Kajian Performansi Mesin Diesel Satu Silinder Dengan Bahan Bakar Solar Akrasol dan Campuran Solar Akrasol dengan Minyak Jagung
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Semakin meningkatnya kebutuhan sarana transportasi dan aktivitas
industri yang masih sangat bergantung terhadap energi fosil bumi
terkhususnya Bahan Bakar Minyak dan trend produksi bahan bakar fosil
yang cenderung lebih rendah dibanding tingkat konsumsinya dapat
membuat defisit besar di masa depan (I.M, M.K. Aroua Atadashi dan A
Abdul Aziz, 2010) sehingga dibutuhkannya pengembangan teknologi
yang lebih efisien untuk mengatasi semakin terbatasnya sumber energi
fosil yang tersedia di alam,
Salah satu sumber energi fosil yang sering dipakai untuk kegiatan seharihari adalah solar. Kebutuhan minyak solar secara nasional dari tahun ke tahun
terus meningkat berturut-turut dari 15,84 milyar liter tahun 1995, 21,39 milyar
liter tahun 2000, 27,05 milyar liter tahun 2005 dan diproyeksikan menjadi 34,71
milyar liter pada tahun 2010. Impor solar meningkat dari 5 miliar liter pada tahun
1999 menjadi 8 miliar liter pada tahun 2001 (Soerawidjaja, 2006), dan pada tahun
2007 menjadi 10,7 miliar liter. Akibat dari ketergantungan terhadap minyak bumi
sebagai bahan bakar, dampaknya sangat dirasakan oleh Pemerintah Indonesia,
apalagi setelah harga bahan bakar minyak mentah mencapai US $ 70 per barel
pada tahun 2005 bahkan mencapai US $ 140 per barel pada tahun 2008 (Energi
dan Sumber Daya Mineral, 2006). Fenomena ini mendorong manusia untuk
berusaha mencari bahan bakar alternatif yang diharapkan mampu mengatasi
permasalahan di atas.
Oleh karena itu, dalam rangka mengurangi ketergantungan terhadap bahan
bakar fosil, perlu segera diambil langkah-langkah untuk mendapatkan sumber
energi alternatif. Pengembangan bioenergi atau bahan bakar nabati sebagai
sumber energi alternatif sangat strategis untuk mengatasi permasalahan tersebut
(Gerhard Knote ,2005) .
1
Universitas Sumatera Utara
Berkenaan dengan hal tersebut, sebagai upaya pencarian bahan baku lain
berupa tanaman penghasil minyak nabati potensial untuk dikembangkan sebagai
bahan baku pembuatan bahan bakar nabati yang prospektif. Beberapa biodiesel
yang sudah dibuat berasal dari minyak jarak pagar (Arifin, 2008), minyak sawit
(Adi, 2013), dan lain-lain . Salah satu energi terbarukan yang dapat dihasilkan
dari bahan bakar nabati, mudah didapat serta belum banyak yang meneliti dan
sesuai potensi wilayah di Indonesia terutama di pedesaan adalah jagung (Zea
Mays) yang merupakan salah satu jenis tanaman yang mudah dibudidayakan.
Pada tahun 1975, luas areal tanaman jagung di Indonesia mencapai 2.444.866 ha
dengan produksi jagung sebesar 2.402.887 ton, dan tahun 1976 menurun menjadi
2.063.642 ha dengan jumlah produksi 2.311.774 ton. (Ketaren, 2008 ).Jagung
yang mengandung minyak nabati sangat potensial digunakan sebagai bahan baku
pengganti solar (biodesel).
1.2 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui nilai torsi mesin diesel dengan menggunakan solar murni
akrasol dan biodiesel jagung.
2. Untuk mengetahui nilai daya mesin diesel dengan menggunakan solar
murni akrasol dan biodiesel jagung
3. Untuk mengetahui nilai Air Fuel Ratio mesin diesel dengan menggunakan
solar murni akrasol dan biodiesel jagung
4. Untuk mengetahui nilai konsumsi bahan bakar mesin diesel dengan
menggunakan solar murni akrasol dan biodiesel jagung
5. Untuk mengetahui nilai Efisiensi Volumetris mesin diesel dengan
menggunakan solar murni akrasol dan biodiesel jagung
6. Untuk mengetahui nilai Thermal Aktual mesin diesel dengan menggunakan
solar murni akrasol dan biodiesel jagung
7. Untuk mengetahui nilai Heat Loss mesin diesel dengan menggunakan solar
murni akrasol dan biodiesel jagung
2
Universitas Sumatera Utara
1.3 Batasan Masalah
1. Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian yaitu solar akrasol dan
biodiesel jagung dengan variasi campuran 2,5 %, 5%, 7.5%, 10%, 12.5%,
15%, 17.5% dan 20% minyak jagung
2. Mesin uji yang digunakan untuk mendapatkan unjuk kerja mesin Diesel
adalah Small Engine Test Bed TD111-MKII pada laboratorium Motor
Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
3. Mengukur nilai torsi, mm H2O, temperature exhaust , dan waktu yang
dibutuhkan menghabiskan 8 ml bahan akar yang diuji
4. Performansi mesin yang dihitung adalah :
a) Daya (Brake Power)
b) Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption)
c) Rasio Udara Bahan Bakar (Air Fuel Ratio)
d) Efisiensi Volumetris
e) Efisiensi Termal Aktual (Thermal Brake Efficiency)
f) Heat Losses
1.4 Manfaat Penelitian
1. Sebagai pertimbangan terhadap pemerintah untuk menghemat devisa
Negara terhadap anggaran subsidi bahan bakar solar.
