KAJIAN EKSPERIMENTAL TERHADAP PERFORMANSI MOTOR DIESEL MENGGUNAKAN CAMPURAN DIMETIL ESTER DENGAN SOLAR

  SKRIPSI MOTOR BAKAR KAJIAN EKSPERIMENTAL TERHADAP PERFORMANSI MOTOR DIESEL MENGGUNAKAN CAMPURAN DIMETIL ESTER DENGAN SOLAR OLEH : NIM : 080421013 MUHAMMAD IQBAL PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2013

  

KAJIAN EKSPERIMENTAL TERHADAP PERFORMANSI

MOTOR DIESEL MENGGUNAKAN CAMPURAN

DIMETIL ESTER DENGAN SOLAR

Disusun Oleh :

MUHAMMAD IQBAL

  NIM : 080421013

Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi

Periode

  

Ke-188 Tanggal 16 April 2013

Disetujui Oleh:

Dosen Pembanding I Dosen Pembanding II

  Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri Ir.Mulfi Hazwi, MSc 196412241992111001 194910121981031002

ABSTRAK

Kelangkaan akan bahan bakar minyak (BBM) yang terjadi mendorong dilakukannya penelitian untuk mengembangkan sumber bahan bakar alternatif

  lain sebagai pengganti solar . Berdasarkan pemikiran tersebut maka dilakukan pengujian mesin diesel TecQuipment type.TD4A 001 dengan menggunakan bahan bakar biodiesel dari kelapa sawit. Pada pengujian ini biodiesel yang didapat dari minyak kelapa sawit mengalami proses esterifikasi dan transesterifikasi dalam bentuk dimethil ester. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui prestasi kerja mesin berbahan bakar biodiesel dimethil ester sehingga akan tampak pengaruhnya terhadap parameter unjuk kerja mesin diesel terutama mengurangi kandungan emisi gas buang yang dihasilkan motor diesel. Penelitian ini juga akan memberikan informasi sebagai referensi bagi kalangan dunia pendidikan yang ingin melakukan riset dibidang otomotif dalam pengembangan bahan bakar biodiesel dan pengaruhnya terhadap performansi motor diesel.

  

Biodisel adalah bahan bakar motor diesel yang berupa ester alkil/ alkil

asam – asam lemak yang disebut dari minyak nabati melalui proses esterifikasi.

  Istilah biodiesel identik dengan bahan bakar murni. Campuran biodiesel ( Bxx adalah biodiesel sebanyak xx persen yang telah dicampur dengan solar sejumlah 1

• – xx persen ).misalkan Bahan Bakar Biodisel (B-10) yang mengandung 10% biodiesel Dimetil Ester, 90% Solar. Biodiesel adalah sebagai alternatif bahan bakar minyak diesel yang terbuat dari sumber daya alam yang dapat diperbaharui seperti, sawit, jarak, kemiri, dll.penggunaan biodiesel sebagai bahan bakar minyak diesel tidak membutuhkan modifikasi terhadap mesin kendaraan. Biodiesel dapat dicampur dengan bahan bakar solar dengan perbandingan tertentu. Dengan penggunaan biodiesel berpotensi mengurangi emisi gas buang. Dengan menggunakan menggunakan biodiesel sebagai bahan bakar mesin akan memberikan banyak keuntunganbaik dari sisi performansi motor diesel, emisi gas buang dan jaminan sumber daya biodiesel yang cukup banyak tersedia di Indonesia. Kata Kunci : dimetil ester, biodiesel, esterifikasi, biodiesel dimetil ester, emisi gas buang

  Scarcity of fuel oil (BBM) which occurs encouraging research to develop alternative fuel sources as a substitute for diesel fuel. Based on these ideas, testing TecQuipment type.TD4A 001 diesel engine using biodiesel fuel from palm oil. In this test biodiesel derived from palm oil through the process of esterification and transesterification in ester form dimethil. The purpose of this study was to determine the performance of the biodiesel-fueled engine dimethil ester so it will look its effect on diesel engine performance parameters, especially reducing the content of the resulting exhaust emissions of diesel engine. This study will also provide information as a reference for the education world who want to do research in the field of automotive in the development of biodiesel fuel and its effect on the performance of diesel engine.

