iii
STUDI EKSPERIMENTAL VARIASI TEKANAN DAN DIAMETER NOSEL TERHADAP SUDUT SEMBURAN MINYAK JELANTAH
Oleh : I Komang Juniarta
Pembimbing I : Dr. Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT Pembimbing II : Ainul Ghurri, ST, MT, Ph.D
ABSTRAK
Energi terbarukan dari minyak nabati salah satunya adalah minyak jelantah, yang mampu memberikan solusi krisis energi pada masa depan. Minyak jelantah yang digunakan secara teknis telah memenuhi syarat dijadikan sebagai bahan bakar nabati, namun demikian kekentalan, kerapatan serta kadar asam lemak bebas yang tinggi, dan kendala senyawa pengotor yang masih tinggi maka sulit teratomisasi pada saat digunakan. Minyak jelantah sebelum diinjeksikan pada nosel penyemprotan bahan bakar perlu mendapatkan perlakuan, maka dari itu Penelitian ini menguji penyemprotan bahan bakar minyak jelantah dengan pemanasan awal dan memberikan variasi tekanan injeksi serta variasi diameter lubang nosel.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui perubahan karakteristik semburan minyak jelantah pada ujung nosel, dengan pemberian variasi tekanan dan variasi diameter nosel. Peralatan yang digunakan pada penelitian adalah: kompresor, pressure regulator, tangki bahan bakar, pressure gauge, pipa line, pipa lilitan, heater, keran, nosel, thermocouple, data loger, kamera dan layar warna hitam. Penelitian dilakukan dengan cara memanaskan minyak jelantah pada pipa lilitan dengan menggunakan heater sampai temperatur 350oC, selanjutnya diberikan
tekanan 3, 4, dan 5 bar serta memberikan variasi lubang nosel 0.4 mm, 0.5 mm, dan 0.6 mm sehingga minyak jelantah yang sudah diberikan pemanasan keluar pada ujung nosel akan membentuk sudut semburan.
Hasil pengujian yang dilakukan mengenai pengaruh tekanan dan diameter nosel terhadap sudut semburan minyak jelantah diperoleh bahwa, variasi tekanan yang diberikan berpengaruh terhadap sudut semburan minyak jelantah. Peningkatan tekanan dari 3 bar sampai 5 bar, menyebabkan peningkatan sudut semburan, selain itu sudut semburan minyak jelantah juga dipengaruhi oleh diameter nosel. Diameter nosel dinaikkan dari 0,4 mm sampai 0,6 mm pada tekanan 3 bar dan 4 bar terjadi peningkatan sudut semburan, tetapi hal berbeda terjadi pada tekanan 5 bar dengan nosel 0,6 mm terjadi penurunan sudut semburan.
iv
EXPERIMENTAL STUDY OF VARIATION OF PRESSURE AND DIAMETER OF NOZZLE TOWARDS THE SPRAYING ANGLE OF WASTE
COOKING OIL
Author : I Komang Juniarta
First Supervisor : Dr. Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT Second Supervisor : Ainul Ghurri, ST, MT, Ph.D
ABSTRACT
Renewable energy from vegetable oils one of which is waste cooking oil, which is able to provide solutions to the energy crisis in the future. waste cooking oil that technically qualifies used as biofuel, however, viscosity, density and free fatty acid levels are high, and the obstacles that still high impurity compound it is difficult atomized at the time of use. Waste cooking oil before it is injected in the nozzle spraying the fuel needed to get treatment, and therefore this study tested the fuel of spraying cooking oil with preheating and provides injection of pressure variations and variations in the diameter of the nozzle orifice.
