• Tidak ada hasil yang ditemukan

Kajian Performansi Mesin Diesel Satu Silinder Dengan Bahan Bakar Solar Akrasol dan Campuran Solar Akrasol dengan Minyak Jagung

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2017

Membagikan "Kajian Performansi Mesin Diesel Satu Silinder Dengan Bahan Bakar Solar Akrasol dan Campuran Solar Akrasol dengan Minyak Jagung"

Copied!
30
0
0

Teks penuh

(1)

Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari pengujian dalam bentuk tabel dan gambar

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Biodiesel

2.1.1 Sejarah Biodiesel

Biodiesel pertama kali dikenalkan di Afrika selatan sebelum perang dunia II sebagai bahan bakar kenderaan berat. Biodiesel didefinisikan sebagai metil/etil ester yang diproduksi dari minyak tumbuhan atau hewan dan memenuhi kualitas untuk digunakan sebagai bahan bakar di dalam mesin diesel. Sedangkan minyak yang didapatkan langsung dari pemerahan atau pengempaan biji sumber minyak (oilseed), yang kemudian disaring dan dikeringkan (untuk mengurangi kadar air), disebut sebagai minyak lemak mentah. Minyak lemak mentah yang diproses lanjut guna menghilangkan kadar fosfor (degumming) dan asam-asam lemak bebas (dengan netralisasi dan steam refining) disebut dengan refined fatty oil atau

straight vegetable oil (SVO).

SVO didominasi oleh trigliserida sehingga memiliki viskositas dinamik yang sangat tinggi dibandingkan dengan solar (bisa mencapai 100 kali lipat, misalkan pada Castor Oil). Oleh karena itu, penggunaan SVO secara langsung di dalam mesin diesel umumnya memerlukan modifikasi/tambahan peralatan khusus pada mesin, misalnya penambahan pemanas bahan bakar sebelum sistem pompa dan

(2)

atomisasi berkorelasi langsung dengan kualitas pembakaran, daya mesin, dan emisi gas buang.

Pemanasan bahan bakar sebelum memasuki sistem pompa dan injeksi bahan bakar merupakan satu solusi yang paling dominan untuk mengatasi permasalahan yang mungkin timbul pada penggunaan SVO secara langsung pada mesin diesel. Pada umumnya, orang lebih memilih untuk melakukan proses kimiawi pada minyak mentah atau refined fatty oil/SVO untuk menghasilkan metil ester asam lemak (fatty acid methyl ester - FAME) yang memiliki berat molekul lebih kecil dan viskositas setara dengan solar sehingga bisa langsung digunakan dalam mesin diesel konvensional. Biodiesel umumnya diproduksi dari refined vegetable oil

menggunakan proses transesterifikasi. Proses ini pada dasarnya bertujuan mengubah [tri, di, mono] gliserida berberat molekul dan berviskositas tinggi yang mendominasi komposisi refined fatty oil menjadi asam lemak methil ester (FAME).

Konsep penggunaan minyak tumbuh-tumbuhan sebagai bahan pembuatan bahan bakar sudah dimulai pada tahun 1895 saat Dr. Rudolf Christian Karl Diesel

(3)

Gambar 2.1 Rudolf Christian Karl Diesel

2.1.2 Penjelasan Biodiesel

Biodiesel terdiri dari asam lemak alkil ester dalam rantai lurus

panjang yang diperoleh melalui reaksi transesterifikasi minyak nabati dan

lemak hewani dengan alkohol beserta kehadiran katalis yang cocok

(Rezaei R., M. Mohadesi G.R. Moradi, 2013). Biodiesel merupakan salah

satu bahan bakar alternatif ramah lingkungan, tidak mempunyai efek

terhadap kesehatan dan dapat dipakai sebagai bahan bakar kendaraan

bermotor serta dapat lebih menurunkan emisi bila dibandingkan dengan

minyak diesel. Biodiesel mempunyai sifat pembakaran yang serupa

dengan minyak solar, sehingga dapat dipergunakan langsung pada mesin

berbahan bakar minyak solar tanpa mengubah mesin. Reaksinya

membutuhkan katalis yang umumnya merupakan basa kuat, sehingga

akan memproduksi senyawa kimia baru yang disebut metil ester (, J.V

Gerpen, 2005).

Biodiesel juga merupakan energi terbarukan yang dapat

diperbaharui, bersifat biodegradable, ramah lingkungan karena hampir tidak ada membuang gas karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2),

sulfur dioksida (SO2), hidrokarbon (HC) dan partikel-partikel lain yang

mengganggu pernafasan (M., D. Hilligoss Bowman dan S. Rasmussen,

(4)

apakah nabati atau hewani. Hal ini pun berhubungan dengan struktur

kimianya, seperti jumlah karbon dan jumlah ikatan karbon rangkap

(Shawn P, Conley, , 2012).

