PENGARUH VARIASI PERBANDINGAN BAHAN BAKAR
SOLAR-BIODIESEL (MINYAK JELANTAH) TERHADAP
UNJUK KERJA PADA MOTOR DIESEL
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memproleh Gelar Sarjana Teknik
IKHSAN SUKRI NIM: 100421055
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
i
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh persentase campuran biodiesel pada solar terhadap unjuk kerja mesin diesel dengan menggunakan metode variable speed (1200, 1500, 1800, 2100, dan 2400) rpm dan variable load (0,5, 1, dan 1,5) kg. Dalam penelitian ini menggunakan mesin diesel TD110-TD115 Test Bed and Instrument for Small Engines. Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah Torsi, Daya, Rasio Perbandingan Udara-Bahan Bakar (AFR), Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc), Efisiensi Volumetris, dan Efisiensi Thermal Brake. Bahan bakar yang digunakan adalah solar murni, dan campuran biodiesel 5% (B5), 10% (B10), 15% (B15) dan 20% (B20).
Dari penelitian ini unjuk kerja mesin diesel tertinggi diperoleh pada penggunaan bahan bakar solar masing-masing pada putaran 2400 rpm dimana Torsi maksimal sebesar 5,5 (Nm; Daya terbesar 1,382 (kW); Konsumsi Bahan Bakar Spesifik paling ekonomis sebesar 211,349 (g/kWh); Perbandingan Udara-Bahan Bakar (AFR ) terbesar 53,565; Efisiensi Volumetris terbesar 0,808 (80,8%); Efisiensi Thermal Brake terbesar 0,422 (42,2%).
ii
ABSTRACT
This study aimed to determine the effect of the percentage of biodiesel in diesel fuel mixture on diesel engine performance by using variable speed (1200, 1500, 1800, 2100, and 2400) rpm and a variable load (0.5, 1, and 1.5) kg . In this study using a diesel engine TD110-TD115 Test Bed and Instrument for Small Engines. The parameters measured in this study is Torque, Power, Air Fuel Ratio (AFR), Specific Fuel Consumption (sfc), Volumetric Efficiency, and Brake Thermal Efficiency. Fuel used is pure diesel and biodiesel blend 5% (B5), 10% (B10), 15% (B15) and 20% (B20).
From this study the highest performance diesel engines obtained on the use of diesel fuel each at rotation 2400 rpm where maximum torque of 5.5 (Nm); Power 1,382 (kW); Specific Fuel Consumption for the most economical 211.349 (g/kWh ); Air Fuel Ratio (AFR) 53.565; Volumetric Efficiency of 0.808 (80.8%); Brake Thermal Efficiency 0.422 (42.2%).
Keywords: performance, diesel engine, biodiesel.
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur dan terima kasih penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, Tuhan yang Maha Kuasa. Shalawat dan salam selalu tercurah kepada Nabi Muhammad SAW yang telah membawa kita dari zaman jahiliyah ke zaman ilmiah sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
Tugas Sarjana/Skripsi ini adalah salah satu syarat menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar Sarjana Teknik (ST) di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Sarjana/Skripsi yang diambil dari mata kuliah Motor Bakar ini, yaitu
“PENGARUH VARIASI PERBANDINGAN BAHAN BAKAR
SOLAR-BIODIESEL (MINYAK JELANTAH) TERHADAP UNJUK KERJA PADA MOTOR DIESEL”.
Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis telah banyak mendapat dukungnan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Abdul Halim Nst, MSc. Selaku dosen pembimbing penulis yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, dan Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc. selaku dosen Koordinator Program Pendidikan Sarjana Ekstensi Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Dosen Pembanding I dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST. MT. selaku Dosen Pembanding II yang telah membimbing penulis dalam menyempurnakan tugas sarjana ini.
iv
6. Staff Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah banyak membantu dan membimbing penulis selama penelitian ini berlangsung.
7. Keluarga penulis, rasa hormat penghargaan dan terima kasih yang terbesar kepada kedua orangtua penulis, Ayahanda H. Muhammad Sidi dan Ibunda Mufliha, yang senantiasa memberikan motivasi dan arahan bagi penulis. Serta adik-adik penulis Muhammad Lukman dan Ahmad Baihaqi.
8. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin Program Pendidikan Ekstensi, terkhusus stambuk 2010 yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu, Solidarity Forever.
Semoga Allah SWT, Tuhan Yang Maha Kuasa membalas seluruh kebaikan yang telah diberikan kepada penulis.
