BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilakukan dilaboratorium kimia anoganik FMIPA USU Medan untuk pembuatan biodiesel, B5, B10, dan B10 Mix. Kemudian untuk pengujian performansi mesin
dan emisi gas buang dilakukan di Laborotorium teknik mesin Fakultas Teknik USU medan, penelitian ini diberlangsung selama 10 bulan.
Diagram penelitian
Gambar.3.1. Diagram Penelitian
Data
Uji performansi Torsi, Daya,SFC dan Efisiensi thermal
Uji Emisi Gas Buang
FAME Minyak Jarak Pagar
Pembuatan B5, B10 dan B10 dengan aditif Asam Oleat
Uji Kalor B5, B10,dan B10
mix
Karbonilasi Aditif Asam Oleat
Universitas Sumatera Utara
3.2. Bahan dan Alat
Bahan- bahan Metil ester minyak jarak yang sudah ditransesterifikasi dan telah diuji sifat fisis dan
kimianya Mardiansyah, D. dan Tarigan, M. 2012 mengandung komposisi kimia seperti pada lampiran A. Minyak solar buatan Pertamina DEX dan dimetil ester rantai bercabang
DMEB dibuat di laboratorium Kimia Anorganik FMIPA USU menurut prosedure yang dilaporkan Bangun, N dan Siahaan, D 2007.
Alat-alat 1. Reaktor autoclave
2. Magnetik stirer 3. Termokontrol
4. Beaker Glass 250 ml 5. Pipet tetes
6. Hotplate stirer 7. Neraca analitis
8. Labu leher 3 9. Alat Vakum
10. Termostat 11. Destilasi
12. Corong pisah 13. Kertas lakmus
14. Gelas ukur 15. Termometer
Universitas Sumatera Utara
3.3. Pembuatan dimetil ester rantai bercabang DMEB Pembuatan DMEB telah dibuat melalui karbonilasi asam oleat. Secara umum reaksi
dilakukan dengan autoclave bervolume 100 ml dilengkapi dengan pengukur tekanan. Bangun, N dan Siahaan 2007
3.3.1. Prosedur reaksi karbonilasi Kedalam Autoclave dimasukkan campuran asam oleat 0,354 mol, katalis PdCl
2
0,00354 mol, kokatalis CuCl
2
0,0106 mol, asam formiat 0,0106 mol, Aerosil SiO
2
200 mg dan THF 500 ml, kemudian dimasukkan O
2
50 psi dan CO 50 psi. Kemudian reaksi dibiarkan pada suhu kamar sambil diaduk dengan stir atau pengaduk magnet. Setelah 3 jam reaksi
diberhentikan, larutan campuran reaksi diuapkan pelarut THF. Kedalam residu dimasukkan 20 ml dietel eter kemudian diekstraksi dan disaring. Larutan pekat hasil reaksi yang diperoleh
diekstraksi dengan n- heksan 20 ml kemudian dilewatkan melalui penyaring silika gel . larutan yang dihasilkan dikumpulkan kemudian diuapkan maka diperoleh cairan kental,
cairan ini di esterifikasi dengan metanol.
3.3.2. Karbonilasi asam oleat menjadi anhidrid
Kedalam reaktor karbonilasi berkapasitas 2 liter, dimasukkan campuran 100 gr asam oleat bersama 0,627 gr katalis PdCl
2
, 1,810 CuCl
2
gr, 0,487 gr asam formiat, 200 mg SiO
2
dan 500 ml THF kering. Tekanan Gas CO dan O
2
dipertahankan 50 sampai 100 psi. Setelah penyerapan gas terhenti, maka campuran reaksi didistilasi untuk memisahkan THF dan cairan
kental yang diperoleh diekstraksi dengan n-heksan, dicuci dengan aquadest. Fraksi n-heksan kemudian ditambahkan natrium sulfat anhidrat selanjutnya disaring dan didistilasi. Hasil
residu itu cairan kental kemudian didestilasi vakum 170 C menghasilkan cairan. Cairan ini
selanjutnya ditambahkan asam sulfat H
2
SO
4
dan metanol CH
3
OH menghasilkan ester rantai cabang DMEB.
3.4. Pembuatan bahan bakar biosolar dari minyak jarak pagar Untuk menguji kemampuan bahan aditif ini maka disediakan 4 jenis bahan bakar masing-
masing 3 liter sebagai berikut: Pembuatan B0 : 100 solar pertadex
Pembuatan B5 : Dicampurkan 150 ml minyak jarak 5 dengan 2850 ml solar pertamina dex 95, kemudian campuran ini diaduk homogen.
