Kajian Performansi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder Menggunakan Katalitik Konverter Dengan Bahan Bakar Campuran Pertadex Dan Biodiesel Biji Karet
KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER SATU
SILINDER MENGGUNAKAN KATALITIK KONVERTER
DENGAN BAHAN BAKAR CAMPURAN PERTADEX DAN
BIODIESEL BIJI KARET
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh :
DARWIN B. I. SIANTURI
(100401066)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Kebutuhan akan bahan bakar minyak sebagai sumber energi semakin meningkat
dari tahun ke tahun yang tentunya akan membuat persediaan cadangan minyak
bumi akan semakin berkurang. Disamping itu, emisi dari penggunaan bahan bakar
minyak juga memberikan dampak negatif terhadap lingkungan. Hal ini lah yang
mendorong kita untuk menemukan energi alternatif berupa energi terbarukan yang
potensial serta ramah lingkungan dan salah satunya adalah biodiesel biji karet.
Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisa performansi mesin diesel satu
silinder Tecquipment TD111 Four-Stroke Diesel Engine menggunakan variasi
bahan bakar campuran antara pertadex dan biodiesel biji karet (Pertadex, B5, B10,
B15, dan B20) pada variasi putaran mesin dan beban statis yang berbeda. Selain
itu, penelitian ini juga akan menganalisa pengaruh pemakaian katalitik konverter
terhadap emisi gas buang hasil pembakaran dari setiap variasi bahan bakar. Daya
maksimum mesin dihasilkan pada penggunaan Pertadex dengan beban statis 4,5
kg dan putaran mesin 2800 rpm yaitu sebesar 2,2946 kW, nilai AFR maksimum
terjadi pada penggunaan B5 biji karet dengan beban statis 3,5 kg dan putaran 2200
rpm yaitu sebesar 69,9785, efisiensi volumetris maksimum diperoleh pada
penggunaan Pertadex dengan beban statis 4,5 kg dan putaran 2200 rpm yaitu
sebesar 93,7154 %, efisiensi termal maksimum diperoleh pada penggunaan B5
biji karet dengan beban statis 4,5 kg dan putaran 2600 rpm yaitu sebesar 34,6718
%, nilai SFC maksimum terjadi pada penggunaan B20 biji karet dengan beban
statis 3,5 kg dan putaran 1800 rpm yaitu sebesar 698,1436 gr/kWh, sedangkan
heat loss exhaust maksimum terjadi pada penggunaan B5 biji karet dengan beban
statis 3,5 kg dan putaran 2800 rpm yaitu sebesar 19,7643 %. Untuk emisi gas
Universitas Sumatera Utara
buang, nilai opacity, kadar HC dan kadar CO rata-rata mengalami penurunan
setelah penggunaan katalitik konverter.
Kata kunci : Biodiesel Biji Karet, Performansi, Mesin Diesel, Emisi.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The need of petroleum as energy source is increasing each year which surely
leads to the decreasement of the available petroleum reserves. Besides, the
emission from the usage of petroleum will also give negative impacts for the
environment. This is the reasons that prompt us to find an alternative energy
resource in form of renewable-energy that has potential as well as eco friendly
and one of which is rubber seed biodiesel. The purpose of this research is to
analyze the performance of one cylinder Four-Stroke Diesel Engine Tecquipment
TD111 using the variation of mixed fuel consisting of pertadex and rubber seed
biodiesel (Pertadex, B5, B10, B15, and B20) in different engine rotation and static
load variation. Beside that, this research will also analyze the effect of the use of
calalitic converter towards the exhaust gas emission of each fuel variations. The
maximum engine power is resulted from the use of Pertadex with 4.5 kg static
load and 2800 rpm engine rotation with the value of 2.2946 kW, the maximum
AFR value is occured in the use of B5 rubber seed with 3.5 kg static load and
2200 rpm engine rotation with the value of 69.9785, the maximum volumetric
efficiency is achieved when using Pertadex with 4.5 kg static load and 2200 rpm
engine rotation with the value of 93.7154 %, the maximum thermal efficiency is
achieved when using B5 rubber seed with 4.5 kg static load and 2600 rpm engine
rotation with the value of 34.6718 %, the maximum SFC value is occured in the
use of B20 rubber seed with 3.5 kg static load and 1800 rpm engine rotation with
the value of 698.1436 gr/kWh, while the maximum heat loss exhaust is occured
when using B5 rubber seed with 3.5 kg static load and 2800 rpm engine rotation
Universitas Sumatera Utara
with the value of 19.7643 %. For the exhaust gas emission, the mean value of
opacity, HC degree, and CO degree decreased after using the catalitic converter.