Biodiesel bisa digunakan dengan mudah karena dapat bercampur dengan segala komposisi dengan minyak solar, mempunyai sifat fisik yang hampir sama

dengan solar biasa sehingga dapat diaplikasikan langsung untuk mesin-mesin diesel yang telah ada hampir tanpa modifikasi, dapat terdegradasi dengan mudah (biodegradable), memiliki angka cetana yang lebih baik dari minyak solar biasa, asap buangan biodiesel tidak hitam, tidak mengandung sulfur dan senyawa aromatik sehingga emisi pembakaran yang dihasilkan ramah lingkungan. Angka cetana adalah bilangan yang menunjukkan ukuran baik tidaknya kualitas solar berdasarkan sifat kecepatan bakar dalam ruang bakar mesin. Semakin tinggi bilangan cetana, semakin cepat pembakaran dan semakin baik efisiensi termodinamisnya. Biodiesel memiliki sifat pembakaran yang mirip dengan diesel (solar) dari minyak bumi, dan dapat menggantikannya dalam banyak kasus. Namun, biodiesel lebih sering digunakan sebagai penambah untuk diesel petroleum, meningkatkan bahan bakar diesel petrol murni ultra rendah belerang yang rendah pelumas(Rafael Luque, dkk, 2011).

Penggunaan dan produksi biodiesel meningkat dengan cepat, terutama di Eropa, Amerika Serikat, dan Asia, meskipun dalam pasar masih sebagian kecil saja dari penjualan bahan bakar. Pertumbuhan SPBU membuat semakin banyaknya penyediaan biodiesel kepada konsumen dan juga pertumbuhan kendaraan yang menggunakan biodiesel sebagai bahan bakar. Jumlah kendaraan yang beroperasi semakin meningkat dan juga jumlah perindustrian yang semakin bertambah menjadikan biodiesel manjadi bahan bakar yang sangat dibutuhkan

(5)

Biodiesel adalah Bahan Bakar Nabati mesin/motor diesel berupa ester metil asam lemak yang terbuat dari minyak nabati/hewani yang memenuhi standar mutu yang disyaratkan. Di Indonesia Standar dan Mutu (Spesifikasi) Bahan Bakar Nabati (Biofuel) Jenis Biodiesel ditetapkan dan diatur dalam Keputusan Direktur Jenderal energi Baru, Terbarukan dan Konservasi Energi Nomor : 723 K/10/DJE/2013, yang mengacu pada SNI 7182:2012 Biodiesel (Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan, 2013). Karakteristik biodiesel jagung dapat dilihat pada Lampiran 2

(6)

biodiesel dalam jumlah yang lebih banyak. Dibandingkan dengan solar, biodiesel memiliki kelebihan diantaranya (Hambali, 2007) :

1. Dapat terurai (biodegradable)

2. Tidak memerlukan modifikasi mesin diesel yang telah ada.

3. Tidak memperparah efek rumah kaca karena siklus karbon yang terlibat pendek.

4. Kandungan energi yang hampir sama dengan kandungan energi petroleum diesel.

5. Penggunaan biodiesel dapat memperpanjang usia mesin diesel karena memberikan lubrikasi lebih daripada bahan bakar petroleum.

6. Memiliki flashpoint yang tinggi, yaitu sekitar C, sedangkan bahan bakar petroleum diesel flashpointnya hanya C.

7. Bilangan setana(cetane number) yang lebih tinggi daripada petroleum diesel.

2.1.3. Pembuatan biodiesel

Hampir seluruh minyak nabati dapat diolah menjadi biodiesel. Minyak nabati yang dapat diolah menjadi biodiesel dapat dihasilkan oleh berbagai macam jenis tumbuhan seperti kedelai, kanola, inti sawit, kelapa, jarak pagar, bunga matahari, biji kapuk, jagung dan ratusan tanaman penghasil minyak lainnya. Namun bahan utama pembuatan biodiesel yang sering digunakan adalah minyak jarak pagar karena minyak ini bukan merupakan minyak untuk pangan karena minyak jarak ini memiliki sifat sangat beracun. Jarak pagar (Jatropha curcas) seringkali salah diidentifikasikan dengan tanaman jarak kepyar (Ricinus

communis) atau “Castor Bean”. Keduanya tanaman ini dapat diperoleh ekstrak

minyak dari bijinya. Hanya saja tanaman jarak Ricinus communis seringkali

terkait dengan produksi “ricin” yaitu racun yang berbahaya dan banyak digunakan

untuk penelitian terapi penyakit kanker, sedangkan tanaman Jatropha curcas

(7)

“biodiesel” atau “biofuel”. Kedua tanaman ini berbeda baik dalam bentuk morfologi tanaman maupun minyak yang dihasilkannya(Charloq, 2008)