The purpose of this study was to determine the changes characteristic spray of waste cooking oil on the tip of the nozzle, with the provision of pressure variations and variations in the diameter of the nozzle. The equipment used in the research are: compressor, pressure regulator, fuel tank, pressure gauge, pipe line, pipe coil, heater, valve, nozzle, thermocouple, data logger, camera and display color black. The study was conducted by heating the cooking oil in the pipe coil using a heater to a temperature of 350oC, then given pressure 3, 4, and 5 bar as well as provide a variety of hole nozzle 0.4 mm, 0.5 mm and 0.6 mm so that the used cooking oil that has been given the heat out at the end of the nozzle will form an spray angle. Results of tests performed on the effect of pressure and nozzle diameter on the spray angle of waste cooking oil is obtained that, variations in the pressure exerted influence on the spray angle of waste cooking oil. Increasing pressure of 3 bar to 5 bar, causing an increase in the spray angle, spray angle than that waste cooking oil is also influenced by the diameter of the nozzle. The diameter of the nozzle is raised from 0.4 mm to 0.6 mm at a pressure of 3 bar and 4 bar increased the spray angle, but different things happen at a pressure of 5 bar with a nozzle 0.6 mm any decrease the spray angle.
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Studi Eksperimental Variasi Tekanan dan Diameter Nosel Terhadap Sudut Semburan Minyak Jelantah”. Penulis banyak mendapatkan bantuan serta bimbingan dari beberapa pihak dalam penulisan skripsi ini, maka melalui kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Dr.Ir. I Ketut Gede Sugita, MT selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana.
2. Bapak Dr. Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT Selaku Dosen Pembimbing I dan dosen pembimbing Akademik yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan dalam penulisan skripsi ini.
3. Bapak Ainul Ghurri, ST.,MT.,Ph.D Selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan masukan dalam penulisan skripsi ini. 4. Bapak Dr. Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg. selaku dosen penguji. 5. Bapak Ir. Hendra Wijaksana, M.Sc. selaku dosen penguji.
6. Bapak Dr. Eng. Made Sucipta, ST.,MT. selaku dosen penguji.
7. Para Dosen Pengajar, rekan–rekan dan semua pihak di Program Studi Teknik Mesin, yang telah banyak membantu selama proses penulisan skripsi ini.
8. Keluarga yang selalu mendukung dan membantu dalam perkuliahan hingga penyusunan skripsi.
Dengan segala kerendahan hati, penulis menyadari skripsi ini jauh dari kesempurnaan, maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari berbagai pihak untuk dapat lebih menyempurnakan skripsi ini. Penulis mohon maaf apabila ada kekurangan atau kesalahan dalam penulisan skripsi ini.
Denpasar, Maret 2017
vi DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN ... i LEMBAR PERSETUJUAN ... ii ABSTRAK ... iii ABSTRACT ... iv KATA PENGANTAR ... v DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... x DAFTAR LAMPIRAN ……….. ... xi BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang… ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 3 1.3 Batasan Masalah ... 3 1.4 Tujuan Penelitian ... 3 1.5 Manfaat Penelitian ... 4
BAB II DASAR TEORI ... 5
2.1 Minyak Jelantah ... 5
2.1.1 Sifat Fisik ... 6
2.1.2 Sifat Kimia ... 7
2.2 Minyak Tanah ... 9
2.3 Nosel ... 10
2.4 Tekanan pada Fluida dan Penurunan Tekanan (Pressure Drop) ... 12
2.5 Perpindahan Panas ... 13
