Uji Eksperimental Performansi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder Menggunakan Supercharger Dengan Variasi Bahan Bakar Campuran Dexlite Dan Minyak Lemak Ayam
UJI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER
SATU SILINDER MENGGUNAKAN SUPERCHARGER DENGAN
VARIASI BAHAN BAKAR CAMPURAN DEXLITE
DAN MINYAK LEMAK AYAM
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
TIMBUL SAUT MARULI
NIM : 120401124
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Semakin menurunnya ketersediaan sumber daya bahan bakar fosil,
mendorong kita untuk melakukan penelitian dan pengembangan terhadap bahan
bakar alternatif. Di antara sumber bahan bakar alternatif didapatkan dari lemak
ayam untuk menghasilkan minyak lemak ayam. Penelitian ini bertujuan untuk
menganalisa performansi mesin diesel TD-115 dengan minyak lemak ayam 5 %,
10 %,15 %, 20 %, dan 25 % dengan penambahan supercharger. Hasil pengujian
menunjukkan bahwa nilai kalor (CV), putaran mesin (rpm), dan pembebanan (W)
yang diberikan mengakibatkan penurunan daya (P) hingga 55,63 %, peningkatan
konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) hingga 51,09 %, penurunan efisiensi
volumentris (ηV) hingga 19,21 %, penurunan efisiensi termal aktual (ηa) hingga
78,04 % dan penurunan heat loss hingga 67,39%.
Kata kunci: Diesel, Performansi, Lemak Ayam, Supercharger, Dexlite
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Due to the decreasing of fosil fuel resources which encourage us to do the
research and development of alternative fuels. One of the alternative fuels
resources is using chicken fat to produce chicken fat oil. This study aims is to
analyze the performance of TD - 115 diesel engines with the addition of a
supercharger using chicken fat oil mixture of 5 %, 10 % , 15 %, 20 % and 25 % .
The test results indicate that Calorific Value (CV), engine rotations (rpm) and
Load (W) given affects the amount of Torque (T) and so the Power (P) decrease
up to 55,63 %, while Specific Fuel Consumption (SFC) of the mixture increase up
to 51,09 %, Volumetric Efficiency (
Brake Efficiency (
) decrease up to 19,21 %, Thermal Actual
) decrease up to 78,04 % and Heat Losses decrease up to
67,39 %.
Keywords : Diesel, Performance, Chicken Fat, Supercharger, Dexlite
ii
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena hanya
atas berkat dan karunia-Nya penulis dapat mengerjakan dan menyelesaikan skripsi
ini dengan baik.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk
mencapai gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “uji
eksperimental performansi mesin diesel stasioner satu silinder menggunakan
supercharger dengan variasi bahan bakar campuran dexlite dan minyak lemak
ayam”
Penulis berterima kasih kepada banyak pihak yang telah banyak membantu
penulis di berbagai hal dalam proses penyusunan skripsi ini. Oleh sebab itu,
penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Orang tua penulis, Ayahanda N. Sijabat dan Ibunda T. br Tampubolon atas
segala pengorbanan yang tiada terbalaskan di dalam membesarkan,
menyekolahkan saya hingga ke jenjang perguruan tinggi.
Permohonan saya kepada Tuhan melalui doa yang tulus kiranya kepada
Ayahanda dan Ibunda tercinta diberikan kekuatan dan kesehatan serta
ketabahan dalam membimbing kami anak-anaknya.
2. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Dosen Pembimbing dan
Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Mesin yang telah memberikan
banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis
selama penyusunan skripsi ini.
3. Bapak Ir. Tekad Sitepu, MT selaku Dosen Pembanding 1yang telah
memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada
penulis selama penyusunan skripsi ini.
4. Bapak Mahadi, ST, MT selaku Dosen Pembanding 2 yang telah
memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada
penulis selama penyusunan skripsi ini.
iii
Universitas Sumatera Utara
5. Bapak Ir. M. Sabri, MT selaku Ketua Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin
di Universitas Sumatera Utara, yang telah banyak membantu penulis dan
memberikan bimbingan selama perkuliahan.
7. Sergio F Lumbantoruan, Donny Marfin S, dan Hilde br. Tampubolon,
serta Teman-teman yang telah membantu penulis dalam melakukan
pengujian .
8. Seluruh Teman-teman Teknik Mesin 2012 yang telah memberikan
masukan dan saran yang membangun.
9. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara
terkhusus stambuk 2012 yang tidak dapat saya sebutkan satuper satu.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih memiliki berbagai
kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun
dari berbagai pihak. Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi
tambahan pengetahuan bagi pembaca dan bermanfaat untuk kita semua.