Pada Pembuatan biodiesel skala kecil dapat dilakukan dengan bahan minyak goreng 1 liter yang baru atau bekas. Metanol sebanyak 200 ml atau 0.2 liter. Soda api atau NaOH 3,5 gram untuk minyak goreng bersih, jika minyak bekas diperlukan 4,5 gram atau mungkin lebih. Kelebihan ini diperlukan untuk menetralkan asam lemak bebas atau FFA yang banyak pada minyak goreng bekas. Dapat pula mempergunakan KOH namun mempunyai harga lebih mahal dan diperlukan 1,4 kali lebih banyak dari soda. Proses pembuatan; Soda api dilarutkan dalam Metanol dan kemudian dimasukan kedalam minyak dipanaskan

sekitar 55 oC, diaduk dengan cepat selama 15-20 menit kemudian dibiarkan dalam keadaan dingin semalam. Maka akan diperoleh biodiesel pada bagian atas dengan warna jernih kekuningan dan sedikit bagian bawah campuran antara sabun dari FFA, sisa metanol yang tidak bereaksi dan gliserin sekitar 79 ml.

Biodiesel merupakan cairan kekuningan pada bagian atas dipisahkan dengan mudah dengan menuang dan menyingkirkan bagian bawah dari cairan. Untuk skala besar produk bagian bawah dapat dimurnikan untuk memperoleh gliserin yang berharga mahal, juga sabun dan sisa metanol yang tidak bereaksi. Diagram alir pembuatan biodisel di tunjukkan pada Gambar 2.2 dibawah.

Gambar 2.2 Diagram Alir Biodiesel(Fauzi Odi dan Niamul Huda. 2014)

(8)

Ester merupakan salah satu gugus dari fungsi dari senyawa karbon. Ester adalah senyawa dengan gugus fungsi – COO – dengan struktur R – COO – R, dimana R merupakan suatu rantai karbon atau atom H, sedangkan R merupakan rantai karbon. Ester mempunyai rumus umum CnH2nO2. Pemberian nama ester

terdiri dari dua kata yaitu gugus alkil (berasal dari alkoksi) diikuti dengan nama asam karboksilatnya dengan menghilangkan kata asam. Gugus atom yang terikat pada atom O (Gugus R) diberi nama alkil dan gugus R – COO – H diberi nama alkanoat.

Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas (FFA) menjadi ester. Esterifikasi mereaksikan asam lemak dengan alcohol. Reaksi ini merupakan reaksi kesetimbangan, jadi memerlukan katalis untuk mempercepat tercapainya keadaan setimbang. Katalis-katalis yang cocok adalah zat yang berkarakter asam kuat, dan karena ini asam sulfat, asam sulfonat organic atau resin penukar kation asam kuat merupakan katalis terpilih dalam praktek industrial (Soerawidjaja, 2006)

2.1.3.2 Transesterifikasi

Transesterifikasi adalah pertukaran alkohol dengan suatu ester untuk membentuk ester yang baru. Reaksi ini bersifat reversible dan berjalan lambat tanpa adanya katalis. Penggunaan alcohol atau mengambil alih salah satu produk adalah langkah untuk mendorong reaksi kearah kanan atau produk. (B., Freedman, dan E. H. Pryde)

Beberapa kondisi reaksi yang mempengaruhi konversi serta perolehan biodiesel melalui transesterifikasi adalah sebagai berikut:

1. Pengaruh air dan asam lemak bebas

(9)

terhindar dari udara agar tidak mengalami reaksi dengan uap air dan karbon dioksida.

2. Perbandingan pengaruh molar alkohol dengan bahan mentah

Secara stoikiometri, jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi adalah 3 mol untuk setiap 1 mol trigliserida, untuk memperoleh 3 mol alkil ester dan 1 mol gliserol. Perbandingan alkohol dengan minyak nabati 4.8:1 dapat menghasilkan konversi 98%. Secara umum ditunjukkan bahwa semakin banyak jumlah alkohol yang digunakan maka konversi yang didapat akan semakin bertambah. Pada rasio molar 6:1, setelah satu jam konversi yang dihasilkan adalah 98 – 99%, sedangkan pada 3:1 adalah 74

– 89%. Nilai perbandingan yang terbaik adalah 6:1 karena menghasilkan konversi yang maksimum.

3. Pengaruh jenis alkohol

Pada rasio 6:1, methanol akan memberikan perolehan ester yang tertinggi dibandingkan dengan menggunakan etanol atau butanol.

4. Pengaruh jenis katalis

Alkali katalis (katalis basa) akan mempercepat reaksi transesterifikasi bila dibandingkan dengan katalis asam. Katalis basa yang paling popular untuk reaksi transesterifikasi adalah natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH). Katalis sejati bagi reaksi sebenarnya adalahion metilat (metoksida). Reaksi transesterifikasi akan menghasilkan konversi yang maksimum dengan jumlah katalis 0.5 – 1.5% berat minyak nabati.

5. Metanolisis Crude dan Refined minyak nabati

Perolehan metal ester akan lebih tinggi jika menggunakan minyak nabati refined. Namun apabila produk metal ester akan digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel, cukup digunakan bahan baku berupa minyak yang telah dihilangkan getahnya dan disaring.

