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.
Mesin Diesel Small engine Test TD111-MKII
Gambar 3.1 Mesin Diesel Small engine Test TD111-MKII Spesifikasi:
Model : TD115-MKII
Type : 1 Silinder, 4 Langkah, dan Horizontal
Max output : 4.2 kW
Rated output : 2.5 kW
Max speed : 3750 rpm
2. Engine Smoke meter dan Gas Analyzer yang disambungkan ke Star Gas Analyzer untuk
megetahui emisi gas buang motor
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.2 Engine Smoke meter dan Gas Analyzer Spesifikasi engine Smoke Meter Opacity
Model No : HD
– 410 Measuring Range : 0.00 – 100
Absorption Coeff : 0.00 – 21.42 m
-1
RPM : 0
– 8000 RPM Oil Temp
: 0 - 150
o
C Operation Temp : -10 – 40
o
C
Spesifikasi Gas Analyzer HC dan CO
Model No : HG
– 510 Measuring Range CO : 0.00 – 9.99
HC : 0 - 9999 ppm Operation temperature : 0
o
C – 40
o
C Power
: 220 V Serial No
: 2G9C0101
Universitas Sumatera Utara
3. Katalitik Konverter
Katalitik konverter seperti ditunjukkan pada gambar 3.3 di bawah, berfungsi untuk mengurangi kadar emisi dari mesin diesel. Pengurangan emisi yang diharapkan adalah
pengurangan kadar HC, CO dan Opacity
Gambar 3.3 Catalitic Converter 4.
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 3.4 di bawah ini:
Gambar 3.4 Tec Equipment TD-114
Universitas Sumatera Utara
3.2.2. Persiapan bahan baku
Pengolahan bahan baku dimulai dengan pengadaan biji kemiri sunan. Biji kemiri Sunan diperoleh dari petani Sumedang. Biji Kemiri Sunan ditunjukkan pada gambar 3.5
di bawah ini.
Gambar 3.5 Biji Kemiri Sunan Biji kemiri sunan kemudian dipress di BALITTRI Sukabumi untuk mendapatkan
minyak mentah kemiri sunan. Proses pengepressan seperti ditunjukkan pada gambar 3.6 di bawah ini.
Gambar 3.6 Proses Pengepressan Biji Kemiri Sunan hasil pengepressan menghasilkan minyak mentah kemiri sunan seperti ditunjukkan
pada gambar 3.7 di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.7 Minyak mentah Biji kemiri Sunan Setelah dilakukan proses pengepressan dan didapatkan minyak mentah kemiri sunan,
dilakukan proses esterifikasi untuk menurunkan kadar FFA pada minyak mentah. Proses esterifikasi dilakukan dengan mereaksikan minyak mentah dengan metanol dengan
perbandingan fraksi mol tertentu dalam suhu dan waktu reaksi tertentu pula. Dalam reaksi digunakan katalis H
2
SO
4
untuk menurunkan energy aktifasi. Proses esterifikasi ditunjukkan pada gambar 3.8 di bawah ini.
Gambar 3.8 Esterifikasi
Universitas Sumatera Utara
Minyak hasil esterifikasi kemudian dipisahkan dari metanol berlebih yang tidak habis selama reaksi berlangsung. Proses pemisahan dilakukan dengan menggunakan corong
pemisah seperti ditunjukkan pada gambar 3.9 di bawah ini.
Gambar 3.9 Pemisahan Minyak Ester dari Metanol Sisa Keterangan gambar:
1. Corong Pisah
2. Metanol Sisa
3. Static Clem
4. Minyak ester
Setelah proses pemisahan selesai dilakukan proses pencucian dengan menggunakan air yang telah dihangatkan sampai suhu tertentu, proses pencucian dapat dilihat pada gambar
3.10 di bawah ini.
1
2
3 4
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.10 Pencucian Minyak Hasil Esterifikasi Setelah proses pencucian selesai minyyak ester kemudian dimasukkan ke dalam oven
untuk dipanaskan pada suhu tertentu untuk menghilangkan kadar air pada minyak ester. Minyak ester dapat dilihat pada gambar 3.11 di bawah ini.
Gambar 3.11 Minyak Ester Kemiri Sunan Setelah proses esterifikasi selesai dan didapatkan minyak ester kemiri sunan, proses
dilanjutkan dengan melakukan transesterifikasi. Proses transesterifikasi dilakukan dengan meraksikan minyak ester kemiri sunan dengan sejumlah metanol pada perbandingan fraksi
Universitas Sumatera Utara
mol tertentu. Dalam reaksi digunakan katalis KOH untuk menurunkan energi aktifasi dari reaksi. Proses transesterifikasi ditunjukkan pada gambar 3.12 di bawah ini.
Gambar 3.12 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 3.13 di bawah ini.
Gambar 3.13 Pemisahan Minyak Transesterifikasi dari Gliserol
Universitas Sumatera Utara
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 3.14 di bawah ini.
Gambar 3.14 Proses Pencucian Biodiesel Setelah proses pencucian selesai biodiesel kemudian dipanaskan di dalam
oven untuk menghilangkan kadar air, sehingga didapatkan biodiesel kemiri sunan seperti pada gambar 3.15 di bawah ini.
Gambar 3.15 Biodiesel Kemiri Sunan
Universitas Sumatera Utara
Hal yang perlu diingat sebelum proses transesterifikasi adalah proses pemanasan minyak ester di dalam oven. Pemanasan yang terlalu lam akan mengakibatkan
kadar asam minyak meningkat sehingga akan mengakibatkan terjadinya penyabunan saat dilakukan pencucian. Penyabunan ditunjukkan pada gambar 3.16 di bawah ini.
Gambar 3.16 Penyabunan Secara mendetail proses esterifikasi dan transesterifikasi akan dijabarkan pada
subbab di bawah ini.
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
Universitas Sumatera Utara
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 dianalsis 2.
Minyak hasil ester dengan berat tertentu dimasukkan ke dalam labu leher tiga dan dipanaskan dengan hot plate hingga mencapai suhu 60
o
C 3.
Sementara minyak dipanaskan, KOH 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 kedalam 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
3.2.3. Bahan Baku
Universitas Sumatera Utara
Bahan yang menjadi objek pengujian ini adalah bahan bakar Solar, Solar + Biodiesel Biji Kemiri Sunan 5, Solar + Biodiesel Biji Kemiri Sunan10, Solar + Biodiesel Biji
Kemiri Sunan 15, dan Solar + Biodiesel Biji Kemiri Sunan 20. Biodiesel Biji Kemiri Sunan tersebut diperoleh dari Puslitbang Perkebunan Bogor.
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.
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.
Effesiens volumetric 6.
Heat Loss 7.
Persentase Heat Loss 8.
Emisi gas buang Prosedur pengujian dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu :
1. Pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar solar
2. Pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar Solar + Biodiesel Biji Kemiri
Sunan 5 3.
pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar Solar + Biodiesel Biji Kemiri Sunan 10
4. Pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar Solar + Biodiesel Biji Kemiri
Sunan 15
Universitas Sumatera Utara
5. Pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar Solar + Biodiesel Biji Kemiri
Sunan 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. ● 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.
Universitas Sumatera Utara
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.
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.
Proses pengujian nilai kalor bahan bakar ditunjukkan pada gambar 3.15 di bawah ini:
Gambar 3.17 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar
3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel
Kategori