Key Words: Rubber Seed Biodiesel, Performance, Diesel Engine, Emission.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat dan kasih-Nya yang diberikan selama proses pengerjaan skripsi ini,
sehingga skripsi ini dapat penulis selesaikan dengan baik.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan
guna mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu
“KAJIAN
PERFORMANSI
MESIN
DIESEL
STASIONER
SATU
SILINDER MENGGUNAKAN KATALITIK KONVERTER DENGAN
BAHAN BAKAR CAMPURAN PERTADEX DAN BIODIESEL BIJI
KARET”
Dalam proses pengerjaan skripsi ini, tidak sedikit hambatan yang dihadapi
oleh penulis. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan selama
pengerjaan skripsi ini. Untuk itu, melalui pengantar ini penulis menyampaikan
terima kasih kepada :
1. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST. MT. selaku dosen pembimbing
yang telah meluangkan waktu dalam memberikan saran dan bimbingan
dalam menyelesaikan tugs skripsi ini.
2. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik USU yang memberikan kesempatan kepada
penulis dalam menyelesaikan tugas skripsi ini.
3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.
Universitas Sumatera Utara
4. Orang tua saya, A. Sianturi dan T. Br. Nainggolan yang selalu
memberikan kasih sayang melalui doa dan dukungan sehingga penulis
dapat menyelesaikan skripsi ini.
5. Rekan satu tim dan partner kerja Daniel yang selalu bersama dan saling
memberi semangat dari awal pengerjaan skripsi ini hingga akhir.
6. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin USU Stambuk 2010 yang tidak
dapat penulis sebutkan satu-persatu yang senantiasa memberikan semangat
dan kekuatan dikala suka maupun sedih.
7. Kakak dan adik-adik tercinta Runggu, Chrishna, Debora, dan Astri yang
selalu memberi dukungan dan doa dalam proses pengerjaan laporan ini.
8. Teman-teman
seperjuangan
EXTONE
2010
atas
dukungan
dan
kebersamaannya.
9. Semua pihak yang membantu secara langsung maupun tidak langsung
dalam proses pengerjaan skripsi ini.
Penulis juga mengharapkan kritik dan saran membangun dari pembaca
demi tercapainya laporan yang lebih baik di masa yang akan datang. Akhir kata,
penulis berharap laporan ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca. Terima
kasih.
Medan,
Maret 2016
Penulis
Darwin B.I. Sianturi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK .......................................................................................................
i
KATA PENGANTAR .....................................................................................
iii
DAFTAR ISI ....................................................................................................
v
DAFTAR TABEL ............................................................................................
viii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................
ix
DAFTAR NOTASI ..........................................................................................
xii
BAB I
PENDAHULUAN ...........................................................................
1
1.1
Latar Belakang.................................................................................
1
1.2
Tujuan Penelitian .............................................................................
2
1.3
Batasan Masalah ..............................................................................
2
1.4
Manfaat Penelitian ...........................................................................
3
1.5
Metodologi Penulisan ......................................................................
3
1.6
Sistematika Penulisan ......................................................................
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................
5
2.1
Biodiesel ..........................................................................................
5
2.2
Biodiesel Biji Karet .........................................................................
7
2.3
Pembuatan Biodiesel .......................................................................
9
2.3.1 Esterifikasi ...........................................................................
9
2.3.2 Transesterifikasi ...................................................................
10
Universitas Sumatera Utara
2.4
Mesin Diesel ....................................................................................
10
2.4.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel ..................................................
12
2.4.2 Proses Pembakaran dan Bahan Bakar ..................................
13
2.5
Performansi Mesin Diesel ...............................................................
17
2.6
Katalitik Konverter ..........................................................................
23
2.6.1 Konstruksi Katalitik Konverter............................................
24
2.6.2 Prinsip Kerja Katalitik Konverter ........................................
25
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................
27
3.1
Waktu dan Tempat...........................................................................
27
3.2
Alat dan Bahan ................................................................................
27
3.2.1 Alat Pembuatan Biodiesel Biji Karet ...................................
27
3.2.2 Alat Pengujian Performansi Mesin Diesel ...........................
34
3.2.3 Diagram Alir Penelitian .......................................................
37
3.2.3 Bahan Pembuatan Biodiesel Biji Karet ...............................
38
3.2.4 Bahan Pengujian Performansi Mesin Diesel .......................
38
3.3
Prosedur Pembuatan Biodiesel ........................................................
38
3.4
Metode Pengumpulan Data .............................................................