6. Pengaruh temperature

(10)

2.2 Komposisi Bahan Baku

2.2.1 Minyak Jagung

Menurut Tjitrosoepomo, 1991 tanaman jagung dalam tata nama atau sistematika (Taksonomi) tumbuh-tumbuhan jagung diklasifikasi sebagai berikut : Kingdom : Plantae

Divisi : Spermatophyta Kelas : Angiospermae Kelas : Monocotyledoneae Ordo : Graminae

Famili : Graminaceae Genus : Zea

Spesies : Zea mays L.

Jagung (Zea mays ssp. mays) merupakan salah satu tanaman pangan penghasil karbohidrat yang terpenting di dunia, selain gandum dan padi. Bagi penduduk Amerika Tengah dan Selatan, bulir jagung adalah pangan pokok,

sebagaimana bagi sebagian penduduk Afrika dan beberapa daerah di Indonesia. Pada masa kini, jagung juga sudah menjadi komponen penting pakan ternak. Penggunaan lainnya adalah sebagai sumber minyak pangan dan bahan dasar tepung maizena. Berbagai produk turunan hasil jagung menjadi bahan baku berbagai produk industri.

(11)

Gambar 2.3 Jagung

Tinggi tanaman jagung sangat bervariasi. Rata-rata dalam budidaya mencapai 2,0 sampai 2,5 m, meskipun ada kultivar yang dapat mencapai tinggi 12 m pada lingkungan tumbuh tertentu. Tinggi tanaman biasa diukur dari permukaan tanah hingga ruas teratas sebelum rangkaian bunga jantan (malai). Meskipun ada yang dapat menghasilkan anakan (seperti padi), pada umumnya jagung tidak memiliki kemampuan ini. Tangkai batang beruas-ruas dengan tiap ruas kira-kira 20 cm. Dari buku melekatlah pelepah daun yang memeluk tangkai batang. Daun tidak memiliki tangkai. Helai daun biasanya lebar 9 cm dan panjang dapat mencapai 120 cm. Biji jagung kaya akan karbohidrat. Sebagian besar berada pada endosperma. Kandungan karbohidrat dapat mencapai 80% dari seluruh bahan

kering biji. Karbohidrat dalam bentuk pati umumnya berupa campuran amilosa dan amilopektin. Kandungan gizi Jagung per 100 gram (Endah Dahyaningsih, ,2010) bahan ditunjukkan pada tabel 2.6

Tabel 2.2 Kandungan gizi Jagung

Kandungan Gizi Nilai Satuan

Kalori 355 Kalori

Protein 9,2 Gr

Lemak 3,9 Gr

Karbohidrat 73,7 Gr

Kalsium 10 Mg

Fosfor 256 Mg

Besi 2,4 Mg

Vitamin A 510 Mg

(12)

Indonesia memiliki potensi alamiah yang bagus untuk mengembangkan sektor pertanian, salah satu sub sektor dari sektor pertanian adalah sektor perkebunan. Indonesia memiliki beragam jenis tahan yang mampu menyuburkan tanaman, sinar matahari yang konsisten sepanjang tahun, konsisi alam yang memenuhi persyaratan tumbuh tanaman, dan curah hujan rata-rata per tahun yang cukup tinggi, semua kondisi itu merupakan faktor-faktor ekologis yang baik untuk membudidayakan tanaman perkebunan (Rahardi, 1993).

Biji jagung merupakan jenis serealia dengan ukuran biji terbesar dengan berat rata-rata 250-300 mg. biji jagung memiliki bentuk tipis dan bulat melebar yang merupakan hasil pembentukan dari pertumbuhan biji jagung. Biji jagung diklasifikasikan sebagai kariopsis. Hal ini disebabkan biji jagung memiliki struktur embrio yang sempurna. Serta nutrisi yang dibutuhkan oleh calon individu baru untuk pertumbuhan dan perkembangan menjadi tanaman jagung (Johnson,1991).

Gambar 2.4 Biji jagung

(13)

Batang tanaman jagung padat, ketebalan sekitar 2 – 4 cm tergantung pada varietasnya. Genetik memberikan pengaruh yang tinggi pada tanaman. Tinggi tanaman yang sangat bervariasi ini merupakan karakter yang sangat berpengaruh pada klasifikasi karakter tanaman jagung (Singh, 1987).