  Biodiesel is a diesel motor fuel in the form of alkyl ester / alkyl acids - fatty acids called vegetable oil through a process of esterification. The term biodiesel is identical to the pure fuel. Biodiesel blends (Bxx is xx percent biodiesel mixed with diesel number 1 - xx percent). Suppose Fuels Biodiesel (B- 10) containing 10% biodiesel Dimethyl Ester, 90% Solar. Biodiesel is an alternative diesel fuel made from natural resources such as renewable, palm, castor, pecans, dll.penggunaan biodiesel as diesel fuel does not require modifications to the vehicle's engine. Biodiesel can be blended with diesel fuel at a certain ratio. With the use of biodiesel has the potential to reduce exhaust emissions. Using the use of biodiesel as a fuel engine will provide many keuntunganbaik of the diesel engine performance, exhaust emissions and resource guarantees enough biodiesel available in Indonesia.

  Segala puji bagi Allah SWT Tuhan semesta alam yang jiwaku ada didalam genggamannya. Segala puji bagi-Nya yang dengan rahmat, rahim dan ridha-Nya penyusunan dan penulisan tugas sarjana yang berjudul “ kajian eksperimental

  

terhadap performansi motor diesel menggunakan campuran dimetil ester dengan

solar” dapat diselesaikan.

  Penyusunan dan penulisan tugas sarjana ini amat disadari tidak akan dapat diselesaikan sendiri. Semua yang telah tercapai tidak lepas dari bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya bagi semua pihak yang membantu yaitu :

  1. Bapak Dr.Ing. Ir. Ikwansyah Isranuri sebagai Ketua Departemen Teknik Mesin FT USU.

  2. Bapak Ir.M.Syahril Gultom MT sebagai Sekjur Teknik Mesin FT USU.

  3. Bapak Tulus Burhanuddin S, ST, MT sebagai Dosen Pembimbing tugas sarjana.

  4. Ayah dan ibu yang sangat aku banggakan, dan Kakak serta adikku yang aku sayangi, yang selalu memberikan doa, ridha, semangat dan kasih sayang.

  5. Keluarga di tebing tinggi, yang tak henti-hentinya memberikan semangat dan dorongan serta nasihat yang berguna agar menjadi manusia yang lebih baik dalam pembelajaran, perjuangan dan kehidupan.

  6. Teman-teman satu stambuk 2008 Teknik Mesin Ekstensi, bang atin dan Andre yang telah berjuang bersama-sama.

  7. Teman-teman nongkrong: Rizki, Ariman Sitompul, ,Bang Linggam dan lainnya.

  Tentunya tetap ada kekurangan dan kesalahan yang tidak terhindarkan dalam penyusunan tugas sarjana ini. Semua merupakan keterbatasan sebagai manusia. Kalau pun ada kebenaran, itu semua semata-mata dari Allah SWT. Untuk itu masukan berupa kritik dan saran yang membangun amat diharapkan untuk perkembangan kedepan.

  Semoga apa yang ada dalam tugas sarjana ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca secara umum dan penulis secara khusus. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih.

  Medan, 9 Maret 2013 Penulis,

  MHD.IQBAL 080421013

  

ABSTRAK .............. ............................................................................................... i

KATA PENGANTAR .................................................................................................. iii

DAFTAR ISI .................................................................................................. v

DAFTAR TABEL .................................................................................................. viii

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. ix

DAFTAR NOTASI .................................................................................................. xii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang .............................................................................................

  1 1.2 Tujuan pengujian .........................................................................................

  3

  1.3 Manfaat pengujian ....................................................................................... 3 1.4 Ruang lingkup pengujian .............................................................................

  3 1.5 Sistematika pengujian ..................................................................................

  4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dimetil Ester ................................................................................................

  5 2.2 Performanasi motor diesel ...........................................................................

  5 2.2.1 Torsi dan daya ....................................................................................

  5 2.2.2 Konsumsi bahan bakar spesifik .........................................................

  6 2.2.3 Perbandingan udara bahan bakar .......................................................

  6 2.2.4 Efisiensi Volumetris ...........................................................................

  7 2.2.5 Efisiensi Thermal Brake .....................................................................

  8 2.3 Teori pembakaran ........................................................................................

  8 2.2.1 Nilai kalor bahan bakar ......................................................................