2. Untuk memberikan dukungan terhadap pemerintah dalam mengurangi
ketergantungan bahan bakar fosil khususnya solar.
3. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan dari masing-masing bahan
bakar yang diuji yaitu solar, dan campuran solar dengan biodiesel jagung
1.5 Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah
sebagai berikut :
a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan
tulisan-tulisan yang terkait.
3
Universitas Sumatera Utara
b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan
buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil
pengujian yang dilakukan di laboratorium motor bakar Fakultas
Teknik.
d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk
oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
1.6 Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah
sebagai berikut :
Bab I : Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang lingkup
pengujian.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai biodiesel,
pembakaran mesin Diesel, persamaan-persamaan yang digunakan, dan
emisi gas buang mesin dan pengendaliannya.
Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan pengujian,
bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan prosedur pengujian.
Bab IV : Hasil dan Analisa Pengujian
Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian
melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan memaparkan
ke dalam bentuk tabel dan grafik.
Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.
Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun
laporan.
Lampiran
4
Universitas Sumatera Utara
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
injektor bahan bakar untuk menurunkan harga viskositas. Viskositas (atau
kekentalan) bahan bakar yang sangat tinggi akan menyulitkan pompa bahan bakar
dalam mengalirkan bahan bakar ke ruang bakar. Aliran bahan bakar yang rendah
akan menyulitkan terjadinya atomisasi bahan bakar yang baik. Buruknya
5
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Semakin meningkatnya kebutuhan sarana transportasi dan aktivitas
industri yang masih sangat bergantung terhadap energi fosil bumi
terkhususnya Bahan Bakar Minyak dan trend produksi bahan bakar fosil
yang cenderung lebih rendah dibanding tingkat konsumsinya dapat
membuat defisit besar di masa depan (I.M, M.K. Aroua Atadashi dan A
Abdul Aziz, 2010) sehingga dibutuhkannya pengembangan teknologi
yang lebih efisien untuk mengatasi semakin terbatasnya sumber energi
fosil yang tersedia di alam,
Salah satu sumber energi fosil yang sering dipakai untuk kegiatan seharihari adalah solar. Kebutuhan minyak solar secara nasional dari tahun ke tahun
terus meningkat berturut-turut dari 15,84 milyar liter tahun 1995, 21,39 milyar
liter tahun 2000, 27,05 milyar liter tahun 2005 dan diproyeksikan menjadi 34,71
milyar liter pada tahun 2010. Impor solar meningkat dari 5 miliar liter pada tahun
1999 menjadi 8 miliar liter pada tahun 2001 (Soerawidjaja, 2006), dan pada tahun
2007 menjadi 10,7 miliar liter. Akibat dari ketergantungan terhadap minyak bumi
sebagai bahan bakar, dampaknya sangat dirasakan oleh Pemerintah Indonesia,
apalagi setelah harga bahan bakar minyak mentah mencapai US $ 70 per barel
pada tahun 2005 bahkan mencapai US $ 140 per barel pada tahun 2008 (Energi
dan Sumber Daya Mineral, 2006). Fenomena ini mendorong manusia untuk
berusaha mencari bahan bakar alternatif yang diharapkan mampu mengatasi
permasalahan di atas.
Oleh karena itu, dalam rangka mengurangi ketergantungan terhadap bahan
bakar fosil, perlu segera diambil langkah-langkah untuk mendapatkan sumber
energi alternatif. Pengembangan bioenergi atau bahan bakar nabati sebagai
sumber energi alternatif sangat strategis untuk mengatasi permasalahan tersebut
(Gerhard Knote ,2005) .