Minyak jagung adalah minyak yang diekstraksi atau diperas dari biji jagung, bersifat setengah kering, berwarna kekuningan dan digunakan untuk membuat sabun, dan pelumas. Minyak ini mulai mengeluarkan asap pada kisaran suhu 204 °C - 213 °C Karena tahan dalam suhu tinggi tanpa mengeluarkan asap, minyak jagung cocok digunakan untuk memasak banyak jenis makanan. Minyak jagung seringkali digunakan sebagai alternatif pengganti minyak sawit karena diduga memiliki kandungan asam lemak jenuh yang lebih rendahMinyak jagung juga memiliki rasa yang hampir hambar

Minyak jagung mengandung asam oleat 20%-50%, asam linoleat 35%-60%, fosfolipid 2% serta bahan tak tersabunkan 2% (tokoferol,sitosferol dan lilin). Selain itu, zat-zat yang terkandung dalam minyak jagung murni adalah 99% triasilgliserol dengan asam lemak tak jenuh ganda (PUFA) 59%, Asam lemak tak

jenuh tunggal 24% dan asam lemak jenuh (SFA) 13%.Yang tak kalah penting, minyak jagung juga mengandung ubiquinon, alfatokoferol tinggi dan gamma-tokoferol yang tinggi sehingga dapat menghindarkan dari "ketengikan" oksidatif. Nutrisi penting lain dalam minyak jagung yang tidak kalah penting adalah vitamin E yang sangat baik untuk meningkatkan sistem kekebalan tubuh dan juga bertindak sebagai antioksidan dengan mencegah kerusakan akibat radikal bebas.

(14)

jagung efektif untuk menurunkan kadar kolesterol darah. Untuk mendapatkan manfaat yang optimal, perlu dipilih minyak jagung yang berbahan jagung non-transgenik.

Berikut merupakan sifat fisika dan sifat kimia minyak jagung. Tabel 2.3 Sifat Fsika Minyak Jagung (Ketaren , 2008)

Tabel 2.4 Sifat Kimia Minyak Jagung (Ketaren , 2008)

(15)

sekitar 280 - 290. Umumnya pengujian sifat fisika dan kimia pada minyak jagung digunakan untuk mengetahui jenis dan mutu dari minyak jagung (Ketaren, 2008)

2.2.2 Solar Akrasol

PT AKR Corporindo Tbk., selanjutnya disebut AKR, lahir sebagai usaha pedagangan bahan kimia dasar lebih dari 55 tahun yang lalu di Surabaya dan pada hari ini telah berkembang menjadi salah satu distributor swasta terbesar untuk bahan kimia dasar, Bahan Bakar Minyak (BBM), logistik dan solusi rantai pasokan di Indonesia. Bpk Soegiarto Adikoesoemo, wiraswasta dan pengusaha dari Surabaya merintis bisnis ini pada tahun 1960an

AKR sejak tahun 2010, telah memasuki pasar ritel Bahan Bakar Minyak (BBM) dengan lingkup diseluruh pulau-pulau utama Indonesia dan saat ini memiliki jaringan di 130 statiun pelayanan. Bahan Bakar didistribusikan oleh AKR meliputi diesel, premium untuk kendaraan bermotor dan untuk

armada/kendaraan memancing

.

Gambar 2.5 SPBU Solar Akrasol

(16)

menjual Diesel dan Bensin berkualitas tinggi untuk kendaraan bermotor dan nelayan di pulau Jawa, Sumatera, Kalimantan dan Sulawesi

Pada tanggal 12 Desember 2014, Perseroan telah mengalokasikan 645,000 KL Bahan Bakar Minyak ( BBM) bersubsidi oleh BPH Migas yang didistribusikan pada tahun 2015 ke daerah Sumatera Utara, Lampung, Jakrta, Kalimantan Selatan dan Kalimatan Timur. Pengalokasian terdiri dari 625,000 KL diesel (gas minyak) dan 20,000 KL bensin premium (mogas 88).

AKR saat ini mengembangkan jaringan ritel-nya dalam negara dengan lebih membangun SPBKB dan SPBN yang sesuai untuk pengalokasian Bahan Bakar Minyak (BBM) yang telah disetujui oleh BPH Migas tahun ini. Perseroan juga melihat kedalam pengembangan distribusi pelayanan untuk Bahan Bakar Minyak (BBM) nonsubsidi ke berbagai lokasi.

Produk BBM retail AKR adalah High Speed Diesel di bawah nama merek Minyak Solar Akrasol dan bensin premium AKRA 88. SPBN outlet n menawarkan Minyak Solar Akrasol. Selain itu, AKR baru-baru ini

memperkenalkan produk barunya BENSIN AKRA 92. Berikut merupakan tabel karakteristik dari minyak solar Akrasol

Tabel 2.5 Karakteristik Solar Akrasol

2.3 Mesin Diesel.

Mesin diesel juga disebut “Motor Penyalaan Kompresi” oleh karena

(17)

yang telah bertekanan dan bertemperatur ringgi sebagai akibat dari proses kompresi di dalam ruang bakar. Agar bahan bakar diesel dapat terbakar dengan sendirinya, maka perbandingan kompresi mesin diesel harus berkisar antara 15 – 22, sedangkan tekanan kompresinya mencapai 20 – 40 bar dengan suhu 500 – 700

0

C. Aplikasi dari motor diesel banyak pada industri-industri sebagai motor stasioner ataupun untuk kendaraan-kendaraan dan kapal laut dengan ukuran yang besar. Hal ini dikarenakan motor diesel mengkonsumsi bahan bakar ± 25% lebih rendah dari motor bensin, lebih murah dan perawatannya lebih sederhana (S,Kubota, dkk, 2001).