2.5.1 Konduksi ... 14
2.5.2 Konveksi ... 14
2.5.3 Radiasi ... 15
2.6 Atomisasi (Pengabutan ) Cairan ……… ... 16
2.6.1 Tegangan Permukaan ... 17
2.6.2 Viskositas ... 19
2.6.3 Densitas ... 20
2.7 Spray Characteristics ... 22
2.7.1 Spray Tip Penetration ... 22
2.7.2 Spray Angle ... 23
2.7.3 Spray Pattern ... 24
2.8 Pengukuran Sudut Semburan Nosel ... 25
2.9 Penelitian-Penelitian Sebelumnya ... 28
BAB III METODE PENELITIAN ... 31
3.1 Metode Penelitian ... 31
3.2 Variabel Penelitian ... 31
3.3 Diagram Alur Penelitian ... 32
vii 3.4.1 Alat... 32 3.4.2 Bahan ... 36 3.5 Set Up Peralatan ... 36 3.5.1 Tahap Persiapan ... 37 3.5.2 Tahap Pengujian ... 38
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 40
4.1 Data Hasil Pengujian ... 40
4.1.1 Data Sudut Semburan Minyak Jelantah pada Diameter Nosel 0,4 mm ... 40
4.1.2 Data Sudut Semburan Minyak Jelantah pada Diameter Nosel 0,5 mm ... 42
4.1.3 Data Sudut Semburan Minyak Jelantah pada Diamet er Nosel 0,6 mm ... 44
4.2 Pembahasan ... 46
4.2.1 Pengaruh Tekanan Terhadap Sudut Semburan Minyak Jelantah ... 46
4.2.2 Pengaruh Diameter nosel Terhadap Su dut Semburan Minyak Jelantah ... 48 BAB V PENUTUP ... 51 5.1 Kesimpulan... 51 5.2 Saran ... 51 DAFTAR PUSTAKA ... 52 LAMPIRAN
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Skematik Nosel ... 10
Gambar 2.2 Contoh Perpindahan Panas Konduksi ... 13
Gambar 2.3 Contoh Perpindahan Panas Konveksi ... 14
Gambar 2.4 Contoh Perpindahan Panas Radiasi ... 15
Gambar 2.5 Tiga Tahap Proses Atomisasi ... 16
Gambar 2.6 Tegangan Permukaan Cairan ... 18
Gambar 2.7 Hubungan antara Viskositas dan Ukuran Droplet……… .. 19
Gambar 2.8 Pengaruh Tekanan Terhadap Ukuran Droplet ... 21
Gambar 2.9 Aliran Semburan dengan Berbagai Ukuran Droplet ... 22
Gambar 2.10 Spray Tip Penetration ... 22
Gambar 2.11 Sudut Semburan pada Nosel ... 23
Gambar 2.12 Pengaruh Tekanan dan Diameter Lubang Nosel Terhadap Spray Angle ... 23
Gambar 2.13 Pengaruh Temperatur Terhadap Viskositas ... 24
Gambar 2.14 Hollow Cone ... 24
Gambar 2.15 Solid Cone ... 25
Gambar 2.16 Membuka gambar pada Adobe Photoshop ... 25
Gambar 2.17 Memperjelas gambar dengan menambah pixels ... 26
Gambar 2.18 Memberikan efek posterize pada gambar ... 26
Gambar 2.19 Membuka layer Baru Untuk Memulai Sketch ... 27
Gambar 2.20 Insert Gambar Spray dengan Ikon Attach ... 27
Gambar 2.21 Cara Pengukuran Sudut Semburan ... 28
Gambar 2.22 Pengaruh Diameter Injektor Terhadap Sudut Semprot ... 29
Gambar 2.23 Sudut Semburan pada Berbagai Persentase Volume Minyak Kelapa pada Bahan Bakar Diesel ... 30
Gambar 3.1 Digram Alir Penelitian ... 32
Gambar 3.2 Tabung Bahan Bakar ... 33
Gambar 3.3 Data Logger ... 33
Gambar 3.4 Pipa Lilitan ... 33
Gambar 3.5 Heater ... 34
Gambar 3.6 Nosel ... 34
Gambar 3.7 Kompresor ... 34
Gambar 3.8 Pressure Regulator ... 35
Gambar 3.9 Kamera ... 35
Gambar 3.10 Lampu ... 35
Gambar 3.11 Layar Warna Hitam ... 36
Gambar 3.12 Minyak Jelantah ... 36
Gambar 3.13 Set Up Alat Penelitian ... 37
Gambar 3.14 Titik-Titik Pemasangan Thermocouple ... 38
Gambar 3.15 Capture Spray ... 39
Gambar 4.1 Sudut Semburan pada Diameter Nosel 0.4 mm dengan Tekanan (a) 3 bar, (b) 4 bar, (c) 5 bar ... 41 Gambar 4.2 Sudut Semburan pada Diameter Nosel 0.5 mm dengan
ix
Tekanan (a) 3 bar, (b) 4 bar, (c) 5 bar ... 43 Gambar 4.3 Sudut Semburan pada Diameter Nosel 0.6 mm dengan
Tekanan (a) 3 bar, (b) 4 bar, (c) 5 bar ... 45 Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Tekanan Terhadap Sudut Semburan Minyak
Jelantah ... 47 Gambar 4.5 Grafik Pengaruh Diameter Nosel Terhadap Sudut Semburan