1
Universitas Sumatera Utara
Berkenaan dengan hal tersebut, sebagai upaya pencarian bahan baku lain
berupa tanaman penghasil minyak nabati potensial untuk dikembangkan sebagai
bahan baku pembuatan bahan bakar nabati yang prospektif. Beberapa biodiesel
yang sudah dibuat berasal dari minyak jarak pagar (Arifin, 2008), minyak sawit
(Adi, 2013), dan lain-lain . Salah satu energi terbarukan yang dapat dihasilkan
dari bahan bakar nabati, mudah didapat serta belum banyak yang meneliti dan
sesuai potensi wilayah di Indonesia terutama di pedesaan adalah jagung (Zea
Mays) yang merupakan salah satu jenis tanaman yang mudah dibudidayakan.
Pada tahun 1975, luas areal tanaman jagung di Indonesia mencapai 2.444.866 ha
dengan produksi jagung sebesar 2.402.887 ton, dan tahun 1976 menurun menjadi
2.063.642 ha dengan jumlah produksi 2.311.774 ton. (Ketaren, 2008 ).Jagung
yang mengandung minyak nabati sangat potensial digunakan sebagai bahan baku
pengganti solar (biodesel).
1.2 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui nilai torsi mesin diesel dengan menggunakan solar murni
akrasol dan biodiesel jagung.
2. Untuk mengetahui nilai daya mesin diesel dengan menggunakan solar
murni akrasol dan biodiesel jagung
3. Untuk mengetahui nilai Air Fuel Ratio mesin diesel dengan menggunakan
solar murni akrasol dan biodiesel jagung
4. Untuk mengetahui nilai konsumsi bahan bakar mesin diesel dengan
menggunakan solar murni akrasol dan biodiesel jagung
5. Untuk mengetahui nilai Efisiensi Volumetris mesin diesel dengan
menggunakan solar murni akrasol dan biodiesel jagung
6. Untuk mengetahui nilai Thermal Aktual mesin diesel dengan menggunakan
solar murni akrasol dan biodiesel jagung
7. Untuk mengetahui nilai Heat Loss mesin diesel dengan menggunakan solar
murni akrasol dan biodiesel jagung
2
Universitas Sumatera Utara
1.3 Batasan Masalah
1. Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian yaitu solar akrasol dan
biodiesel jagung dengan variasi campuran 2,5 %, 5%, 7.5%, 10%, 12.5%,
15%, 17.5% dan 20% minyak jagung
2. Mesin uji yang digunakan untuk mendapatkan unjuk kerja mesin Diesel
adalah Small Engine Test Bed TD111-MKII pada laboratorium Motor
Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
3. Mengukur nilai torsi, mm H2O, temperature exhaust , dan waktu yang
dibutuhkan menghabiskan 8 ml bahan akar yang diuji
4. Performansi mesin yang dihitung adalah :
a) Daya (Brake Power)
b) Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption)
c) Rasio Udara Bahan Bakar (Air Fuel Ratio)
d) Efisiensi Volumetris
e) Efisiensi Termal Aktual (Thermal Brake Efficiency)
f) Heat Losses
1.4 Manfaat Penelitian
1. Sebagai pertimbangan terhadap pemerintah untuk menghemat devisa
Negara terhadap anggaran subsidi bahan bakar solar.
2. Untuk memberikan dukungan terhadap pemerintah dalam mengurangi
ketergantungan bahan bakar fosil khususnya solar.
3. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan dari masing-masing bahan
bakar yang diuji yaitu solar, dan campuran solar dengan biodiesel jagung
1.5 Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah
sebagai berikut :
a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan
tulisan-tulisan yang terkait.
3
Universitas Sumatera Utara
b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan
buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil
pengujian yang dilakukan di laboratorium motor bakar Fakultas
Teknik.
d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk
oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
1.6 Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah
sebagai berikut :
Bab I : Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang lingkup
pengujian.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai biodiesel,
pembakaran mesin Diesel, persamaan-persamaan yang digunakan, dan
emisi gas buang mesin dan pengendaliannya.
Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan pengujian,
bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan prosedur pengujian.
Bab IV : Hasil dan Analisa Pengujian
Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian
melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan memaparkan
ke dalam bentuk tabel dan grafik.
Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.
Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun
laporan.
Lampiran
4
Universitas Sumatera Utara
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
injektor bahan bakar untuk menurunkan harga viskositas. Viskositas (atau
kekentalan) bahan bakar yang sangat tinggi akan menyulitkan pompa bahan bakar
dalam mengalirkan bahan bakar ke ruang bakar. Aliran bahan bakar yang rendah
akan menyulitkan terjadinya atomisasi bahan bakar yang baik. Buruknya
5
Universitas Sumatera Utara