Universitas Sumatera Utara
Pembuatan B10 : Dicampurkan 300 ml minyak jarak 10 dengan 2700 ml solar pertamina dex 90, kemudian campuran ini diaduk homogen.
Pembuatan B10mix : dicampurkan 300 ml minyak jarak 10 dicampurkan 2674 ml solar pertamina dex89 dan 26 ml aditif DMEB 1 kemudian
campuran ini diaduk homogen. 3.5. Uji performansi mesin dan emisi gas buang
Pengujian ini dilakukan di Fakultas Teknik mesin menggunakan mesin diesel TD110- TD115 test bed and instrumentation for Small Engines. Parameter performansi mesin yang
diuji adalah putaran maksimum, torsi maksimum, daya maksimum, konsumsi bahan bakar spesifik dan efesiensi thermal, dan parameter uji emisi gas buang adalah CO
2
, CO, HC, O
2
dan NO
x
diperoleh data pada lampiran.
3.5.1. Prosedur pengujian nilai kalor bahan bakar
Untuk menentukan besarnya nilai kalor dari bahan bakar maka digunakan alat uji berupa ―Bom Kalorimeter‖.
Peralatan yang digunakan meliputi: o
Kalorimeter sebagai tempat air pendingin dan tabung bom o
Tabung bom sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji o
Tabung gas oksigen o
Alat ukur tekanan gas oksigen manometer untuk mengukur jumlah oksigen yang dimasukkan kedalam tabung bom
o Termometer dengan akurasi pembacaan skala hingga 0,01
C o
Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin o
Spit untuk menentukan jumlah volume dari bahan bakar o
Pengatur penyalaan saklar untuk menghubungkanmemutuskan aliran listrik ke tangkai penyala pada tabung bom
o Kawat penyala busur nyala untuk menyalakan bahan bakar yang diuji
o Cawan untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom
o Pinset untuk memasang busur nyala pada tangkai penyala dan cawan pada dudukan.
Tahapan-tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji sebanyak 0,2 ml dengan mempergunakan spit, menggulung dan memasang kawat penyala pada tangkai
penyala yang ada pada penutup bom dan menempatkan cawan yang telah 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. Setelah ban bakar berada di dalam cawan kemudian meletakkan tutup bom yang telah dipasangi
kawat penyala dan cawan berisi bahan bakar pada tabungan serta dikunci dengan “ring-O”
sampai rapat. kemudian melakukan hal-hal sebagai berikut : 1. Mengisi bom dengan Oksigen tekanan 30 bar.
2. Mengisi tabung kalometer dengan air pendingin sebanyak 1250 ml. 3. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter.
4. Menghubungkan tangkai penyala pada tutup bom ke kabel sumber air listrik. 5. Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang dilengkapi alat pengaduk.
6. Menghubungkan dan mengatur posisi pengaduk pada elektromotor. 7. Menempatkan termometer pada kalorimeter melalui lubang pada tutup kalorimeter.
8. Menghidupkan elektromotor selama 5 lima menit kemudian membaca dan mencatat temperatur air pendingin pada termometer.
9. Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar. 10. Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan lampu
indikator sementara elektromotor pengaduk terus bekerja. 11. Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingin setelah 5 lima menit dari
penyalaan berlangsung. 12. Mematikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk pengujian
berikutnya. 13. Mengulang pengujian sebanyak 5 lima kali berturut-turut untuk satu jenis bahan
bakar.