47
3.5
Metode Pengolahan Data .................................................................
47
3.6
Pengamatan dan Tahapan Pengujian ...............................................
47
3.7
Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar .................................
48
Universitas Sumatera Utara
3.8
Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel ...............................
50
3.9
Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang .............................................
52
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN ..........................................
54
4.1
Hasil Pengujian Nilai Kalor.............................................................
54
4.2
Hasil Pengujian Performansi Mesin Diesel .....................................
55
4.2.1 Daya Ideal ............................................................................
59
4.2.2 Air Fuel Ratio (AFR) ...........................................................
62
4.2.3 Efisiensi Volumetris ............................................................
68
4.2.4 Daya Aktual .........................................................................
71
4.2.5 Efisiensi Thermal Aktual .....................................................
74
4.2.6 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ..............................
77
4.2.7 Heat Loss Exhaust ...............................................................
80
Emisi Gas Buang .............................................................................
83
4.3.1 Opacity.................................................................................
83
4.3.2 Kadar HC .............................................................................
84
4.3.3 Kadar CO .............................................................................
85
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................
88
5.1
Kesimpulan ......................................................................................
89
5.2
Saran ................................................................................................
89
4.3
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak Minyak Biji Karet .................................
8
Tabel 2.2 Standar Emisi Gas Buang ..............................................................
23
Tabel 4.1 Nilai Kalor Bahan Bakar ...............................................................
54
Tabel 4.2 Data Pengujian Performansi Menggunakan Pertadex ...................
55
Tabel 4.3 Data Pengujian Performansi Menggunakan B5 Biji Karet ...........
56
Tabel 4.4 Data Pengujian Performansi Menggunakan B10 Biji Karet .........
56
Tabel 4.5 Data Pengujian Performansi Menggunakan B15 Biji Karet .........
57
Tabel 4.6 Data Pengujian Performansi Menggunakan B20 Biji Karet .........
57
Tabel 4.7 Data Perhitungan Daya Ideal.........................................................
59
Tabel 4.8 Laju Aliran Massa Udara ..............................................................
63
Tabel 4.9 Laju Aliran Massa Bahan Bakar ...................................................
64
Tabel 4.10 Hasil Pengujian AFR Bahan Bakar ...............................................
65
Tabel 4.11 Data Efisiensi Volumetris Mesin ..................................................
68
Tabel 4.12 Data Perhitungan Daya Aktual ......................................................
71
Tabel 4.13 Data Efisiensi Termal Aktual Mesin .............................................
74
Tabel 4.14 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ...................................................
77
Tabel 4.15 Persentase Heat Loss .....................................................................
80
Tabel 4.16 Opacity Pada Beban Statis 3,5 kg .................................................
82
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.17 Opacity Pada Beban Statis 4,5 kg .................................................
82
Tabel 4.18 Kadar HC Pada Beban Statis 3,5 kg ..............................................
83
Tabel 4.19 Kadar HC Pada Beban Statis 4,5 kg ..............................................
84
Tabel 4.20 Kadar CO Pada Beban Statis 3,5 kg..............................................
85
Tabel 4.21 Kadar CO Pada Beban Statis 4,5 kg..............................................
85
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Pohon, Biji, dan Getah Karet .........................................................
8
Gambar 2.2
Diagram Alir Pembuatan Biodiesel ...............................................
9
Gambar 2.3
Diagram P-V Mesin Diesel ...........................................................
11
Gambar 2.4
Diagram T-S Mesin Diesel ............................................................
11
Gambar 2.5
Langkah Kerja Mesin Diesel .........................................................
12
Gambar 2.6
Grafik Tekanan vs Sudut Engkol ..................................................
14
Gambar 2.7
C16H34 (Hidrokarbon Rantai Lurus) ..............................................
16
Gambar 2.8
Alpha-methylnaphtalene ................................................................
16
Gambar 2.9
Skema Operasi Dynamometer .......................................................
19
Gambar 2.10 Katalitik Konverter ........................................................................
25
Gambar 3.1
Tabung Kaca ..................................................................................
27
Gambar 3.2
Erlenmeyer ....................................................................................
28
Gambar 3.3
Corong Gelas .................................................................................
28
Gambar 3.4
Kertas Saring .................................................................................
28
Gambar 3.5
Gelas Beker ...................................................................................
29
Gambar 3.6
Labu Leher Tiga ............................................................................
29
Gambar 3.7
Refluks Kondensor ........................................................................
29
Gambar 3.8
Corong Pemisah.............................................................................
30
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.9
Termometer ...................................................................................
30
Gambar 3.10 Hotplate Stirrer ..............................................................................
