BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Persiapan bahan baku dilakukan di laboratorium PIK Proses Industri Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera utara selama lebih kurang 5
minggu. Pengujian dilakukan di laboratorium motor bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara selama lebih kurang 2
minggu.
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat
Alat yang dipakai dalam penelitian ini terdiri dari: 1.
Bom Kalorimeter Bom Kalorimeter, Gambar 3.1, adalah alat yang digunakan untuk
mengukur jumlah kalor nilai kalori yang dibebaskan pada pembakaran sempurna dalam O
2
berlebih suatu senyawa, bahan makanan, bahan bakar. Sejumlah sampel
ditempatkan pada
tabung beroksigen
yang tercelup
dalam medium penyerap kalor kalorimeter, dan sampel akan terbakar oleh api listrik dari kawat
logam terpasang
dalam tabung.
Bom Kalorimeter
terdiri dari tabung baja tebal dengan tutup kedap udara. Sejumlah
tertentu zat
yang akan
diuji ditempatkan
dalam cawan platina dan sebuah kumparan besi yang diketahui beratnya yang juga
akan dibakar ditempatkan pula pada cawan platina sedemikian sehingga menempel pada zat yang akan diuji. Kalorimeter bom kemudian ditutup dan
tutupnya lalu dikencangkan. Setelah itu bom diisi dengan O
2
hingga tekanannya mencapai 25 atm. Kemudian bom dimasukkan ke dalam kalorimeter yang diisi air.
Setelah semuanya tersusun, sejumlah tertentu aliran listrik dialirkan ke kawat besi dan setelah terjadi pambakaran, kenaikan suhu diukur.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.1 Bom Kalorimeter
2. Mesin Diesel Small engine Test TD115-MKII
Mesin diesel juga disebut Motor Penyalaan Kompresi, Gambar 3.2, oleh karena penyalaannya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam
udara yang telah bertekanan dan bertemperatur ringgi sebagai akibat dari proses kompresi di dalam ruang bakar.
Gambar 3.2 Mesin Diesel Small engine Test TD115-MKII Spesifikasi:
Model : TD115-MKII
Type : 1 Silinder, 4 Langkah, dan Horizontal
Max output : 4.2 kW
Universitas Sumatera Utara
Rated output : 2.5 kW
Max speed : 3750 rpm
3. Tec Equpment TD-114
Tec equipment TD-114 digunakan untuk melihat data keluaran yang akan digunakan untuk perhitungan performansi mesin. Data keluaran
yang diambil antara lain; Putaran RPM, Torsi Nm, Suhu Exhaust
o
C, dan Tekanan Udara mmH
2
O. Tec Equipment TD-114 ditunjukkan pada Gambar 3.3 di bawah ini:
Gambar 3.3 Tec Equipment TD-114
3.2.2. Bahan
Pengolahan bahan baku dimulai dengan pengadaan minyak nabati hasil ekstraksi biji wijen sesame oil dengan kadar murni 100 tanpa tambahan
zat aditif lainnya. Produk import ini dapat dibeli di brastagi swalayan dengan merk produk “CHEE SENG 100 Pure White Sesame Oil” yang merupakan salah satu
produk dari perusahaan Chee Seng Oil Factory Pte Ltd, Singapore. Minyak nabati biji wijen ditunjukkan pada Gambar 3.4 di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.4 Minyak Nabati Biji Wijen Minyak biji wijen terlebih dahulu diukur nilai kadar free fatty acid
FFA dengan cara penambahan methanol 96 dan indicator penoptaline kedalam minyak yang selanjutnya di titrasi dengan menggunakan NaOH 0,1 Seperti
ditunjukkan pada Gambar 3.5 dibawah.
Gambar 3.5 Proses Mengukur Nilai FFA Setelah dilakukan pengujian kadar FFA dan didapatkan nilai kadar
FFA yang rendah maka proses pengolahan dapat langsung di lanjutkan ke proses transesterifikasi, dilakukan dengan mereaksikan minyak goreng biji wijen dengan
methanol dengan perbandingan fraksi mol tertentu. Dalam reaksi digunakan katalis NaOH. Proses transesterifikasi ditunjukkan pada Gambar 3.6 dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.6 Proses Transesterifikasi Selanjutnya minyak hasil proses transesterifikasi dipisahkan dari
gliserol yang terbentuk selama reaksi dengan menggunakan corong pemisah. Pemisahan minyak hasil transesterifikasi dari gliserol ditunjukkan pada Gambar
3.7 dibawah ini.
Gambar 3.7 Proses pemisahan minyak dengan gliserol Minyak hasil transesterifikasi yang sudah dipisahkan dari gliserol, sudah
berupa biodiesel kotor, selanjutnya dilakukan proses pencucian dengan menggunakan akuades pada suhu tertentu sampai kadar asam biodiesel normal
dan bahan pengotor habis dari biodiesel. Proses pencucian dapat dilihat pada Gambar 3.8 dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.8 Proses Pencucian Biodiesel dengan Air Setelah proses pencucian selesai biodiesel kemudian dipanaskan di
dalam oven untuk menghilangkan kadar air, sehingga didapat biodiesel biji wijen seperti pada Gambar 3.9 di bawah ini.
Gambar 3.9 Biodiesel Biji Wijen Setelah proses transesterifikasi selesai dan diperoleh biodiesel biji
wijen, selanjutnya dilakukan uji kelayakan biodiesel tersebut, yaitu uji kadar FFA, Nilai Viskositas, Kadar metilester, dan densitas minyak.
Secara mendetail proses transesterifikasi akan di jelaskan pada sub bab berikut.