Universitas Sumatera Utara
Gambar.3.2. Diagram alir pengujian nilai kalor bahan
Mulai
HHV
Rata - rata
=
5
5 1
i i
HHV
Jkg Melakukan pengadukan terhadap
air pendingin selama 5 menit
Mencatat temperatur air pendingin T
1 O
C
Menyalakan bahan bakar
Selesai
Melanjutkan pengadukan terhadap air pendingin selama 5
menit
Mencatat kembali temperatur air pendingin T
2 O
C
Menghitung HHV bahan bakar : HHV = T2
– T1 – Tkp x Cv x 1000 Jkg
o
Berat sampel bahan bakar 0,20 gram
o
Volume air pendingin: 1250 ml
Tekanan oksigen 30 Bar
Pengujian = 5 kali
Universitas Sumatera Utara
3.5.2. Prosedur pengujian performansi motor diesel
Uji Performansi motor bakar diesel yang dilakukan menggunakan mesin uji “TD110-
TD115 test bed and instrumentation for small engines” Mesin uji ini juga dilengkapi dengan unit instrumentasi yang terdiri dari :
o Tachometer, untuk mengukur putaran mesin
o Torquemeter, untuk mengukur torsi
o Exhaust temperature meter, untuk mengukur temperatur gas buang
o Air Flow manometer, untuk mengukur tekanan udara masuk
o Fast Flow Pipette, untuk menentukan volume bahan bakar yang akan diuji terdiri
dari 3 tabung, masing-masing berkapasitas 8,16 dan 32 ml Selain mesin uji
“TD110-TD115 test bed and instrumentation for small engines”, dalam pengujian ini digunakan beberapa peralatan tambahan, antara lain
o Stopwatch untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin uji untuk menghabiskan
bahan bakar sebanyak volume tertentu o
Pompa untuk mensirkulasikan air pendingin Sebelum pengujian dilakukan pengkalibrasian terhadap torquemeter yang terdapat
pada unit instrumentasi mesin uji dengan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Menghubungkan unit instrumentasi mesin ke sumber arus listrik
2. Memutar tombol span searah jarum jam sampai ke posisi maksimum 3. Mengguncangkan menggetarkan mesin pada bagian lengan beban
4. Memutar tombol zero sehingga jarum pada torquemeter menunjukkan angka nol 5. Memastikan bahwa penunjukan angka nol oleh jarum torquemeter telah akurat
dengan mengguncangkan menggetarkan mesin kembali. 6. Menggantungkan beban 1,5 kg pada lengan beban.
7. Mengguncangkan menggetarkan mesin sampai posisi jarum torquemeter angka yang tetap.
8. Memutar tombol span sampai jarum torquemeter angka pembacaan yang benar 9. Melepaskan beban dari lengan beban
Pengkalibrasian ini dilakukan setiap kali akan melakukan pengujian sebelum mesin dihidupkan. Setelah dilakukan pengkalibrasian, maka pengujian dapat dilakukan dengan
langkah-langkah sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
1. Menghidupkan pompa air pendingin dan memastikan sirkulasi air pendingin mengalir dengan lancar melalaui mesin
2. menghidupkan mesin dengan cara menarik tali stater. 3. Melakukan pemanasan pada mesin selama 15
– 20 menit pada putaran rendah 1000 rpm
4. Mengatur putaran mesin pada 1600 rpm dengan menggunakan tuas kecepatan dan memastikan melalui tachometer.
5. Menggantungkan beban sebesar 0,5 kg pada lengan beban. 6. Menutup saluran bahan bakar dari tangki dengan memutar katup saluran bahan bakr
sehingga permukaan bahan bakar didalam pipette turun. 7. Menentukan waktu yang dibutuhkan oleh mesin untuk menghabiskan 8 delapan ml
bahan bakar dengan menggunakan stopwatch dan memperhatikan ketinggian permukaan bahan bakar di dalam pipette.
8. Mencatat torsi melalui pembacaan torquemeter, temperatur gas buang melalui pembacaan exhaust temperature meter dan tekanan udara masuk melalui pembacaan
air flow meter. 9. Membuka katup bahan bakar sehingga pipette kembali terisi oleh bahan bakar yang
berasal dari tangki 10. Mengulang pengujian untuk variasi beban, putaran dan bahan bakar yang berbeda.
Universitas Sumatera Utara
Diagram pengujian performansi motor diesel dapat dilihat pada gambar
Gambar.3.3. Diagram alir pengujian performansi motor diesel
3.5.3. Prosedur pengujian emisi gas buang
Uji emisi gas buang yang meliputi CO, HC, O
2,
SOx dan CO
2
yang terdapat pada hasil pembakaran bahan bakar. Pengujian ini dilakukan bersamaan dengan pengujian kerja
motor bakar diesel dimana gas buang yang dihasilkan oleh mesin uji pada saat pengujian diukur untuk mengetahui kadar emisi dalam gas buang. Pengujian emisi gas buang yang
dilakukan dalam penelitian ini menggunakan alat auto logic gas analizer. Mulai
Selesai
o
Volume Uji bahan bakar : 100 ml
o
Temperatur udara :27
O
C
o
Tekanan udara: 1 bar
o
Putaran: 1600 rpm
o
Beban: 0,5 kg
o
Mencatat waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan 100 ml bahan bakar.
o
Mencatat Torsi
o
Mencatat temperatur gas buang
o
Mencatat tekanan udara masuk mm H
2
O
Menganalisa data hasil pembacaan alat ukur dengan rumus empiris
Mengulang pengujian dengan beban, putaran yang berbeda.