Mesin diesel menghasilkan tekanan kerja yang tinggi, itu sebabnya konstruksi motor diesel lebih kokoh dan lebih besar. Disamping itu, mesin diesel menghasilkan bunyi yang lebih keras, warna dan bau gas yang kurang menyenangkan. Namun dipandang dari segi ekonomi, bahan bakar serta polusi udara, motor diesel masih lebih disukai (Mathur, 1980).

Siklus diesel (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan dengan pemasukan

panas pada volume konstan (Çengel, 2006). Siklus diesel tersebut ditunjukkan pada Gambar 2.5 dan 2.6 di bawah ini.

Gambar 2.6 Diagram P-V (Cengel Y.A and Boles M. A.,2006)

Keterangan Gambar:

P = Tekanan (atm)

(18)

T = Temperatur (K)

S = Entropi (kJ/kg.K)

Diagram T-S

Gambar 2.7 Diagram T-S ((Cengel Y.A and Boles M. A.,2006)

Keterangan Grafik:

1-2 Kompresi Isentropik

2-3 Pemasukan Kalor pada Volume Konstan

3-4 Ekspansi Isentropik

4-1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan

2.3.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel

Prinsip kerja mesin diesel 4 tak sebenarnya sama dengan prinsip kerja mesin otto, yang membedakan adalah cara memasukkan bahan bakarnya. Pada

mesin diesel bahan bakar di semprotkan langsung ke ruang bakar dengan menggunakan injektor (Soenarta Nakoela dan Furuhama Shoichi, 1995). Dibawah ini adalah langkah dalam proses mesin diesel 4 langkah yang dijelaskan secara sederhana:

(19)

Pada langkah ini piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah). Saat piston bergerak ke bawah katup isap terbuka yang menyebabkan tekanan udara di dalam silinder seketika lebih rendah dari tekanan atmosfer ,sehingga udara murni langsung masuk ke ruang silinder melalui filter udara.

2. Langkah kompresi

Pada langkah ini piston bergerak dari TMB menuju TMA dan kedua katup tertutup. Karena udara yang berada di dalam silinder didesak terus oleh piston,menyebabkan terjadi kenaikan tekanan dan temperatur,sehingga udara di dalam silinder menjadi sangat panas. Beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA, bahan bakar di semprotkan ke ruang bakar oleh injector yang berbentuk kabut.

3. Langkah Usaha

Pada langkah ini kedua katup masih tertutup, akibat semprotan bahan bakar di ruang bakar akan menyebabkan terjadi ledakan pembakaran yang akan meningkatkan suhu dan tekanan di ruang bakar. Tekanan yang besar tersebut akan

mendorong piston ke bawah yang menyebkan terjadi gaya aksial. Gaya aksial ini dirubah dan diteruskan oleh poros engkol menjadi gaya radial (putar).

4. Langkah Buang

Pada langkah ini, gaya yang masih terjadi di flywheel akan menaikkan kembali piston dari TMB ke TMA, bersamaan itu juga katup buang terbuka sehingga udara sisa pembakaran akan di dorong keluar dari ruang silinder menuju exhaust manifold dan langsung menuju knalpot.

(20)

Langkah isap Langkah kompresi Langkah usaha Langkah Buang

Gambar 2.8 Prinsip Kerja Mesin Diesel (Soenarta Nakoela dan Furuhama

Shoichi,1995)

Proses kerja mesin diesel yaitu udara yang masuk ke dalam silinder melalui katup masuk karena hisapan piston yang bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB), kemudian ditekan atau dikompresikan oleh piston sehingga, ketika udara dikompresi suhunya akan meningkat, mesin diesel menggunakan sifat ini untuk proses pembakaran. Udara disedot ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh lebih tinggi

dari rasio kompresi dari mesin bensin. Beberapa saat sebelum piston pada posisi Titik Mati Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead Center), bahan bakar diesel disemprotkan ke ruang bakar dalam tekanan yang cukup tinggi melalui nozzle

supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini terbakar dengan sendirinya dan terbakar dengan cepat. Penyemprotan bahan bakar ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston mendekati (sangat dekat) TMA untuk menghindari detonasi. Penyemprotan bahan bakar yang langsung ke ruang bakar di atas piston dinamakan injeksi langsung (direct injection) sedangkan penyemprotan bahan bakar kedalam ruang khusus yang berhubungan langsung dengan ruang bakar utama dimana piston berada dinamakan injeksi tidak langsung (Indirect injection). Ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran mengembang dengan cepat mendorong piston ke bawah dan menghasilkan tenaga linear. Batang penghubung (connecting rod) menyalurkan gerakan ini ke crankshaft dan oleh crankshaft

tenaga linear tadi diubah menjadi tenaga putar. Tenaga putar pada ujung poros

(21)

Mesin diesel sulit untuk hidup pada saat mesin dalam kondisi dingin. Beberapa mesin menggunakan pemanas elektronik kecil yang disebut busi pijar (spark/glow plug) di dalam silinder untuk memanaskan ruang bakar sebelum penyalaan mesin. Lainnya menggunakan pemanas "resistive grid" dalam "intake manifold" untuk menghangatkan udara masuk sampai mesin mencapai suhu operasi. Setelah mesin beroperasi pembakaran bahan bakar dalam silinder dengan efektif memanaskan mesin.