  9

  2.4 Bahan bakar diesel ...................................................................................... 11

  2.5.1 Karakteristik biodiesel ........................................................................ 13

  2.5.2 Biodiesel dari minyak kelapa sawit .................................................... 16

  2.6 Emisi gas buang .......................................................................................... 17

  2.7 Pengendalian emisi gas buang ..................................................................... 20

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  3.1 Waktu dan tempat ........................................................................................ 21

  3.2 Alat dan bahan ............................................................................................. 21

  3.2.1 Alat .................................................................................................. 21

  3.2.2 Bahan .................................................................................................. 21

  3.3 Metode pengumpulan data ........................................................................... 21

  3.4 Metode pengolahan data .............................................................................. 22

  3.5 Pengamatan dan tahap pengujian ................................................................ 22

  3.6 Prosedur pengujian nilai kalor bahan bakar ................................................ 23

  3.7 Prosedur pengujian performansi motor diesel ............................................. 26

  3.8 Prosedur pengujian emisi gas buang ........................................................... 31

  BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN

  4.1 Pengujian nilai kalor bahan bakar ............................................................... 33

  4.2 Pengujian performansi motor diesel............................................................ 35

  4.2.1 Daya .................................................................................................. 35

  4.2.2 Torsi .................................................................................................. 40

  4.2.3 Konsumsi bahan bakar spesifik .......................................................... 45

  4.2.4 Rasio perbandingan udara bahan bakar .............................................. 52

  4.2.6 Efisiensi thermal brake ....................................................................... 65

  4.3 Pengujian emisi gas buang .......................................................................... 75

  4.3.1 Kadar Karbon Monoksida (CO) dalam gas buang ............................. 75

  4.3.2 Kadar Nitrogen Oksida (NOx) dalam gas buang ............................... 80

  4.3.3 Kadar Unburned Hidro Carbon (UHC) dalam gas buang .................. 84

  4.3.4 Kadar Karbon Dioksida (CO

  2 ) dalam gas buang ................................ 88

  4.3.5 Kadar Sisa oksigen (O

  2 ) dalam gas buang ......................................... 93

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 98

  5.2 Saran .......... ................................................................................................. 98

  DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakteristik mutu solar ............................................................................ 11Tabel 2.2 Struktur Kimia Asam Lemak pada Biodiesel ........................................... 12Tabel 2.3 Perbandingan Biodiesel dan Solar (Petrodiesel) ....................................... 15Tabel 2.4 Karakteristik Mutu Biodiesel dari Minyak Kelapa Sawit ......................... 17Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Diesel TD4A 4-langkah ......................................... .... 27Tabel 3.2 Spesifikasi TD4A 001 Instrumentation Unit ............................................ 28Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter ........................... 34Tabel 4.2 Data hasil perhitungan daya ...................................................................... 36Tabel 4.3 Data hasil pembacaan langsung unit Instrumentasi .................................. 39Tabel 4.4 Data hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik .... ........................43Tabel 4.5 Data hasil perhitungan untuk AFR............................................................ 48Tabel 4.6 Data hasil perhitungan untuk efisiensi volumetris............................... .... .52Tabel 4.7 Data hasil perhitungan untuk efisiensi thermal brake........................... .... 68Tabel 4.8 Kadar CO dalam gas buang................................................................. .... .73Tabel 4.9 Kadar NOx dalam gas buang.............................................................. ...... 78Tabel 4.10 Kadar UHC dalam gas buang................................................................... 82Tabel 4.11 Kadar CO dalam gas buang................................................................ .... 86