Terimakasih.
Medan,
Penulis
Timbul Saut Maruli
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ...................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ..................................................................................... iii
DAFTAR ISI ................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ........................................................................................... xiii
DAFTAR SIMBOL ........................................................................................ xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang……………………………………...……………….1
1.2 Tujuan Pengujian……………………………………...……………..2
1.2.1 Tujuan Umum...................................................................... …2
1.2.2 Tujuan Khusus ..................................................................... …2
1.3 Batasan Masalah........................................................................... ....3
1.4 Manfaat Pengujian........................................................................ ....3
1.5 Metodologi Penulisan ................................................................... ....4
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................... ....4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Biodiesel ................................................................................... ....6
2.1.1 Sejarah Biodiesel ........................................................... ....6
2.1.2 Definisi Biodiesel .......................................................... ....8
2.1.3
Proses Produksi Minyak ............................................... ..11
2.1.3.1 Esterifikasi ........................................................... ..12
2.1.3.2 Transesterifikasi ................................................... ..12
v
Universitas Sumatera Utara
2.2
Minyak dari bahan-bahan lainnya .............................................. .14
2.2.1 Minyak dari Bahan Baku Biji Karet .................................. .14
2.2.2 Minyak dari Bahan Baku Kelapa ...................................... .15
2.2.3 Minyak dari Bahan Baku Sawit ........................................ .17
2.3
Minyak Lemak Ayam................................................................ .20
2.3.1 Proses Pengambilan Lemak Ayam pada Ayam Broiler ..... .22
2.4 Dexlite ......................................................................................... .24
2.5
Mesin Diesel ............................................................................. .25
2.5.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel ............................................... .36
2.5.2 Performansi Mesin Diesel ................................................. .38
2.5.3 Grafik-Grafik Prestasi ...................................................... .48
2.5.4 Supercharger .................................................................... .52
2.5.4 Jenis-jenis Supercharger ................................................... .56
BAB III METODE PENELITIAN
3.1
Alur Penelitian .......................................................................... .61
3.1
Waktu Dan Tempat ................................................................... .62
3.2
Alat Dan Bahan ......................................................................... .62
3.2.1 Alat .................................................................................. .62
3.2.2 Bahan ............................................................................... .68
3.3 Pembuatan Minyak Lemak Ayam ................................................. .68
3.3.1 Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas ............................... .71
3.3.2 Prosedur Transesterifikasi ............................................... .72
3.3.3 Bahan Baku ...................................................................... .73
3.4
Metode Pengumpulan Data ....................................................... .74
vi
Universitas Sumatera Utara
3.5
Pengamatan Dan Tahap Pengujian ............................................ .74
3.6
Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ............................ .75
3.7
Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel .......................... .77
3.8
Set Up alat ................................................................................. .79
BAB IV
HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN
4.1 Minyak Lemak Ayam ................................................................... .82
4.2
Hasil Pengujian Bom Kalorimeter ............................................. .82
4.3
Hasil pengujian Engine Test Bed TD-111 .................................. .85
4.3.1 Pada Bahan Bakar Dexlite ............................................... .85
4.3.2 Pada Dexlite+ Minyak Lemak Ayam 5% ......................... .86
4.3.3 Pada Dexlite+ Minyak Lemak Ayam 10% ....................... .87
4.3.4 Pada Dexlite+ Minyak Lemak Ayam 15% ....................... .87
4.3.5 Pada Dexlite+ Biodiesel Lemak Ayam 20%..................... .88
4.3.6 Pada Dexlite+ Minyak Lemak Ayam 25% ...................... .88
4.4
Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel ............................... .89
4.4.1 Daya ................................................................................. .89
4.4.2 Laju aliran bahan bakar (mf) ............................................. .92
4.4.3 Rasio Udara Bahan bakar (AFR) ...................................... .96
4.4.4 Efisiensi Volumetris ......................................................... .99
4.4.5 Daya Aktual ..................................................................... 103
4.4.6 Efisiensi Termal Aktual ................................................... 106
4.4.7 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ....................................... 109