v
2.1.2 Perbedaan Utama Mesin Diesel dan Mesin Bensin ... 6
2.2 Bahan Bakar dan Pembakaran ... 10
2.2.1 Bahan Bakar Diesel ... 10
2.2.2 Pembakaran Bahan Bakar Diesel ... 15
2.3 Biodiesel (Fatty Acid Methyl Ester) ... 16
2.3.1 Karakteristik Biodiesel ... 18
2.3.2 Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas (Jelantah) ... 19
2.3.3 Proses Produksi Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas ... 20
2.4 Beberapa Definisi Prestasi Mesin ... 23
2.4.1 Torsi dan daya ... 23
2.4.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ... 24
2.4.3 Perbandingan Udara Terhadap Bahan Bakar... 25
vi
2.4.5 Efisiensi Termal Brake ... 26
2.4.6 Nilai Kalor Bahan Bakar ... 27
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 29
3.1 Objek Penelitian ... 29
3.2 Parameter Penelitian ... 29
3.3 Waktu dan Tempat ... 29
3.4 Sampel Pengujian ... 29
3.5 Metode Pengumpulan data ... 30
3.6 Metode Pengolahan Data ... 30
3.7 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ... 30
3.8 Prosedur Pengujian Performansi Motor Diesel ... 34
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN ... 39
4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ... 39
4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel ... 45
4.2.1 Torsi ... 49
4.2.2 Daya ... 51
4.2.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ... 54
4.2.4 Rasio Perbandingan Udara – Bahan Bakar ... 59
4.2.5 Efisiensi Volumetris ... 64
4.2.6 Efisiensi Thermal Brake ... 67
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbedaan utama motor diesel dan motor bensin ... 6
Tabel 2.2 Data karakteristik mutu solar ... 15
Tabel 2.3 Beberapa tanaman penghasil minyak di Indonesia ... 17
Tabel 2.4 Struktur kimia asam lemak pada biodiesel ... 17
Tabel 2.5 Sifat-sifat fisik biodiesel metil ester dan solar ... 20
Tabel 2.6 Standar mutu biodiesel indonesia ... 22
Tabel 3.1 Data Spesifikasi mesin diesel uji TD110-TD115 Test Bed and instrument for small engines ... 34
Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan Bom Kalorimeter untuk bahan bakar solar dan biodiesel minyak jelantah murni (B100) ... 40
Tabel 4.2 Data hasil pengujian dan perhitungan Bom Kalorimeter untuk campuran variasi perbandingan bahan bakar solar dan biodiesel ... 41
Tabel 4.3 Nilai kalor bawah bahan bakar (Low Heating Value/LHV) untuk bahan bakar solar dan biodiesel minyak jelantah murni (B100) ... 43
Tabel 4.4 Nilai kalor bawah bahan bakar (Low Heating Value/LHV) untuk campuran variasi perbandingan bahan bakar solar dan biodiesel minyak jelantah ... 44
Tabel 4.5 Bahan bakar solar ... 45
Tabel 4.6 Bahan bakar solar 95% + biodiesel minyak jelantah 5% (B5) ... 46
Tabel 4.7 Bahan bakar solar 90% + biodiesel minyak jelantah 10% (B10) ... 47
Tabel 4.8 Bahan bakar solar 85% + biodiesel minyak jelantah 15% (B15) ... 47
Tabel 4.9 Bahan bakar solar 80% + biodiesel minyak jelantah 20% (B20) ... 48
Tabel 4.10 Daya tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban dan putaran ... 52
Tabel 4.11 sfc tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban dan putaran ... 56
Tabel 4.12 AFR tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban dan putaran ... 62
Tabel 4.13 Efisiensi volumetris (ηv) tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban dan putaran ... 66
Tabel 4.14 Jumlah air yang terbentuk dari pembakaran tiap 1 kg biodiesel (B100) ... 69
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Silinder ... 7
Gambar 2.2 Langkah Hisap ... 8
Gambar 2.3 Langkah Kompresi ... 8
Gambar 2.4 Langkah Kerja/Pembakaran ... 9
Gambar 2.5 Langkah Buang ... 9
Gambar 2.6 Diagram P-V Udara Tekanan Konstan ... 10
Gambar 2.7 Reaksi Transesterifikasi ... 21
Gambar 2.8 Bagan alir proses pembuatan biodiesel ... 22
Gambar 3.1 Jenis Bahan Bakar Pengujian ... 30
Gambar 3.2 Bom Kalorimeter ... 31
Gambar 3.3 Diagram Alir Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ... 33
Gambar 3.3 Mesin Uji TD 110 – TD 115 Test Bed and Instrument for Small Engines 4 Stroke – 1 Cylinder ... 34
Gambar 3.5 Diagram Alir Pengujian Performansi Motor Diesel ... 38
Gambar 4.1 Grafik HHV vs Bahan Bakar Solar dan B100 ... 41
Gambar 4.2 Grafik HHV vs Bahan Bakar B5, B10, B15, dan B20 ... 42
Gambar 4.3 Grafik LHV vs Bahan Bakar Solar dan B100 ... 43
Gambar 4.4 Grafik LHV vs Bahan Bakar B5, B10, B15, dan B20 ... 44
Gambar 4.5 Grafik Torsi vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg ... 49
Gambar 4.6 Grafik Torsi vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg ... 50
Gambar 4.7 Grafik Torsi vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg ... 50
Gambar 4.8 Grafik Daya vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg ... 53
Gambar 4.9 Grafik Daya vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg ... 53
Gambar 4.10 Grafik Daya vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg ... 54
Gambar 4.11 Grafik sfc vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg ... 57
Gambar 4.12 Grafik sfc vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg ... 58
Gambar 4.13 Grafik sfc vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg ... 58
Gambar 4.14 Kurva “Viscous Flow Meter Calibration” ... 59
Gambar 4.15 Kurva Pembacaan Manometer mmH2O ... 60
Gambar 4.16 Grafik AFR vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg ... 63
ix
Gambar 4.17 Grafik AFR vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg ... 63
Gambar 4.18 Grafik AFR vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg ... 64
Gambar 4.19 Grafik efisiensi volumetris (ηv) vs Putaran Mesin (rpm) ... 67
Gambar 4.20 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk Beban 0,5 kg ... 73
Gambar 4.21 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk Beban 1 kg ... 74
x
sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kWh
mf Laju aliran bahan bakar kg/jam
sgf Spesifik gravity 9,81 m/s2
Vf Volume bahan bakar yang diuji ml
tf Waktu untuk menghabiskan bahan bakar detik
AFR Air Fuel Ratio
ma Laju aliran massa udara kg/jam
Cf Faktor koreksi
M Persentase kandungan air dalam bahan bakar
Qlc Kalor laten kondensasi uap air kJ/kg