  2 Tabel 4.12 Kadar sisa oksigen (O 2 ) dalam gas buang.................................... .... ........92

Gambar 2.1 Reaksi Transesterifikasi ................................................................. .... 16Gambar 3.1 Bom kalorimeter .................................................................................. 22Gambar 3.2 Diagram alir pengujian nilai kalor bahan bakar .................................. 25Gambar 3.3 Mesin uji (TD4 A 001) ................................................................... .... 26Gambar 3.4 TD4 A 001 4 –Stroke Diesel Engine .............................................. .... 26Gambar 3.5 TD4 A 001 Instrumentation Unit ................................................... .... 27Gambar 3.6 Diagram alir pengujian performansi motor bakar diesel ................ .... 30Gambar 3.7 Auto logic gas analizer ................................................................... .... 31Gambar 3.8 Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar diesel ......... .... 32Gambar 4.1 Grafik Daya vs putaran untuk beban 10 kg ......................................... 38Gambar 4.2 Grafik Daya vs putaran untuk beban 15 kg ......................................... 38Gambar 4.3 Grafik Daya vs putaran untuk beban 20 kg ......................................... 39Gambar 4.4 Grafik Daya vs putaran untuk beban 15 kg ......................................... 39Gambar 4.5 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 10 kg ......................................... 43Gambar 4.6 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 15 kg ......................................... 44Gambar 4.7 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 20 kg ......................................... 44Gambar 4.8 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 25 kg ......................................... 45Gambar 4.9 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 10 kg ............................................ 50Gambar 4.10 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 15 kg ............................................ 50Gambar 4.11 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 20 kg ............................................ 51Gambar 4.12 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 25 kg ............................................ 51Gambar 4.13 Kurva Viscous Flow Meter Calibration ............................................ 53Gambar 4.14 Grafik AFR vs putaran untuk beban 10 kg ......................................... 57Gambar 4.15 Grafik AFR vs putaran untuk beban 15 kg ......................................... 58Gambar 4.16 Grafik AFR vs putaran untuk beban 20 kg ......................................... 58Gambar 4.17 Grafik AFR vs putaran untuk beban 25 kg ......................................... 59Gambar 4.18 Grafik Efisiensi volumetris vs putaran untuk beban 10 kg ................ 63Gambar 4.19 Grafik Efisiensi volumetris vs putaran untuk beban 15 kg ................. 63Gambar 4.20 Grafik Efisiensi volumetris vs putaran untuk beban 20 kg ................ 64Gambar 4.21 Grafik Efisiensi volumetris vs putaran untuk beban 25 kg ................ 64Gambar 4.22 Grafik BTE vs putaran untuk beban 10 kg .......................................... 73Gambar 4.23 Grafik BTE vs putaran untuk beban 15 kg .......................................... 73Gambar 4.24 Grafik BTE vs putaran untuk beban 20 kg .......................................... 74Gambar 4.25 Grafik BTE vs putaran untuk beban 25 kg .......................................... 74Gambar 4.26 Grafik kadar CO vs putaran untuk beban 10 kg.............................. .... 74Gambar 4.27 Grafik kadar CO vs putaran untuk beban 15 kg............................... ... 78Gambar 4.28 Grafik kadar CO vs putaran untuk beban 20 kg............................... ... 78Gambar 4.29 Grafik kadar CO vs putaran untuk beban 25 kg............................... ... 79Gambar 4.30 Grafik kadar NO x vs putaran untuk beban 10 kg............................ .... 82Gambar 4.31 Grafik kadar NO vs putaran untuk beban 15 kg........................... ..... 82

  x

Gambar 4.32 Grafik kadar NO x vs putaran untuk beban 20 kg........................... ..... 83Gambar 4.33 Grafik kadar NO x vs putaran untuk beban 25 kg........................... ..... 83Gambar 4.34 Grafik kadar UHC vs putaran untuk beban 10 kg............................ ... 86Gambar 4.36 Grafik kadar UHC vs putaran untuk beban 20 kg........................... .... 87Gambar 4.37 Grafik kadar UHC vs putaran untuk beban 25 kg........................... .... 87Gambar 4.38 Grafik kadar CO vs putaran untuk beban 10 kg............................. .... 91

  2 Gambar 4.39 Grafik kadar CO 2 vs putaran untuk beban 15 kg.............................. ... 91

Gambar 4.40 Grafik kadar CO

  2 vs putaran untuk beban 20 kg.............................. ... 92

Gambar 4.41 Grafik kadar CO

  2 vs putaran untuk beban 25 kg.............................. ... 92

Gambar 4.42 Grafik kadar O

  2 vs putaran untuk beban 10 kg............................... .... 95

Gambar 4.43 Grafik kadar O vs putaran untuk beban 15 kg............................... .... 96

  2 Gambar 4.44 Grafik kadar O 2 vs putaran untuk beban 20kg............................... ..... 96

Gambar 4.45 Grafik kadar O

  2 vs putaran untuk beban 25 kg............................... .... 97

  DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan

  P B Daya keluaran Watt N Putaran mesin Rpm T Torsi

  N.m Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kW.h _.

  Laju aliran bahan bakar kg/jam

  m _f V f Volume bahan bakar yang diuji Ml t Waktu untuk menghabiskan bahan bakar Detik f _.

  Laju aliran massa udara kg/jam

  m _a

  3 Kerapatan udara kg/m

  ρ _a

  3 V Volume langkah torak m s

   C f Faktor koreksi

  AFR Air fuel ratio Efisiensi volumetrik

  η _v Efisiensi thermal brake

  η _b HHV Nilai kalor atas bahan bakar kJ/kg LHV Nilai kalor bawah bahan bakar kJ/kg

  CV Nilai kalor bahan bakar kJ/kg

  o

  C Panas jenis bom kalorimeter J/gr. C

  V M Persentase kandungan air dalam bahan bakar

  Q lc Kalor laten kondensasi uap air kJ/kg