4.4.8 Heat Loss ......................................................................... 112
4.4.9 Persentase Heat Loss ........................................................ 114
vii
Universitas Sumatera Utara
4.4.10 Kondisi Injektor.............................................................. 118
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan ............................................................................... 120
5.2
Saran ........................................................................................ 123
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... xvi
LAMPIRAN
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Rudolf Christian Karl Diesel ................................................ ....8
Gambar 2.2
Teknologi Konversi Minyak.................................................. ..11
Gambar 2.3
Diagram P-V ......................................................................... ..26
Gambar 2.4
Diagram T –S........................................................................ ..27
Gambar 2.5
Diagram P-V siklus ganda ...................................................... ..27
Gambar 2.6
Diagram T-s siklus ganda ....................................................... ..28
Gambar 2.7
Ruang Bakar Langsung ......................................................... ..29
Gambar 2.8
Ruang Bakar Kamar Depan .................................................. ..30
Gambar 2.9
Ruang Bakar Pusar ............................................................... ..31
Gambar 2.10 Ruang Bakar Air Cell............................................................. ..33
Gambar 2.11 Prinsip Kerja Mesin Diesel..................................................... ..37
Gambar 2.12 Viscous Flow Meter ............................................................... ..43
Gambar 2.13
Grafik Prestasi Motor diesel .................................................. ..49
Gambar 2.14
Grafik Hubungan Putaran Dengan Effisiensi Volumetrik ...... ..50
Gambar 2.15
Grafik Hubungan Putaran Dengan Kerugian Mekanis ........... ..51
Gambar 2.16
Grafik Hubungan Putaran Dengan Effisiensi Therml ............. ..52
Gambar 2.17
Supercharger ......................................................................... ..56
Gambar 2.18
Turbocharger ........................................................................ ..59
Gambar 2.19 Gambar Teknik Kobelco Supercharger................................... ..60
Gambar 3.1
Diagram Alir Penelitian ........................................................ ..61
Gambar 3.2
Oven ..................................................................................... ..62
Gambar 3.3
Erlenmeyer ........................................................................... ..63
Gambar 3.4
Labu Leher Tiga ................................................................... ..63
ix
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.5
Hotplate Stirrer ..................................................................... ..64
Gambar 3.6
Magnetik Stirrer .................................................................... ..64
Gambar 3.7
Termometer .......................................................................... ..64
Gambar 3.8
Beaker Glass ......................................................................... ..65
Gambar 3.9
Corong Pemisah .................................................................... ..65
Gambar 3.10
Statif dan Klem ..................................................................... ..65
Gambar 3.11
Bom Kalorimeter .................................................................. ..66
Gambar 3.12
Mesin Diesel Small Engine Test TD115-MKII ..................... ..66
Gambar 3.13 Tec Equipment TD-114.......................................................... ..67
Gambar 3.14
Supercharger ......................................................................... ..67
Gambar 3.15
Minyak Lemak Ayam ........................................................... ..68
Gambar 3.16
Proses Transesterifikasi ......................................................... ..69
Gambar 3.17
Proses Pemisahan minyak dari gliserol................................. ..69
Gambar 3.18
Proses Pencucian.................................................................. ..70
Gambar 3.19
Minyak Lemak Ayam .......................................................... ..70
Gambar 3.20
Diagram Alir Pengujian Kadar FFA ..................................... ..71
Gambar 3.21
Diagram Alir Proses Transesterifikasi .................................. ..72
Gambar 3.22
Diagram Alir Pengujian performansi mesin diesel ................ ..78
Gambar 3.23
Set up alat ............................................................................ ..79
Gambar 3.24
Set up Pengujian Mesin Diesel ............................................. ..80
Gambar 4.1
Grafik LHV Rata-Rata ......................................................... ..85
Gambar 4.2
Grafik Daya vs Putaran untuk beban 3,5 kg .......................... ..91
Gambar 4.3
Grafik Daya vs Putaran untuk beban 4,5 kg .......................... ..91
Gambar 4.4
Grafik mf vs Putaran untuk beban 3,5 kg............................. ..95
Gambar 4.5
Grafik mf vs Putaran untuk beban 4,5 kg............................. ..95
x
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.6
Grafik AFR vs Putaran untuk beban 3,5 kg .......................... ..98
Gambar 4.7
Grafik AFR vs Putaran untuk beban 4,5 kg .......................... ..98
Gambar 4.8
Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 3,5 kg .. .102
Gambar 4.9
Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 4,5 kg .. .102
Gambar 4.10
Grafik Daya Aktual vs Putaran untuk beban 3,5 kg .............. .105
Gambar 4.11
Grafik Daya Aktual vs Putaran untuk beban 4,5 kg ............. .105
Gambar 4.12
Grafik Efisiensi Termal Aktual vs Putaran untuk
