan tampak pengaruhnya terhadap parameter unjuk kerja mesin diesel terutama mengurangi kandungan emisi gas buang yang dihasilkan motor diesel. Penelitian ini juga akan memberikan informasi sebagai referensi bagi kalangan dunia pendidikan yang ingin melakukan riset dibidang otomotif dalam pengembangan bahan bakar biodiesel dan pengaruhnya terhadap performansi motor diesel.

Biodisel adalah bahan bakar motor diesel yang berupa ester alkil/ alkil asam – asam lemak yang disebut dari minyak nabati melalui proses esterifikasi. Istilah biodiesel identik dengan bahan bakar murni. Campuran biodiesel ( Bxx adalah biodiesel sebanyak xx persen yang telah dicampur dengan solar sejumlah 1 – xx persen ).misalkan Bahan Bakar Biodisel (B-10) yang mengandung 10% biodiesel Dimetil Ester, 90% Solar. Biodiesel adalah sebagai alternatif bahan bakar minyak diesel yang terbuat dari sumber daya alam yang dapat diperbaharui seperti, sawit, jarak, kemiri, dll.penggunaan biodiesel sebagai bahan bakar minyak diesel tidak membutuhkan modifikasi terhadap mesin kendaraan. Biodiesel dapat dicampur dengan bahan bakar solar dengan perbandingan tertentu. Dengan penggunaan biodiesel berpotensi mengurangi emisi gas buang. Dengan menggunakan menggunakan biodiesel sebagai bahan bakar mesin akan

memberikan banyak keuntunganbaik dari sisi performansi motor diesel, emisi gas buang dan jaminan sumber daya biodiesel yang cukup banyak tersedia di

Indonesia.

(4)

ABSTRAC

Scarcity of fuel oil (BBM) which occurs encouraging research to develop alternative fuel sources as a substitute for diesel fuel. Based on these ideas, testing TecQuipment type.TD4A 001 diesel engine using biodiesel fuel from palm oil. In this test biodiesel derived from palm oil through the process of esterification and transesterification in ester form dimethil. The purpose of this study was to determine the performance of the biodiesel-fueled engine dimethil ester so it will look its effect on diesel engine performance parameters, especially reducing the content of the resulting exhaust emissions of diesel engine. This study will also provide information as a reference for the education world who want to do research in the field of automotive in the development of biodiesel fuel and its effect on the performance of diesel engine.

(5)

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT Tuhan semesta alam yang jiwaku ada didalam genggamannya. Segala puji bagi-Nya yang dengan rahmat, rahim dan ridha-Nya penyusunan dan penulisan tugas sarjana yang berjudul “kajian eksperimental terhadap performansi motor diesel menggunakan campuran dimetil ester dengan

solar” dapat diselesaikan.

Penyusunan dan penulisan tugas sarjana ini amat disadari tidak akan dapat diselesaikan sendiri. Semua yang telah tercapai tidak lepas dari bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya bagi semua pihak yang membantu yaitu :

1. Bapak Dr.Ing. Ir. Ikwansyah Isranuri sebagai Ketua Departemen Teknik Mesin FT USU.

2. Bapak Ir.M.Syahril Gultom MT sebagai Sekjur Teknik Mesin FT USU.

3. Bapak Tulus Burhanuddin S, ST, MT sebagai Dosen Pembimbing tugas sarjana.

4. Ayah dan ibu yang sangat aku banggakan, dan Kakak serta adikku yang aku sayangi, yang selalu memberikan doa, ridha, semangat dan kasih sayang. 5. Keluarga di tebing tinggi, yang tak henti-hentinya memberikan semangat dan

dorongan serta nasihat yang berguna agar menjadi manusia yang lebih baik dalam pembelajaran, perjuangan dan kehidupan.

6. Teman-teman satu stambuk 2008 Teknik Mesin Ekstensi, bang atin dan Andre yang telah berjuang bersama-sama.

(6)

8. Semua pihak yang membantu secara langsung maupun tidak langsung dalam penyusunan dan penulisan tugas sarjana ini.

Tentunya tetap ada kekurangan dan kesalahan yang tidak terhindarkan dalam penyusunan tugas sarjana ini. Semua merupakan keterbatasan sebagai manusia. Kalau pun ada kebenaran, itu semua semata-mata dari Allah SWT. Untuk itu masukan berupa kritik dan saran yang membangun amat diharapkan untuk perkembangan kedepan.

Semoga apa yang ada dalam tugas sarjana ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca secara umum dan penulis secara khusus. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih.