2.4.2 Performansi Mesin Diesel 1. Nilai Kalor Bahan Bakar.

Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara

menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan

bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Berdasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka

nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai

kalor bawah.

Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter

dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar

sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran

hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Secara teoritis

menurut William H, Crouse (1976) besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat

dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan

persamaan Dulong yang ditunjukkan pada persamaan di bawah ini:

HHV = 33950 + 144200 (H2- ) + 9400 S ………(2.1)

Dimana: HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)

H2 = Persentase hidrogen dalam bahan bakar

(22)

S = Persentase sulfur dalam bahan bakar

Pengujian bom kalorimeter dilakukan untuk mendapatkan nilai kalor daripada bahan bakar. Nilai kalor bahan bakar didapat dengan melihat perbedaan suhu air sebelum dan sesudah proses pengeboman bahan bakar berlangsung, atau dapat dituliskan dalam persamaan :

HHV= (t2- t1-tkp) x Cv ... …(2.2)

Dimana:

HHV = High Heating Value (Nilai Kalor Atas)

t2 = Suhu air setelah penyalaan (oC)

t1 = Suhu air sebelum penyalaan (oC)

tkp = Kenaikan temperature akibat kawat penyala ( 0.05oC)

Cv = Panas jenis bom kalorimeter (73529.6 kj/kg oC)

Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air.

Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 %

yang berarti setiap satu satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan

hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari

pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya.

Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk

pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang

memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang

umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, sehingga

besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan

(23)

LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2) ………...(2.3)

Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)

M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

Dalam pengujian bahan bakar dengan Bom Kalori Meter, hasil HHV yang didapatkan masih merupakan nilai bruto kalori bahan bakar maka untuk nilai netto kalori bahan bakar yang kita gunakan, kita gunakan nilai LHV (Low Heating value) dari bahan bakar dengan persamaan :

LHV = HHV – 2400 ( 0 + 9 x 0,15) sehingga didapat

LHV = HHV – 3240 kj/kgoC………(2.4)

Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat

menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi

saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air.

Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai

tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan

ASME (American of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).

2. Daya Poros

Daya mesin adalah besarnya kerja mesin selama waktu tertentu. Pada motor bakar daya yang berguna adalah daya poros, dikarenakan poros tersebut menggerakan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator , yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak selanjutnya

(24)

tinggi daya yang diberikan hal ini disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi semakin banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama. Dengan demikian besar daya poros menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines, (2000) ditunjukkan pada persamaan berikut :

………...(2.5)

Dimana :

PB = daya ( W )

T = torsi ( Nm )

n = putaran mesin ( Rpm )

3. Torsi

Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Selama proses usaha maka tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menimbulkan suatu gaya yang luar biasa kuatnya pada torak. Gaya tersebut dipindahkan kepada pena engkol melalui batang torak , dan mengakibatkan adanya momen putar atau torsi pada poros engkol. Untuk mengetahui besarnya torsi digunakan alat

dynamometer. Biasanya motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer

dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara menghubungkan poros motor pembakaran dengan poros dynamometer dengan menggunakan kopling elastik. Untuk mencari nilai torsi menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines, (2000) ditunjukkan oleh

persamaan 2.6 di bawah ini.

T =

……….(2.6)

(25)

Laju aliran bahan bakar merupakan banyaknya bahan bakar yang habis terpakai selama satu jam pemakaian. Menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines, (2000) laju aliran bahan bakar dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini.

………..(2.7)

dimana:

sgf = spesifik gravitasi biodiesel = 0.8624

Vf = Volume bahan bakar yang diuji (liter)

tf = waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan bahan bakar (detik)

5. Rasio udara bahan bakar (AFR)

Rasio udara bahan bakar (AFR) dari masing-masing jenis pengujian dihitung berdasarkan rumus berikut menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines, (2000)

………..……….(2.8)

AFR = air fuel ratio

ma = laju aliran massa udara.