x
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Sifat Fisik dan Kimia Minyak Jelantah ... 7
Tabel 2.2 Hasil Uji ASTM Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas ... 8
Tabel 2.3 Perbandingan Spesifikasi Solar, Spesifikasi Minyak Jelantah ... 8
Tabel 2.4 Spesifikasi Bahan Bakar Minyak Tanah ... 9
Tabel 2.5 Surface Tension of Familiar Liquids ... 19
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Pernyataan ... 55
Lampiran 2. Hasil Turnitin ... 56
Lampiran 3. Data Hasil Penelitian ... 57
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sumber energi utama diberbagai negara masih tergantung pada bahan bakar fosil. Sumber energi yang digunakan pada transportasi dan mesin-mesin industripun masih dominan menggunakan bahan bakar fosil. Banyaknya eksploitasi yang dilakukan, menyebabkan keberadaan minyak bumi semakin terancam dan harganya menjadi meningkat secara tajam. Tingginya pemanfaatan bahan bakar fosil mengakibatkan berbagai dampak negatif terhadap lingkungan seperti: Pencemaran lingkungan, pemanasan global, hujan asam, dan berdampak buruk pada kesehatan manusia.
Kebutuhan energi di dunia maupun di Indonesia kini semakin meningkat. Hal tersebut disebabkan oleh pertumbuhan penduduk, pertumbuhan ekonomi, dan pola konsumsi energi yang semakin meningkat. Ketersediaan energi di Indonesia semakin lama semakin menipis. Data konsumsi BBM Indonesia pada tahun 2014 mencapai 70,7 juta kilo liter (Kementerian ESDM, 2015). Keadaan ini menyebabkan para peneliti dan pemerintah harus berpikir ekstra, mengenai cara untuk mencegah terjadinya kelangkaan energi. Upaya yang dapat dilakukan adalah mencari sumber-sumber energi lain yang dikenal dengan energi terbarukan.
Energi terbarukan adalah energi yang berasal dari bahan-bahan yang terdapat di alam dan dapat diproduksi dalam waktu yang cepat atau tidak akan habis. Undang-Undang No. 30/2007 tentang energi pasal 20 ayat 4 menyatakan bahwa penyediaan dan pemanfaatan energi baru dan terbarukan wajib ditingkatkan oleh pemerintah pusat dan pemerintah daerah sesuai dengan kewenangannya. Salah satu jenis dari energi terbarukan tersebut adalah bahan bakar yang diproduksi dengan menggunakan minyak nabati yang ketersediaannya berlimpah dan ramah lingkungan.
Krisis energi beberapa tahun terakhir ini, menyebabkan seluruh dunia termasuk Indonesia berusaha mencari sumber-sumber energi terbarukan seperti minyak nabati (Kewas, 2013). Salah satu energi terbarukan dari minyak nabati yaitu minyak jelantah, yang mampu memberikan solusi krisis energi pada masa depan. Minyak goreng bekas (waste cooking oil) yang biasa disebut minyak jelantah, sangat
2
potensial diolah menjadi biodiesel. Pemanfaatan minyak jelantah di Indonesia masih belum berkembang saat ini. Minyak jelantah yang dihasilkan perusahaan besar dijual ke pedagang kaki lima, kemudian digunakan untuk menggoreng makanan olahan dan sebagian lagi hilang begitu saja ke saluran pembuangan. Potensi produksi minyak jelantah akan meningkat seiring dengan meningkatnya produksi dan konsumsi minyak goreng.
Data statistik menunjukkan bahwa rata-rata konsumsi minyak goreng perkapita dari tahun 2007 sampai dengan 2014 adalah 0,2 liter perminggu (BPS, 2015). Jumlah penduduk indonesia saat ini mencapai 255 juta, maka konsumsi minyak goreng di Indonesia juga sangat tinggi mencapai 51 juta liter perminggu. Berdasarkan data tersebut dapat simpulkan meningkatnya konsumsi dan produksi nasional minyak goreng akan berkorelasi dengan ketersediaan minyak jelantah yang semakin meningkat pula.