beban 3,5 kg........................................................................ 108
Gambar 4.13
Grafik Efisiensi Termal Aktual vs Putaran untuk
beban 4,5 kg....................................................................... 108
Gambar 4.14
Grafik Specific Fuel Consumption vs Putaran untuk
beban 3,5 kg....................................................................... 111
Gambar 4.15
Grafik Specific Fuel Consumption vs Putaran untuk
Beban 4,5 kg ...................................................................... 111
Gambar 4.16
Grafik Heat Loss vs Putaran untuk beban 3,5 kg............... 113
Gambar 4.17
Grafik Heat Loss vs Putaran untuk beban 4,5 kg............... 114
Gambar 4.18
Grafik Persentase Heat Loss vs Putaran untuk beban
3,5 kg................................................................................. 116
Gambar 4.19
Grafik Persentase Heat Loss vs Putaran untuk beban
4,5 kg................................................................................. 117
Gambar 4.20
Kondisi injector.................................................................. 118
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Standar biodiesel .................................................................... ….10
Tabel 2.2
Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa…….. ...................... ….17
Tabel 2.3
Karakteristik Minyak Sawit .................................................... ….18
Tabel 2.4
Komposisi Trigliserida Asam Lemak...………………….……….19
Tabel 2.5
Kandungan Minor Minyak Sawit ............................................ ….19
Tabel 2.6
Populasi Unggas di Indonesia dari Tahun 2011 hingga 2015 .. .....20
Tabel 2.6
Populasi Ayam Ras Pedaging di Indonesia dari Tahun 2011
hingga 2015 ........................................................................... .....21
Tabel 2.7
Komposisi Asam Lemak lemak ayam Hasil Analisis GCMS .. ….22
Tabel 3.1
Persentase Campuran Bahan Bakar ......................................... ….73
Tabel 4.1
Karakteristik Minyak Lemak Ayam........................................ ….82
Tabel 4.2
Hasil Pengujian Bom Kalorimeter .......................................... ….84
Tabel 4.3
Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Dexlite ........................ ….86
Tabel 4.4
Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Dexlite + Minyak
Lemak ayam 5%..............................................................................86
Tabel 4.5
Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Dexlite + Minyak
Lemak ayam 10%...........................................................................87
Tabel 4.6
Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Dexlite + Minyak
Lemak ayam 15%...........................................................................87
Tabel 4.7
Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Dexlite + Minyak
Lemak ayam 20%...........................................................................88
Tabel 4.8
Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Dexlite + Minyak
xii
Universitas Sumatera Utara
Lemak ayam 25%...........................................................................88
Tabel 4.9
Data Perhitungan Untuk Daya.. .............................................. ….90
Tabel 4.10
sgf Campuran Dexlite dan Minyak Lemak Ayam .................... ….93
Tabel 4.11
Data Perhitungan Untuk Laju Aliran Bahan Bakar ................. .....94
Tabel 4.12
Data Perhitungan Untuk AFR ................................................. ….97
Tabel 4.13
Data Perhitungan Untuk Efisiensi Volumetris ........................ ...101
Tabel 4.14
Data Perhitungan Untuk Daya Aktual..................................... ...104
Tabel 4.15
Data Perhitungan Untuk Efisiensi Termal Aktual .................. ...107
Tabel 4.16
Data Perhitungan Untuk Specific Fuel Consumption............... ...110
Tabel 4.17
Data Perhitungan Untuk Heat Losses...................................... ...112
Tabel 4.18
Data Perhitungan Untuk Persentase Heat Loss........................ ...115
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Satuan
HHV
LHV
M
H2
Pb
T
n
SFC
ṁf
Sgf
t
Ƞb
CV
Heat Loss
% Heat Loss
Nilai kalor bahan bakar atas
Nilai kalor bahan bakar bawah
Persentase kandungan air dalam bahan bakar
Jumlah hidrogen dalam bahan bakar
Daya poros
Torsi
Putaran
Konsumsi bahan bakar spesifik
Laju aliran bahan bakar
Specific gravity
Waktu
efisiensi termal
Nilai kalor bahan bakar
Kehilangan panas
Persentase Heat Loss
Volume bahan bakar yang di uji
Rasio udara dengan bahan bakar
Laju aliran massa udara
Faktor koreksi
Efisiensi volumetrik
Efisiensi mekanis
Kerapatan udara
Suhu udara luar (ambient)
Suhu gas buang (exausht)
KJ/Kg.oC
KJ/Kg.oC
%
%
W
Nm
RPM
Kg/KW.h
Kg/h
Vf
AFR
ṁa
CF
Ƞv
Ƞm
ρa
Ta
Te
h
%
KJ/kg
W
%
ml
Kg/h
%
%
Kg/m3
0
C
0
C
xiv
Universitas Sumatera Utara
SATU SILINDER MENGGUNAKAN SUPERCHARGER DENGAN
VARIASI BAHAN BAKAR CAMPURAN DEXLITE
DAN MINYAK LEMAK AYAM
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
TIMBUL SAUT MARULI
NIM : 120401124
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Semakin menurunnya ketersediaan sumber daya bahan bakar fosil,
mendorong kita untuk melakukan penelitian dan pengembangan terhadap bahan
bakar alternatif. Di antara sumber bahan bakar alternatif didapatkan dari lemak
ayam untuk menghasilkan minyak lemak ayam. Penelitian ini bertujuan untuk
menganalisa performansi mesin diesel TD-115 dengan minyak lemak ayam 5 %,
10 %,15 %, 20 %, dan 25 % dengan penambahan supercharger. Hasil pengujian
menunjukkan bahwa nilai kalor (CV), putaran mesin (rpm), dan pembebanan (W)
yang diberikan mengakibatkan penurunan daya (P) hingga 55,63 %, peningkatan
konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) hingga 51,09 %, penurunan efisiensi
volumentris (ηV) hingga 19,21 %, penurunan efisiensi termal aktual (ηa) hingga
78,04 % dan penurunan heat loss hingga 67,39%.