Medan, 9 Maret 2013 Penulis,

(7)

DAFTAR ISI

(8)

2.5 Biodiesel ... ... 12

2.5.1 Karakteristik biodiesel ... 13

2.5.2 Biodiesel dari minyak kelapa sawit ... 16

2.6 Emisi gas buang ... 17

2.7 Pengendalian emisi gas buang ... 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan tempat ... 21

3.2 Alat dan bahan ... 21

3.2.1 Alat ... 21

3.2.2 Bahan ... 21

3.3 Metode pengumpulan data ... 21

3.4 Metode pengolahan data ... 22

3.5 Pengamatan dan tahap pengujian ... 22

3.6 Prosedur pengujian nilai kalor bahan bakar ... 23

3.7 Prosedur pengujian performansi motor diesel ... 26

3.8 Prosedur pengujian emisi gas buang ... 31

BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Pengujian nilai kalor bahan bakar ... 33

4.2 Pengujian performansi motor diesel... 35

4.2.1 Daya ... 35

4.2.2 Torsi ... 40

4.2.3 Konsumsi bahan bakar spesifik ... 45

(9)

4.2.5 Efisiensi volumetris ... 59

4.2.6 Efisiensi thermal brake ... 65

4.3 Pengujian emisi gas buang ... 75

4.3.1 Kadar Karbon Monoksida (CO) dalam gas buang ... 75

4.3.2 Kadar Nitrogen Oksida (NOx) dalam gas buang ... 80

4.3.3 Kadar Unburned Hidro Carbon (UHC) dalam gas buang ... 84

4.3.4 Kadar Karbon Dioksida (CO2) dalam gas buang ... 88

4.3.5 Kadar Sisa oksigen (O2) dalam gas buang ... 93

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 98

5.2 Saran ... ... 98 DAFTAR PUSTAKA

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakteristik mutu solar ... 11

Tabel 2.2 Struktur Kimia Asam Lemak pada Biodiesel ... 12

Tabel 2.3 Perbandingan Biodiesel dan Solar (Petrodiesel) ... 15

Tabel 2.4 Karakteristik Mutu Biodiesel dari Minyak Kelapa Sawit ... 17

Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Diesel TD4A 4-langkah ... .... 27

Tabel 3.2 Spesifikasi TD4A 001 Instrumentation Unit ... 28

Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter ... 34

Tabel 4.2 Data hasil perhitungan daya ... 36

Tabel 4.3 Data hasil pembacaan langsung unit Instrumentasi ... 39

Tabel 4.4 Data hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik .... ...43

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan untuk AFR... 48

Tabel 4.6 Data hasil perhitungan untuk efisiensi volumetris... .... .52

Tabel 4.7 Data hasil perhitungan untuk efisiensi thermal brake... .... 68

Tabel 4.8 Kadar CO dalam gas buang... .... .73

Tabel 4.9 Kadar NOx dalam gas buang... ... 78

Tabel 4.10 Kadar UHC dalam gas buang... 82

Tabel 4.11 Kadar CO2 dalam gas buang... .... 86

(11)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Reaksi Transesterifikasi ... .... 16

Gambar 3.1 Bom kalorimeter ... 22

Gambar 3.2 Diagram alir pengujian nilai kalor bahan bakar ... 25

Gambar 3.3 Mesin uji (TD4 A 001) ... .... 26

Gambar 3.4 TD4 A 001 4 –Stroke Diesel Engine ... .... 26

Gambar 3.5 TD4 A 001 Instrumentation Unit ... .... 27

Gambar 3.6 Diagram alir pengujian performansi motor bakar diesel ... .... 30

Gambar 3.7 Auto logic gas analizer ... .... 31

Gambar 3.8 Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar diesel ... .... 32

Gambar 4.1 Grafik Daya vs putaran untuk beban 10 kg ... 38

Gambar 4.5 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 10 kg ... 43

Gambar 4.9 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 10 kg ... 50

(12)

Gambar 4.13 Kurva Viscous Flow Meter Calibration ... 53

Gambar 4.14 Grafik AFR vs putaran untuk beban 10 kg ... 57

Gambar 4.18 Grafik Efisiensi volumetris vs putaran untuk beban 10 kg ... 63

Gambar 4.22 Grafik BTE vs putaran untuk beban 10 kg ... 73

Gambar 4.26 Grafik kadar CO vs putaran untuk beban 10 kg... .... 74

Gambar 4.27 Grafik kadar CO vs putaran untuk beban 15 kg... ... 78

Gambar 4.30 Grafik kadar NOx vs putaran untuk beban 10 kg... .... 82

Gambar 4.31 Grafik kadar NOx vs putaran untuk beban 15 kg... ... 82

(13)

Gambar 4.35 Grafik kadar UHCvs putaran untuk beban 15 kg... .... 86

Gambar 4.38 Grafik kadar CO2 vs putaran untuk beban 10 kg... .... 91

Gambar 4.39 Grafik kadar CO2 vs putaran untuk beban 15 kg... ... 91

Gambar 4.42 Grafik kadar O2 vs putaran untuk beban 10 kg... .... 95

Gambar 4.43 Grafik kadar O2 vs putaran untuk beban 15 kg... .... 96

Gambar 4.44 Grafik kadar O2 vs putaran untuk beban 20kg... ... 96

(14)

DAFTAR NOTASI

m Laju aliran bahan bakar kg/jam

Vf Volume bahan bakar yang diuji Ml

tf Waktu untuk menghabiskan bahan bakar Detik

.

a

m Laju aliran massa udara kg/jam