30
Gambar 3.11 Magnetic Stirrer .............................................................................
31
Gambar 3.12 Statif dan Klem ..............................................................................
31
Gambar 3.13 Gabus .............................................................................................
31
Gambar 3.14 Pipet Tetes .....................................................................................
32
Gambar 3.15 Selang ............................................................................................
32
Gambar 3.16 Stopwatch ......................................................................................
32
Gambar 3.17 Gelas Ukur .....................................................................................
33
Gambar 3.18 Piknometer.....................................................................................
33
Gambar 3.19 Viskometer Ostwald ......................................................................
33
Gambar 3.20 Rotary Evaporator .........................................................................
34
Gambar 3.21 Mesin Diesel Small Engine Test TD111-MKII.............................
34
Gambar 3.22 Engine Smoke Meter dan Gas Analyzer .......................................
35
Gambar 3.23 Katalitik Konverter ........................................................................
36
Gambar 3.24 Tec Equipment TD-114 .................................................................
36
Gambar 3.25 Diagram Alir Penelitian .................................................................
37
Gambar 3.25 Bahan Bakar Pertadex dan Biodiesel Biji Karet............................
38
Gambar 3.26 Diagram Alir Pembuatan Biodiesel ...............................................
39
Gambar 3.27 Proses Ekstraksi .............................................................................
40
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.28 Proses Penyaringan ........................................................................
41
Gambar 3.29 Proses Evaporasi ............................................................................
41
Gambar 3.30 Proses Degumming ........................................................................
43
Gambar 3.31 Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin .................................
51
Gambar 3.32 Diagram Alir Pengujian Emisi Gas Buang ....................................
53
Gambar 4.1
Grafik Daya Ideal vs Putaran Mesin Beban 3,5 kg .......................
61
Gambar 4.2
Grafik Daya Ideal vs Putaran Mesin Beban 4,5 kg .......................
61
Gambar 4.3
Kurva Viscous Flow Meter Calibration ........................................
63
Gambar 4.4
Grafik AFR vs Putaran Mesin Beban 3,5 kg .................................
67
Gambar 4.5
Grafik AFR vs Putaran Mesin Beban 4,5 kg .................................
67
Gambar 4.6
Grafik Efisiensi Volumetris vs Putarn Mesin Beban 3,5 kg .........
70
Gambar 4.7
Grafik Efisiensi Volumetris vs Putarn Mesin Beban 4,5 kg .........
70
Gambar 4.8
Grafik Daya Aktual vs Putaran Mesin Beban 3,5 kg ....................
73
Gambar 4.9
Grafik Daya Aktual vs Putaran Mesin Beban 4,5 kg ....................
73
Gambar 4.10 Grafik Efisiensi Termal Aktual vs Putaran Mesin Beban 3,5 kg ..
76
Gambar 4.11 Grafik Efisiensi Termal Aktual vs Putaran Mesin Beban 4,5 kg ..
76
Gambar 4.12 Grafik SFC Aktual vs Putaran Mesin Beban 3,5 kg ......................
79
Gambar 4.13 Grafik SFC Aktual vs Putaran Mesin Beban 4,5 kg ......................
79
Gambar 4.14 Grafik Heat Loss vs Putaran Mesin Beban 3,5 kg.........................
82
Gambar 4.15 Grafik Heat Loss vs Putaran Mesin Beban 4,5 kg.........................
82
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Lambang
Keterangan
Satuan
PB
Daya Keluaran
Watt
n
Putaran Mesin
rpm
T
Torsi
N.m
Sfc
Konsumsi Bahan Bakar Spesifik
g/kW.h
mf
Laju Aliran Bahan Bakar
kg/jam
sgf
Spesifik Gravity
Vf
Volume Bahan Bakar Yang Diuji
ml
tf
Waktu Untuk Menghabiskan Bahan Bakar
detik
ma
Laju Aliran Massa Udara
kg/jam
Kerapatan Udara
kg/m3
Vs
Volume Langkah Torak
m3
Cf
Faktor Koreksi
AFR
Air Fuel Ratio
ηv
Efisiensi Volumetrik
ηb
Efisiensi Termal Brake
HHV
Nilai Kalor Atas Bahan Bakar
kJ/kg
LHV
Nilai Kalor Bawah Bahan Bakar
kJ/kg
a
Universitas Sumatera Utara
CV
Nilai Kalor Bahan Bakar
kJ/kg
Cv
Panas Jenis Bom Kalorimeter
J/gr.°C
M
Persentase Kandungan Air Bahan Bakar
Qlc
Kalor Laten Kondensasi Uap Air
kJ/kg
Universitas Sumatera Utara
SILINDER MENGGUNAKAN KATALITIK KONVERTER
DENGAN BAHAN BAKAR CAMPURAN PERTADEX DAN
BIODIESEL BIJI KARET
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh :
DARWIN B. I. SIANTURI
(100401066)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Kebutuhan akan bahan bakar minyak sebagai sumber energi semakin meningkat
dari tahun ke tahun yang tentunya akan membuat persediaan cadangan minyak
bumi akan semakin berkurang. Disamping itu, emisi dari penggunaan bahan bakar
minyak juga memberikan dampak negatif terhadap lingkungan. Hal ini lah yang
mendorong kita untuk menemukan energi alternatif berupa energi terbarukan yang
potensial serta ramah lingkungan dan salah satunya adalah biodiesel biji karet.
Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisa performansi mesin diesel satu
silinder Tecquipment TD111 Four-Stroke Diesel Engine menggunakan variasi
bahan bakar campuran antara pertadex dan biodiesel biji karet (Pertadex, B5, B10,
B15, dan B20) pada variasi putaran mesin dan beban statis yang berbeda. Selain
itu, penelitian ini juga akan menganalisa pengaruh pemakaian katalitik konverter
terhadap emisi gas buang hasil pembakaran dari setiap variasi bahan bakar. Daya
maksimum mesin dihasilkan pada penggunaan Pertadex dengan beban statis 4,5
kg dan putaran mesin 2800 rpm yaitu sebesar 2,2946 kW, nilai AFR maksimum
terjadi pada penggunaan B5 biji karet dengan beban statis 3,5 kg dan putaran 2200
rpm yaitu sebesar 69,9785, efisiensi volumetris maksimum diperoleh pada
penggunaan Pertadex dengan beban statis 4,5 kg dan putaran 2200 rpm yaitu
sebesar 93,7154 %, efisiensi termal maksimum diperoleh pada penggunaan B5
biji karet dengan beban statis 4,5 kg dan putaran 2600 rpm yaitu sebesar 34,6718
%, nilai SFC maksimum terjadi pada penggunaan B20 biji karet dengan beban
statis 3,5 kg dan putaran 1800 rpm yaitu sebesar 698,1436 gr/kWh, sedangkan
heat loss exhaust maksimum terjadi pada penggunaan B5 biji karet dengan beban
statis 3,5 kg dan putaran 2800 rpm yaitu sebesar 19,7643 %. Untuk emisi gas
Universitas Sumatera Utara
buang, nilai opacity, kadar HC dan kadar CO rata-rata mengalami penurunan
setelah penggunaan katalitik konverter.
Kata kunci : Biodiesel Biji Karet, Performansi, Mesin Diesel, Emisi.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The need of petroleum as energy source is increasing each year which surely
leads to the decreasement of the available petroleum reserves. Besides, the
emission from the usage of petroleum will also give negative impacts for the
environment. This is the reasons that prompt us to find an alternative energy
resource in form of renewable-energy that has potential as well as eco friendly
and one of which is rubber seed biodiesel. The purpose of this research is to
analyze the performance of one cylinder Four-Stroke Diesel Engine Tecquipment
TD111 using the variation of mixed fuel consisting of pertadex and rubber seed
biodiesel (Pertadex, B5, B10, B15, and B20) in different engine rotation and static
load variation. Beside that, this research will also analyze the effect of the use of
calalitic converter towards the exhaust gas emission of each fuel variations. The
maximum engine power is resulted from the use of Pertadex with 4.5 kg static
load and 2800 rpm engine rotation with the value of 2.2946 kW, the maximum
AFR value is occured in the use of B5 rubber seed with 3.5 kg static load and
2200 rpm engine rotation with the value of 69.9785, the maximum volumetric
efficiency is achieved when using Pertadex with 4.5 kg static load and 2200 rpm
engine rotation with the value of 93.7154 %, the maximum thermal efficiency is
achieved when using B5 rubber seed with 4.5 kg static load and 2600 rpm engine
rotation with the value of 34.6718 %, the maximum SFC value is occured in the
use of B20 rubber seed with 3.5 kg static load and 1800 rpm engine rotation with
the value of 698.1436 gr/kWh, while the maximum heat loss exhaust is occured
when using B5 rubber seed with 3.5 kg static load and 2800 rpm engine rotation
Universitas Sumatera Utara
with the value of 19.7643 %. For the exhaust gas emission, the mean value of
opacity, HC degree, and CO degree decreased after using the catalitic converter.