Kata kunci: Diesel, Performansi, Lemak Ayam, Supercharger, Dexlite
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Due to the decreasing of fosil fuel resources which encourage us to do the
research and development of alternative fuels. One of the alternative fuels
resources is using chicken fat to produce chicken fat oil. This study aims is to
analyze the performance of TD - 115 diesel engines with the addition of a
supercharger using chicken fat oil mixture of 5 %, 10 % , 15 %, 20 % and 25 % .
The test results indicate that Calorific Value (CV), engine rotations (rpm) and
Load (W) given affects the amount of Torque (T) and so the Power (P) decrease
up to 55,63 %, while Specific Fuel Consumption (SFC) of the mixture increase up
to 51,09 %, Volumetric Efficiency (
Brake Efficiency (
) decrease up to 19,21 %, Thermal Actual
) decrease up to 78,04 % and Heat Losses decrease up to
67,39 %.
Keywords : Diesel, Performance, Chicken Fat, Supercharger, Dexlite
ii
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena hanya
atas berkat dan karunia-Nya penulis dapat mengerjakan dan menyelesaikan skripsi
ini dengan baik.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk
mencapai gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “uji
eksperimental performansi mesin diesel stasioner satu silinder menggunakan
supercharger dengan variasi bahan bakar campuran dexlite dan minyak lemak
ayam”
Penulis berterima kasih kepada banyak pihak yang telah banyak membantu
penulis di berbagai hal dalam proses penyusunan skripsi ini. Oleh sebab itu,
penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Orang tua penulis, Ayahanda N. Sijabat dan Ibunda T. br Tampubolon atas
segala pengorbanan yang tiada terbalaskan di dalam membesarkan,
menyekolahkan saya hingga ke jenjang perguruan tinggi.
Permohonan saya kepada Tuhan melalui doa yang tulus kiranya kepada
Ayahanda dan Ibunda tercinta diberikan kekuatan dan kesehatan serta
ketabahan dalam membimbing kami anak-anaknya.
2. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Dosen Pembimbing dan
Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Mesin yang telah memberikan
banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis
selama penyusunan skripsi ini.
3. Bapak Ir. Tekad Sitepu, MT selaku Dosen Pembanding 1yang telah
memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada
penulis selama penyusunan skripsi ini.
4. Bapak Mahadi, ST, MT selaku Dosen Pembanding 2 yang telah
memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada
penulis selama penyusunan skripsi ini.
iii
Universitas Sumatera Utara
5. Bapak Ir. M. Sabri, MT selaku Ketua Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin
di Universitas Sumatera Utara, yang telah banyak membantu penulis dan
memberikan bimbingan selama perkuliahan.
7. Sergio F Lumbantoruan, Donny Marfin S, dan Hilde br. Tampubolon,
serta Teman-teman yang telah membantu penulis dalam melakukan
pengujian .
8. Seluruh Teman-teman Teknik Mesin 2012 yang telah memberikan
masukan dan saran yang membangun.
9. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara
terkhusus stambuk 2012 yang tidak dapat saya sebutkan satuper satu.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih memiliki berbagai
kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun
dari berbagai pihak. Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi
tambahan pengetahuan bagi pembaca dan bermanfaat untuk kita semua.