Universitas Sumatera Utara
Gambar.3.4. Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar diesel
Menyambungkan perangkat autogas analyzer ke komputer
Mulai
Mengosongkan kandungan gas dalam auto logic gas analizer
Memasukkan gas fitting kedalam knalpot motor bakar
Menunggu lebih kurang 2 menit hingga pembacaan stabil dan melihat
Mengulang pengujian dengan beban dan putaran mesin yang berbeda
selesai
Universitas Sumatera Utara
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian tentang performansi dan emisi bahan bakar mesin dilakukan dengan memakai 4 jenis bahan bakar. Keempat bahan ini diuji nilai kalor menggunakan bom
kalorimater, sedangkan performansi mesin menggunakan mesin diesel TD110 - TD115 Test Bed and Instrument for small engines dan Emisi gas diuji dengan menggunakan auto gas
analyzer di Departement Tehnik Mesi Fakultas Tehnik USU
.
4.1. Nilai kalor bahan bakar
Nilai kalor bahan bakar menunjukkan kandungan energi dalam bentuk panas yang dimiliki oleh setiap kilogram atau liter bahan bakar yang dihasilkan pada saat proses
pembakaran. Nilai kalor bahan bakar perlu untuk diketahui karena dapat mempengaruhi kinerja performansi dari mesin, semakin tinggi nilai kalor dari bahan bakar maka semakin
baik kinerja dari mesin diesel, tapi bila nilai kalor dari bahan bakar rendah maka kinerja yang dihasilkan mesin diesel akan mengalami penurunan, hal ini sangat dipengaruhi oleh
viskositas sebagai penentuan penyuplaian minyak Putra.A.K. 2008. Dari hasil pengujian didapat nilai kalor dari masing-masing bahan bakar B0Solar
Pertadex, dan bahan bakar biodiesel terdiri dari metil ester minyak jarak pagar yakni B5, B10, dan B10mix, seperti terlihat pada Tabel 4.1 berikut ini.
Tabel 4.1. Nilai kalor bahan bakar B0, B5, B10, dan B10
mix
No Bahan Bakar
Nilai Kalor Atas kjkg
Nilai kalor Bawah kjkg
1 B0
47.064 43.824
2 B5
46.640 43.400
3 B10
44.096 40.856
4 B10mix
43.778 40.538
Keterangan : B0
= 100 solar pertadex atau 0 metil ester B5
= 5 metil ester minyak jarak pagar dan 95 solar. B10
= 10 metil ester minyak jarak pagar dan 90 solar.
Universitas Sumatera Utara
B10mix = 10 metil ester minyak jarak pagar dan 89 solar dan ditambah 1 dimetil ester rantai cabang DMEB.
Dari Tabel 4.1. diatas dapat dilihat bahwa nilai kalor dari B0 solar pertadex 47.064 kjkg, sedangkan nilai kalor B5 5 metil ester 46.640 kjkg, B1010 metil ester 44.096
kjkg dan B10mix 10 metil ester dan 1 dimetil ester 43.778 kjkg. Makin tinggi kandungan metil ester bahan bakar yang dicampurkan makin rendah nilai kalornya. Hal ini
sejalan dengan yang dilaporkan penelitian Dermibas, A. 2006. Nilai kalor dari bahan bakar solar pertadex lebih tinggi dibandingkan nilai kalor dari
metil ester minyak jarak pagar B5, B10 dan B10mix, hal ini disebabkan karena nilai viskositas metil ester yang tinggi yakni 6,97 cSt, sehingga pada kosentrasi yang tinggi metil
ester memerlukan energi yang tinggi pemanasan awal yang lama karena metil ester mempunyai banyak rantai cabang dibandingkan dengan solar pertadex. sementara pertadex
hanya memiliki viskositas 5,8 cSt, maka bahan bakar lebih mudah teratomisasi pada saat diinjeksikan kedalam ruang bahan bakar dan kurang menghambat didalam pemanasan pada
mesin. Kenaikan viskositas metil ester minyak jarak akan menurunkan injeksi penyemprotan
atau penetrasi dan distribusi bahan bakar kedalam ruang bahan bakar, tinnginya viskositas bahan bakar ini akan mengurangi timbulnya energi panas pada bahan bakar sehingga tidak
dapat menjalankan fungsinya dengan baik. Penurunan nilai kalor ini sangat mempengaruhi kinerja Performansi dari mesin.
4.2. Uji kinerja performansi mesin diesel