Key Words: Rubber Seed Biodiesel, Performance, Diesel Engine, Emission.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat dan kasih-Nya yang diberikan selama proses pengerjaan skripsi ini,
sehingga skripsi ini dapat penulis selesaikan dengan baik.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan
guna mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu
“KAJIAN
PERFORMANSI
MESIN
DIESEL
STASIONER
SATU
SILINDER MENGGUNAKAN KATALITIK KONVERTER DENGAN
BAHAN BAKAR CAMPURAN PERTADEX DAN BIODIESEL BIJI
KARET”
Dalam proses pengerjaan skripsi ini, tidak sedikit hambatan yang dihadapi
oleh penulis. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan selama
pengerjaan skripsi ini. Untuk itu, melalui pengantar ini penulis menyampaikan
terima kasih kepada :
1. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST. MT. selaku dosen pembimbing
yang telah meluangkan waktu dalam memberikan saran dan bimbingan
dalam menyelesaikan tugs skripsi ini.
2. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik USU yang memberikan kesempatan kepada
penulis dalam menyelesaikan tugas skripsi ini.
3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.
Universitas Sumatera Utara
4. Orang tua saya, A. Sianturi dan T. Br. Nainggolan yang selalu
memberikan kasih sayang melalui doa dan dukungan sehingga penulis
dapat menyelesaikan skripsi ini.
5. Rekan satu tim dan partner kerja Daniel yang selalu bersama dan saling
memberi semangat dari awal pengerjaan skripsi ini hingga akhir.
6. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin USU Stambuk 2010 yang tidak
dapat penulis sebutkan satu-persatu yang senantiasa memberikan semangat
dan kekuatan dikala suka maupun sedih.
7. Kakak dan adik-adik tercinta Runggu, Chrishna, Debora, dan Astri yang
selalu memberi dukungan dan doa dalam proses pengerjaan laporan ini.
8. Teman-teman
seperjuangan
EXTONE
2010
atas
dukungan
dan
kebersamaannya.
9. Semua pihak yang membantu secara langsung maupun tidak langsung
dalam proses pengerjaan skripsi ini.
Penulis juga mengharapkan kritik dan saran membangun dari pembaca
demi tercapainya laporan yang lebih baik di masa yang akan datang. Akhir kata,
penulis berharap laporan ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca. Terima
kasih.
Medan,
Maret 2016
Penulis
Darwin B.I. Sianturi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK .......................................................................................................
i
KATA PENGANTAR .....................................................................................
iii
DAFTAR ISI ....................................................................................................
v
DAFTAR TABEL ............................................................................................
viii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................
ix
DAFTAR NOTASI ..........................................................................................
xii
BAB I
PENDAHULUAN ...........................................................................
1
1.1
Latar Belakang.................................................................................
1
1.2
Tujuan Penelitian .............................................................................
2
1.3
Batasan Masalah ..............................................................................
2
1.4
Manfaat Penelitian ...........................................................................
3
1.5
Metodologi Penulisan ......................................................................
3
1.6
Sistematika Penulisan ......................................................................
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................
5
2.1
Biodiesel ..........................................................................................
5
2.2
Biodiesel Biji Karet .........................................................................
7
2.3
Pembuatan Biodiesel .......................................................................
9
2.3.1 Esterifikasi ...........................................................................
9
2.3.2 Transesterifikasi ...................................................................
10
Universitas Sumatera Utara
2.4
Mesin Diesel ....................................................................................
10
2.4.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel ..................................................
12
2.4.2 Proses Pembakaran dan Bahan Bakar ..................................
13
2.5
Performansi Mesin Diesel ...............................................................
17
2.6
Katalitik Konverter ..........................................................................
23
2.6.1 Konstruksi Katalitik Konverter............................................
24
2.6.2 Prinsip Kerja Katalitik Konverter ........................................
25
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................
27
3.1
Waktu dan Tempat...........................................................................
27
3.2
Alat dan Bahan ................................................................................
27
3.2.1 Alat Pembuatan Biodiesel Biji Karet ...................................
27
3.2.2 Alat Pengujian Performansi Mesin Diesel ...........................
34
3.2.3 Diagram Alir Penelitian .......................................................
37
3.2.3 Bahan Pembuatan Biodiesel Biji Karet ...............................
38
3.2.4 Bahan Pengujian Performansi Mesin Diesel .......................
38
3.3
Prosedur Pembuatan Biodiesel ........................................................
38
3.4
Metode Pengumpulan Data .............................................................
47
3.5
Metode Pengolahan Data .................................................................
47
3.6
Pengamatan dan Tahapan Pengujian ...............................................