Terimakasih.
Medan,
Penulis
Timbul Saut Maruli
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ...................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ..................................................................................... iii
DAFTAR ISI ................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ........................................................................................... xiii
DAFTAR SIMBOL ........................................................................................ xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang……………………………………...……………….1
1.2 Tujuan Pengujian……………………………………...……………..2
1.2.1 Tujuan Umum...................................................................... …2
1.2.2 Tujuan Khusus ..................................................................... …2
1.3 Batasan Masalah........................................................................... ....3
1.4 Manfaat Pengujian........................................................................ ....3
1.5 Metodologi Penulisan ................................................................... ....4
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................... ....4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Biodiesel ................................................................................... ....6
2.1.1 Sejarah Biodiesel ........................................................... ....6
2.1.2 Definisi Biodiesel .......................................................... ....8
2.1.3
Proses Produksi Minyak ............................................... ..11
2.1.3.1 Esterifikasi ........................................................... ..12
2.1.3.2 Transesterifikasi ................................................... ..12
v
Universitas Sumatera Utara
2.2
Minyak dari bahan-bahan lainnya .............................................. .14
2.2.1 Minyak dari Bahan Baku Biji Karet .................................. .14
2.2.2 Minyak dari Bahan Baku Kelapa ...................................... .15
2.2.3 Minyak dari Bahan Baku Sawit ........................................ .17
2.3
Minyak Lemak Ayam................................................................ .20
2.3.1 Proses Pengambilan Lemak Ayam pada Ayam Broiler ..... .22
2.4 Dexlite ......................................................................................... .24
2.5
Mesin Diesel ............................................................................. .25
2.5.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel ............................................... .36
2.5.2 Performansi Mesin Diesel ................................................. .38
2.5.3 Grafik-Grafik Prestasi ...................................................... .48
2.5.4 Supercharger .................................................................... .52
2.5.4 Jenis-jenis Supercharger ................................................... .56
BAB III METODE PENELITIAN
3.1
Alur Penelitian .......................................................................... .61
3.1
Waktu Dan Tempat ................................................................... .62
3.2
Alat Dan Bahan ......................................................................... .62
3.2.1 Alat .................................................................................. .62
3.2.2 Bahan ............................................................................... .68
3.3 Pembuatan Minyak Lemak Ayam ................................................. .68
3.3.1 Pengujian Kadar Asam Lemak Bebas ............................... .71
3.3.2 Prosedur Transesterifikasi ............................................... .72
3.3.3 Bahan Baku ...................................................................... .73
3.4
Metode Pengumpulan Data ....................................................... .74
vi
Universitas Sumatera Utara
3.5
Pengamatan Dan Tahap Pengujian ............................................ .74
3.6
Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ............................ .75
3.7
Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel .......................... .77
3.8
Set Up alat ................................................................................. .79
BAB IV
HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN
4.1 Minyak Lemak Ayam ................................................................... .82
4.2
Hasil Pengujian Bom Kalorimeter ............................................. .82
4.3
Hasil pengujian Engine Test Bed TD-111 .................................. .85
4.3.1 Pada Bahan Bakar Dexlite ............................................... .85
4.3.2 Pada Dexlite+ Minyak Lemak Ayam 5% ......................... .86
4.3.3 Pada Dexlite+ Minyak Lemak Ayam 10% ....................... .87
4.3.4 Pada Dexlite+ Minyak Lemak Ayam 15% ....................... .87
4.3.5 Pada Dexlite+ Biodiesel Lemak Ayam 20%..................... .88
4.3.6 Pada Dexlite+ Minyak Lemak Ayam 25% ...................... .88
4.4
Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel ............................... .89
4.4.1 Daya ................................................................................. .89
4.4.2 Laju aliran bahan bakar (mf) ............................................. .92
4.4.3 Rasio Udara Bahan bakar (AFR) ...................................... .96
4.4.4 Efisiensi Volumetris ......................................................... .99