(26)

Gambar 2.9 Viscous Flow Meter

Pada pengujian ini dianggap tekanan udara sebesar 100 kPa dan temperatur udara 27oC. Kurva kalibrasi dikondisikan untuk pengujian pada tekanan 101.3 kPa dan temperatur 20oC. maka besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor pengali berikut:

………....(2.9)

Cf = 0.94

6. Efisiensi Volumetris

Efisiensi volumetris untuk motor bakar 4 langkah dihitung dengan persamaan berikut menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines, (2000)

(27)

dimana:

ma = laju aliran udara (kg/jam)

ρa = Kerapatan udara (kg/m3)

Vs = volume langkah torak (m3) = 0.00023 (berdasarkan spesifikasi mesin)

Diasumsikan udara sebagai gas ideal sehingga massa jenis udara dapat diperoleh dengan persamaaan berikut:

ρa =

……..………...(2.11)

Dimana: R = Konstanta gas (untuk udara = 287 J/kg K)

Dengan memasukkan harga tekanan dan temperature udara yaitu sebesar

100 kPa dan suhu lingkungan 27oC, maka diperoleh massa jenis udara sebesar:

ρa =

= 1.16 kg/m3

7. Daya Aktual

Daya aktual didapat dengan mengalikan daya hasil pembacaan dengan efisiensi termal actual, efisiensi volumetris dan efisiensi mekanikal, sehingga didapat persamaan 2.12 berikut menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines, (2000):

Pa = Wb x ηv x ηa x ηm……..….………..…..(2.12)

dimana: besar efisiensi mekanis (ηm) adalah 0.75 – 0.95 untuk mesin diesel dan

(28)

8. 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 berikut menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines, (2000)

….………...………..…..(2.13)

dimana:

ηa = efisiensi termal aktual

LHV = nilai kalor pembakaran (kJ/kg)

Dengan nilai LHV untuk masing-masing sesuai dengan variasi persentase biodiesel yang didapat melalui percobaan bom kalori meter.

9. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)

Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi yang penting di dalam suatu motor bakar. Parameter ini biasa dipakai sebagai ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya kuda yang dihasilkan. Untuk mencari konsumsi bahan bakar spesifik ditunjukkan oleh persamaan 2.14 di bawah ini menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines, (2000)

SFC =

………..(2.14)

Dengan :

SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.h) PB = daya (W)

= konsumsi bahan bakar

(29)

t = waktu (jam)

10. Heat Loss dan Persentase Heat Loss

Heat loss in exhaust atau dapat dikatakan sebagai besar kehilangan energi yang terjadi akibat adanya aliran gas panas buang

dari exhaust manifold ke lingkungan. Gas buang ini berupa aliran gas panas. Besarnya Heat Loss dapat dihitung dengan menggunakan persamaan di bawah ini menurut Çengel Y. A dan Boles M. A. (2006)

Heat Loss = (ma x mf)x (Te – Ta ) ……….……….…(2.15)

dimana:

Te = suhu gas keluar exhaust manifold

Ta = Suhu lingkungan (27oC)

Untuk mengetahui persentase heat loss, maka dilakukan perbandingan antara besarnya heat loss dengan energi yang dihasilkan dalam pembakaran bahan

bakar dimana ditunjukkan pada persamaan berikut menurut menurut Çengel Y. A dan Boles M. A. (2006)

% Heat Loss = –

………..…(2.16) Lit 22 hal 852

11.Efisiensi Thermal

(30)

(mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga sebagai efisiensi termal brake (thermal efficiency, ηa).

Jika daya keluaran PB dalam satuan KW, laju aliran bahan bakar mf dalam

satuan kg/jam, maka untuk mencari effesiensi termal ditunjukkan pada persamaan di bawah ini menurut Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrument for Small Engines, (2000)

Gambar

Gambar 2.1 Rudolf Christian Karl Diesel
Tabel 2.1 Karakteristik Biodiesel
Gambar 2.2 Diagram Alir Biodiesel(Fauzi Odi dan Niamul Huda. 2014)
Gambar 2.3 Jagung
+7

Referensi

Dokumen terkait

[r]

It also introduces an algorithm, called AFiS (Apriori based on Functions in Sequence), as a sequence data mining algorithm used to analyze the sequential patterns of

Dosis 6,7% ml/kgBB/hari memberikan pengaruh paling besar dalam penelitian pengaruh sari tahu berformalin terhadap hati yaitu dosis 6,7ml/kgBB/hari paling banyak

To apply for cancellation of removal as a permanent resident alien under section 240A(a) of the Immigration and Nationality Act (INA), you must fully and accurately answer all

Terdapat korelasi signifikan antara ting- kat partisipasi ibu di Posyandu dengan kejadi- an TB, status gizi masa lalu murid TK, tingkat pengetahuan ibu dan perilaku ibu; semakin

Hasil penelitian yang dilakukan pada simplisia daun Syzygium polyanthum memenuhi syarat uji kelayakan berdasarkan angka kapang/khamir untuk sediaan obat dalam kurang

*By signing this application, I certify (1) to the statements contained in the list of certifications** and (2) that the statements herein are true, complete and accurate to the best

Dramatisasi pada ilustrasi iklan merupakan hal yang biasa digunakan pada gaya pendekatan beriklan, sebagai bagian dari proses akselerasi pemahaman produk.. Dramatisasi ilustrasi