47
3.7
Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar .................................
48
Universitas Sumatera Utara
3.8
Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel ...............................
50
3.9
Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang .............................................
52
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN ..........................................
54
4.1
Hasil Pengujian Nilai Kalor.............................................................
54
4.2
Hasil Pengujian Performansi Mesin Diesel .....................................
55
4.2.1 Daya Ideal ............................................................................
59
4.2.2 Air Fuel Ratio (AFR) ...........................................................
62
4.2.3 Efisiensi Volumetris ............................................................
68
4.2.4 Daya Aktual .........................................................................
71
4.2.5 Efisiensi Thermal Aktual .....................................................
74
4.2.6 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ..............................
77
4.2.7 Heat Loss Exhaust ...............................................................
80
Emisi Gas Buang .............................................................................
83
4.3.1 Opacity.................................................................................
83
4.3.2 Kadar HC .............................................................................
84
4.3.3 Kadar CO .............................................................................
85
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................
88
5.1
Kesimpulan ......................................................................................
89
5.2
Saran ................................................................................................
89
4.3
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak Minyak Biji Karet .................................
8
Tabel 2.2 Standar Emisi Gas Buang ..............................................................
23
Tabel 4.1 Nilai Kalor Bahan Bakar ...............................................................
54
Tabel 4.2 Data Pengujian Performansi Menggunakan Pertadex ...................
55
Tabel 4.3 Data Pengujian Performansi Menggunakan B5 Biji Karet ...........
56
Tabel 4.4 Data Pengujian Performansi Menggunakan B10 Biji Karet .........
56
Tabel 4.5 Data Pengujian Performansi Menggunakan B15 Biji Karet .........
57
Tabel 4.6 Data Pengujian Performansi Menggunakan B20 Biji Karet .........
57
Tabel 4.7 Data Perhitungan Daya Ideal.........................................................
59
Tabel 4.8 Laju Aliran Massa Udara ..............................................................
63
Tabel 4.9 Laju Aliran Massa Bahan Bakar ...................................................
64
Tabel 4.10 Hasil Pengujian AFR Bahan Bakar ...............................................
65
Tabel 4.11 Data Efisiensi Volumetris Mesin ..................................................
68
Tabel 4.12 Data Perhitungan Daya Aktual ......................................................
71
Tabel 4.13 Data Efisiensi Termal Aktual Mesin .............................................
74
Tabel 4.14 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ...................................................
77
Tabel 4.15 Persentase Heat Loss .....................................................................
80
Tabel 4.16 Opacity Pada Beban Statis 3,5 kg .................................................
82
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.17 Opacity Pada Beban Statis 4,5 kg .................................................
82
Tabel 4.18 Kadar HC Pada Beban Statis 3,5 kg ..............................................
83
Tabel 4.19 Kadar HC Pada Beban Statis 4,5 kg ..............................................
84
Tabel 4.20 Kadar CO Pada Beban Statis 3,5 kg..............................................
85
Tabel 4.21 Kadar CO Pada Beban Statis 4,5 kg..............................................
85
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Pohon, Biji, dan Getah Karet .........................................................
8
Gambar 2.2
Diagram Alir Pembuatan Biodiesel ...............................................
9
Gambar 2.3
Diagram P-V Mesin Diesel ...........................................................
11
Gambar 2.4
Diagram T-S Mesin Diesel ............................................................
11
Gambar 2.5
Langkah Kerja Mesin Diesel .........................................................
12
Gambar 2.6
Grafik Tekanan vs Sudut Engkol ..................................................
14
Gambar 2.7
C16H34 (Hidrokarbon Rantai Lurus) ..............................................
16
Gambar 2.8
Alpha-methylnaphtalene ................................................................
16
Gambar 2.9
Skema Operasi Dynamometer .......................................................
19
Gambar 2.10 Katalitik Konverter ........................................................................
25
Gambar 3.1
Tabung Kaca ..................................................................................
27
Gambar 3.2
Erlenmeyer ....................................................................................
28
Gambar 3.3
Corong Gelas .................................................................................
28
Gambar 3.4
Kertas Saring .................................................................................
28
Gambar 3.5
Gelas Beker ...................................................................................
29
Gambar 3.6
Labu Leher Tiga ............................................................................
29
Gambar 3.7
Refluks Kondensor ........................................................................
29
Gambar 3.8
Corong Pemisah.............................................................................
30
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.9
Termometer ...................................................................................
30
Gambar 3.10 Hotplate Stirrer ..............................................................................
30
Gambar 3.11 Magnetic Stirrer .............................................................................