4.4.5 Daya Aktual ..................................................................... 103
4.4.6 Efisiensi Termal Aktual ................................................... 106
4.4.7 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ....................................... 109
4.4.8 Heat Loss ......................................................................... 112
4.4.9 Persentase Heat Loss ........................................................ 114
vii
Universitas Sumatera Utara
4.4.10 Kondisi Injektor.............................................................. 118
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan ............................................................................... 120
5.2
Saran ........................................................................................ 123
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... xvi
LAMPIRAN
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Rudolf Christian Karl Diesel ................................................ ....8
Gambar 2.2
Teknologi Konversi Minyak.................................................. ..11
Gambar 2.3
Diagram P-V ......................................................................... ..26
Gambar 2.4
Diagram T –S........................................................................ ..27
Gambar 2.5
Diagram P-V siklus ganda ...................................................... ..27
Gambar 2.6
Diagram T-s siklus ganda ....................................................... ..28
Gambar 2.7
Ruang Bakar Langsung ......................................................... ..29
Gambar 2.8
Ruang Bakar Kamar Depan .................................................. ..30
Gambar 2.9
Ruang Bakar Pusar ............................................................... ..31
Gambar 2.10 Ruang Bakar Air Cell............................................................. ..33
Gambar 2.11 Prinsip Kerja Mesin Diesel..................................................... ..37
Gambar 2.12 Viscous Flow Meter ............................................................... ..43
Gambar 2.13
Grafik Prestasi Motor diesel .................................................. ..49
Gambar 2.14
Grafik Hubungan Putaran Dengan Effisiensi Volumetrik ...... ..50
Gambar 2.15
Grafik Hubungan Putaran Dengan Kerugian Mekanis ........... ..51
Gambar 2.16
Grafik Hubungan Putaran Dengan Effisiensi Therml ............. ..52
Gambar 2.17
Supercharger ......................................................................... ..56
Gambar 2.18
Turbocharger ........................................................................ ..59
Gambar 2.19 Gambar Teknik Kobelco Supercharger................................... ..60
Gambar 3.1
Diagram Alir Penelitian ........................................................ ..61
Gambar 3.2
Oven ..................................................................................... ..62
Gambar 3.3
Erlenmeyer ........................................................................... ..63
Gambar 3.4
Labu Leher Tiga ................................................................... ..63
ix
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.5
Hotplate Stirrer ..................................................................... ..64
Gambar 3.6
Magnetik Stirrer .................................................................... ..64
Gambar 3.7
Termometer .......................................................................... ..64
Gambar 3.8
Beaker Glass ......................................................................... ..65
Gambar 3.9
Corong Pemisah .................................................................... ..65
Gambar 3.10
Statif dan Klem ..................................................................... ..65
Gambar 3.11
Bom Kalorimeter .................................................................. ..66
Gambar 3.12
Mesin Diesel Small Engine Test TD115-MKII ..................... ..66
Gambar 3.13 Tec Equipment TD-114.......................................................... ..67
Gambar 3.14
Supercharger ......................................................................... ..67
Gambar 3.15
Minyak Lemak Ayam ........................................................... ..68
Gambar 3.16
Proses Transesterifikasi ......................................................... ..69
Gambar 3.17
Proses Pemisahan minyak dari gliserol................................. ..69
Gambar 3.18
Proses Pencucian.................................................................. ..70
Gambar 3.19
Minyak Lemak Ayam .......................................................... ..70
Gambar 3.20
Diagram Alir Pengujian Kadar FFA ..................................... ..71
Gambar 3.21
Diagram Alir Proses Transesterifikasi .................................. ..72
Gambar 3.22
Diagram Alir Pengujian performansi mesin diesel ................ ..78
Gambar 3.23
Set up alat ............................................................................ ..79
Gambar 3.24
Set up Pengujian Mesin Diesel ............................................. ..80
Gambar 4.1
Grafik LHV Rata-Rata ......................................................... ..85
Gambar 4.2
Grafik Daya vs Putaran untuk beban 3,5 kg .......................... ..91
Gambar 4.3
Grafik Daya vs Putaran untuk beban 4,5 kg .......................... ..91
Gambar 4.4
Grafik mf vs Putaran untuk beban 3,5 kg............................. ..95