Minyak jelantah merupakan limbah yang mengandung senyawa-senyawa yang bersifat karsinogenik, yang terjadi selama proses penggorengan. Pemakaian minyak jelantah secara terus-menerus dapat menyebabkan kerusakan pada tubuh manusia, misalnya dapat menyebabkan penyakit kanker, dan akibat selanjutnya dapat mengurangi kecerdasan generasi berikutnya (Julianus 2006). Untuk itu diperlukan penanganan yang tepat agar limbah minyak jelantah ini dapat bermanfaat dan tidak menimbulkan kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan.
Penggunaan minyak jelantah secara teknis telah memenuhi syarat dijadikan sebagai bahan bakar nabati, namun demikian kekentalan, kerapatan serta kadar asam lemak bebas yang tinggi, dan kendala senyawa pengotor yang masih tinggi. Untuk itu perlu dilakukan kajian pemurnian dan karakterisasi minyak jelantah terutama penurunan viskositasnya agar minyak jelantah ini lebih mudah teratomisasi pada saat diinjeksikan pada nosel, disamping itu agar kriteria minyak jelantah ini memenuhi kriteria minyak fosil seperti minyak tanah dan Solar. Penurunan viskositas ini dilakukan dengan pemanasan awal (preheating) kemudian dilakukan pengujian untuk mengetahui karakteristik fisik minyak jelantah yang meliputi sudut semburan, panjang semburan serta ukuran butiran (droplet). Berdasarkan latar belakang di atas, mendorong penulis untuk melaksanakan penelitian dengan judul “Studi Eksperimental Variasi Tekanan dan Diameter Nosel Terhadap Sudut
3
Semburan Minyak Jelantah”. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan gambaran umum karakterisitik minyak jelantah dalam hal sudut semburan berdasarkan beberapa perlakuan yang diberikan.
1.2 Rumusan masalah
Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana perubahan karakteristik semburan minyak jelantah pada ujung nosel dengan pemberian variasi tekanan.
2. Bagaimana perubahan karakteristik semburan minyak jelantah pada ujung nosel dengan pemberian variasi diameter nosel.
1.3 Batasan Masalah
Adapun permasalahan yang ada di atas perlu diberikan batasan agar permasalahan tersebut nantinya memberikan gambaran yang lebih jelas mengenai masalah yang akan dikaji. Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Jenis Minyak yang digunakan dalam penelitian adalah minyak jelantah yang didapat dari yayasan Lengis Hijau Denpasar.
2. Luas bidang pipa minyak jelantah yang mendapat pemanasan 305,2 cm2. 3. Temperatur Pemanasan pipa minyak jelantah 350oC.
4. Diameter lubang nosel yang digunakan dalam penelitian dengan ukuran 0,40 mm, 0,50 mm, dan 0.60 mm.
5. Variasi tekanan yang diberikan 3 bar, 4 bar, dan 5 bar. 1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian yang akan dilakukan adalah :
1. Untuk mengetahui perubahan karakteristik semburan minyak jelantah pada ujung nosel dengan pemberian variasi tekanan.
2. Untuk mengetahui perubahan karakteristik semburan minyak jelantah pada ujung nosel dengan pemberian variasi diameter lubang nosel.
3. Untuk mengetahui sudut semburan yang menghasilkan butiran (droplet) yang halus dengan perlakuan yang diberikan.
4
4. Untuk mempelajari potensi minyak nabati khususnya minyak jelantah sebagai bahan bakar alternatif.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan gambaran umum mengenai karakteritik semburan minyak jelantah terutama dalam hal sudut semburan. Disamping itu penelitian ini diharapkan dapat diaplikasikan untuk kompor tekan, kompor mayat, dan pemanas bioler. Penelitian ini diharapkan juga dapat memberikan kontribusi positif bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya untuk bidang pembakaran dan energi terbarukan (Renewable Energi).