31
Gambar 3.12 Statif dan Klem ..............................................................................
31
Gambar 3.13 Gabus .............................................................................................
31
Gambar 3.14 Pipet Tetes .....................................................................................
32
Gambar 3.15 Selang ............................................................................................
32
Gambar 3.16 Stopwatch ......................................................................................
32
Gambar 3.17 Gelas Ukur .....................................................................................
33
Gambar 3.18 Piknometer.....................................................................................
33
Gambar 3.19 Viskometer Ostwald ......................................................................
33
Gambar 3.20 Rotary Evaporator .........................................................................
34
Gambar 3.21 Mesin Diesel Small Engine Test TD111-MKII.............................
34
Gambar 3.22 Engine Smoke Meter dan Gas Analyzer .......................................
35
Gambar 3.23 Katalitik Konverter ........................................................................
36
Gambar 3.24 Tec Equipment TD-114 .................................................................
36
Gambar 3.25 Diagram Alir Penelitian .................................................................
37
Gambar 3.25 Bahan Bakar Pertadex dan Biodiesel Biji Karet............................
38
Gambar 3.26 Diagram Alir Pembuatan Biodiesel ...............................................
39
Gambar 3.27 Proses Ekstraksi .............................................................................
40
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.28 Proses Penyaringan ........................................................................
41
Gambar 3.29 Proses Evaporasi ............................................................................
41
Gambar 3.30 Proses Degumming ........................................................................
43
Gambar 3.31 Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin .................................
51
Gambar 3.32 Diagram Alir Pengujian Emisi Gas Buang ....................................
53
Gambar 4.1
Grafik Daya Ideal vs Putaran Mesin Beban 3,5 kg .......................
61
Gambar 4.2
Grafik Daya Ideal vs Putaran Mesin Beban 4,5 kg .......................
61
Gambar 4.3
Kurva Viscous Flow Meter Calibration ........................................
63
Gambar 4.4
Grafik AFR vs Putaran Mesin Beban 3,5 kg .................................
67
Gambar 4.5
Grafik AFR vs Putaran Mesin Beban 4,5 kg .................................
67
Gambar 4.6
Grafik Efisiensi Volumetris vs Putarn Mesin Beban 3,5 kg .........
70
Gambar 4.7
Grafik Efisiensi Volumetris vs Putarn Mesin Beban 4,5 kg .........
70
Gambar 4.8
Grafik Daya Aktual vs Putaran Mesin Beban 3,5 kg ....................
73
Gambar 4.9
Grafik Daya Aktual vs Putaran Mesin Beban 4,5 kg ....................
73
Gambar 4.10 Grafik Efisiensi Termal Aktual vs Putaran Mesin Beban 3,5 kg ..
76
Gambar 4.11 Grafik Efisiensi Termal Aktual vs Putaran Mesin Beban 4,5 kg ..
76
Gambar 4.12 Grafik SFC Aktual vs Putaran Mesin Beban 3,5 kg ......................
79
Gambar 4.13 Grafik SFC Aktual vs Putaran Mesin Beban 4,5 kg ......................
79
Gambar 4.14 Grafik Heat Loss vs Putaran Mesin Beban 3,5 kg.........................
82
Gambar 4.15 Grafik Heat Loss vs Putaran Mesin Beban 4,5 kg.........................
82
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Lambang
Keterangan
Satuan
PB
Daya Keluaran
Watt
n
Putaran Mesin
rpm
T
Torsi
N.m
Sfc
Konsumsi Bahan Bakar Spesifik
g/kW.h
mf
Laju Aliran Bahan Bakar
kg/jam
sgf
Spesifik Gravity
Vf
Volume Bahan Bakar Yang Diuji
ml
tf
Waktu Untuk Menghabiskan Bahan Bakar
detik
ma
Laju Aliran Massa Udara
kg/jam
Kerapatan Udara
kg/m3
Vs
Volume Langkah Torak
m3
Cf
Faktor Koreksi
AFR
Air Fuel Ratio
ηv
Efisiensi Volumetrik
ηb
Efisiensi Termal Brake
HHV
Nilai Kalor Atas Bahan Bakar
kJ/kg
LHV
Nilai Kalor Bawah Bahan Bakar
kJ/kg
a
Universitas Sumatera Utara
CV
Nilai Kalor Bahan Bakar
kJ/kg
Cv
Panas Jenis Bom Kalorimeter
J/gr.°C
M
Persentase Kandungan Air Bahan Bakar
Qlc
Kalor Laten Kondensasi Uap Air
kJ/kg
Universitas Sumatera Utara