Gambar 4.5
Grafik mf vs Putaran untuk beban 4,5 kg............................. ..95
x
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.6
Grafik AFR vs Putaran untuk beban 3,5 kg .......................... ..98
Gambar 4.7
Grafik AFR vs Putaran untuk beban 4,5 kg .......................... ..98
Gambar 4.8
Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 3,5 kg .. .102
Gambar 4.9
Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 4,5 kg .. .102
Gambar 4.10
Grafik Daya Aktual vs Putaran untuk beban 3,5 kg .............. .105
Gambar 4.11
Grafik Daya Aktual vs Putaran untuk beban 4,5 kg ............. .105
Gambar 4.12
Grafik Efisiensi Termal Aktual vs Putaran untuk
beban 3,5 kg........................................................................ 108
Gambar 4.13
Grafik Efisiensi Termal Aktual vs Putaran untuk
beban 4,5 kg....................................................................... 108
Gambar 4.14
Grafik Specific Fuel Consumption vs Putaran untuk
beban 3,5 kg....................................................................... 111
Gambar 4.15
Grafik Specific Fuel Consumption vs Putaran untuk
Beban 4,5 kg ...................................................................... 111
Gambar 4.16
Grafik Heat Loss vs Putaran untuk beban 3,5 kg............... 113
Gambar 4.17
Grafik Heat Loss vs Putaran untuk beban 4,5 kg............... 114
Gambar 4.18
Grafik Persentase Heat Loss vs Putaran untuk beban
3,5 kg................................................................................. 116
Gambar 4.19
Grafik Persentase Heat Loss vs Putaran untuk beban
4,5 kg................................................................................. 117
Gambar 4.20
Kondisi injector.................................................................. 118
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Standar biodiesel .................................................................... ….10
Tabel 2.2
Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa…….. ...................... ….17
Tabel 2.3
Karakteristik Minyak Sawit .................................................... ….18
Tabel 2.4
Komposisi Trigliserida Asam Lemak...………………….……….19
Tabel 2.5
Kandungan Minor Minyak Sawit ............................................ ….19
Tabel 2.6
Populasi Unggas di Indonesia dari Tahun 2011 hingga 2015 .. .....20
Tabel 2.6
Populasi Ayam Ras Pedaging di Indonesia dari Tahun 2011
hingga 2015 ........................................................................... .....21
Tabel 2.7
Komposisi Asam Lemak lemak ayam Hasil Analisis GCMS .. ….22
Tabel 3.1
Persentase Campuran Bahan Bakar ......................................... ….73
Tabel 4.1
Karakteristik Minyak Lemak Ayam........................................ ….82
Tabel 4.2
Hasil Pengujian Bom Kalorimeter .......................................... ….84
Tabel 4.3
Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Dexlite ........................ ….86
Tabel 4.4
Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Dexlite + Minyak
Lemak ayam 5%..............................................................................86
Tabel 4.5
Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Dexlite + Minyak
Lemak ayam 10%...........................................................................87
Tabel 4.6
Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Dexlite + Minyak
Lemak ayam 15%...........................................................................87
Tabel 4.7
Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Dexlite + Minyak
Lemak ayam 20%...........................................................................88
Tabel 4.8
Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Dexlite + Minyak
xii
Universitas Sumatera Utara
Lemak ayam 25%...........................................................................88
Tabel 4.9
Data Perhitungan Untuk Daya.. .............................................. ….90
Tabel 4.10
sgf Campuran Dexlite dan Minyak Lemak Ayam .................... ….93
Tabel 4.11
Data Perhitungan Untuk Laju Aliran Bahan Bakar ................. .....94
Tabel 4.12
Data Perhitungan Untuk AFR ................................................. ….97
Tabel 4.13
Data Perhitungan Untuk Efisiensi Volumetris ........................ ...101
Tabel 4.14
Data Perhitungan Untuk Daya Aktual..................................... ...104
Tabel 4.15
Data Perhitungan Untuk Efisiensi Termal Aktual .................. ...107
Tabel 4.16
Data Perhitungan Untuk Specific Fuel Consumption............... ...110
Tabel 4.17
Data Perhitungan Untuk Heat Losses...................................... ...112
Tabel 4.18
Data Perhitungan Untuk Persentase Heat Loss........................ ...115
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Satuan
HHV
LHV
M
H2
Pb
T
n
SFC
ṁf
Sgf
t
Ƞb
CV
Heat Loss
% Heat Loss
Nilai kalor bahan bakar atas
Nilai kalor bahan bakar bawah
Persentase kandungan air dalam bahan bakar
Jumlah hidrogen dalam bahan bakar
Daya poros
Torsi
Putaran
Konsumsi bahan bakar spesifik
Laju aliran bahan bakar
Specific gravity
Waktu
efisiensi termal
Nilai kalor bahan bakar
Kehilangan panas
Persentase Heat Loss
Volume bahan bakar yang di uji
Rasio udara dengan bahan bakar
Laju aliran massa udara
Faktor koreksi
Efisiensi volumetrik
Efisiensi mekanis
Kerapatan udara
Suhu udara luar (ambient)
Suhu gas buang (exausht)
KJ/Kg.oC
KJ/Kg.oC
%
%
W
Nm
RPM
Kg/KW.h
Kg/h
Vf
AFR
ṁa
CF
Ƞv
Ƞm
ρa
Ta
Te
h
%
KJ/kg
W
%
ml
Kg/h
%
%
Kg/m3
0
C
0
C
xiv
Universitas Sumatera Utara