Universitas Sumatera Utara
3.2.2.1. Esterifikasi
Prosedur esterifikasi adalah sebagai berikut: 1.
Peralatan esterifikasi dirangkai, dimasukkan etanol dengan perbandingan sebagai berikut:
dimana: i.
G = massa methanol yang diperlukan ii.
M = massa bahan baku yang akan di esterifikasi 2.
Dinyalakan hot plate untuk memanaskan reaktan 3.
Sambil dipanaskan ditambahkan asam sulfat tetas demi tetes ke dalam reaktan sebanyak 1 dari massa bahan baku yang akan
direaksikan 4.
Setelah dicapai suhu 60
o
reaktan yang telah dicampur asam sulfat dimasukkan ke dalam minyak yang telah dipanaskan
5. Ditunggu sampai 75 menit bereaksi dan dijaga suhu 60
C 6.
Setelah selesai dimasukkan kedalam corong pisah dan dipisahkan dari methanol berlebih
7. Dicuci dengan air bersuhu 40 – 50
o
C untuk menghilangkan sisa katalis dan kotoran
8. Dipanaskan didalam oven dengan suhu 115
o
C selama 2 jam untuk menghilangkan kadar air.
3.2.2.2. Transesterifikasi
Proses transesterifikasi adalah sebagai berikut: 1.
Kadar FFA, densitas, dan viskositas minyak hasil esterifikasi dianalisis
2. Minyak hasil ester dengan berat tertentu dimasukkan ke dalam
labu leher tiga dan dipanaskan dengan hot plate hingga mencapai suhu 60
o
C
Universitas Sumatera Utara
3. Sementara minyak dipanaskan, NaOH sebanyak 1 dari berat
minyak dilarutkan kedalam methanol dengan perbandingan sebagai berikut:
dimana: i.
G = massa methanol yang diperlukan ii.
M = massa bahan baku yang akan di transesterifikasi
4. Larutan dimasukkan ke dalam labu yang telah berisi minyak
dan dihomogenkan dengan magnetic stireer 5.
Dibiarkan bereaksi selama 75 menit dan dijaga suhu 60
o
C 6.
Diangkat dari peralatan rekasi, dimasukkan kedalam corong pisah untuk memisahkan biodiesel dari gliserol
7. Dicuci dengan menggunakan air dengan suhu 40 – 50
o
C beberapa kali sampai air bekas cucian bening
8. Dipanaskan ke dalam oven pada suhu 115
o
C selama 2 jam untuk menghilangkan kadar air
3.3 Metode Pengumpulan Data
Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi : 1.
Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing
– masing pengujian.
2. Data sekunder, merupakan data tentang karakteristik bahan bakar yang
digunakan dalam pengujian
3.4 Metode Pengolahan Data
Data yang diperoleh dari hasil pengujian diolah menggunakan rumus yang ada, kemudian hasil dari peritungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.
Universitas Sumatera Utara
3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian
Parameter yang akan ditinjau dalam pengujian ini adalah : 1.
Torsi motor T 2.
Daya motor N 3.
Konsumsi bahan bakar spesifik sfc 4.
Efisiensi Thermal Brake Aktual 5.
Efisiensi volumetrik 6.
Heat Loss 7.
Persentase Heat Loss
Prosedur pengujian dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu : 1.
Pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar solar 2.
Pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar Akra Sol + Biodiesel Biji Wijen 5
3. pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar Akra Sol + Biodiesel
Biji Wijen 10 4.
Pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar Akra Sol + Biodiesel Biji Wijen 15
5. Pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar Akra Sol + Biodiesel
Biji Wijen 20
3.6 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar
Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai kalor bahan bakar ini adalah alat uji “Bom Kalorimeter”.
Peralatan yang digunakan meliputi : ● Kalorimeter, sebagai tempat air pendingin dan tabung bom
● Tabung bom, sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji. ● Tabung gas oksigen.
● Alat ukur tekanan gas oksigen, untuk mengukur jumlah oksigen yang
dimasukkan ke dalam tabung bom. ● Termometer, dengan akurasi pembacaan skala 0.01
C.
Universitas Sumatera Utara
● Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin. ● Spit, untuk menentukan jumlah volume bahan bakar.
● Pengatur penyalaan skalar, untuk menghubungkan arus listrik ke tangkai
penyala pada tabung bom. ● Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom.
● Pinset untuk memasang busur nyala pada tangkai, dan cawan pada
dudukannya.
Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1.
Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji. 2.
Menggulung dan memasang kawat penyala pada tangkai penyala yang ada pada penutup bom.
3. Menempatkan cawan yang 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.
4. Meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan
berisi bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring “O” sampai rapat.
5. Mengisi bom dengan oksigen 30 bar.
6. Mengisi tabung kalorimeter dengan air pendingin sebanyak 1250 ml.
7. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter.
8. Menghubungkan tangkai penyala penutup bom ke kabel sumber arus
listrik. 9.
Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang telah dilengkapi dengan pengaduk.
10. Menghubungkan dan mangatur posisi pengaduk pada elektromotor.
11. Menempatkan termometer melalui lubang pada tutup kalorimeter.
12. Menghidupkan elektromotor selama 5 lima menit kemudian membaca
dan mencatat temperatur air pendingin pada termometer. 13.
Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar. 14.
Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan lampu indikator selama elektromotor terus bekerja.
Universitas Sumatera Utara
15. Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingan setelah 5 lima
menit dari penyalaan berlangsung. 16.
Mematikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk pengujian berikutnya.
17. Mengulang pengujian sebanyak 5 lima kali berturut-turut.
3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel