Kajian Performansi Mesin Diesel Satu Silinder Menggunakan Supercharger Dengan Campuran Bahan Bakar Solar Murni Dan Minyak Jagung
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Ketersediaan minyak bumi yang semakin menipis mempengaruhi aktivitas
penduduk di dunia yang diakibatkan oleh sumber daya alam ini tidak dapat
diperbaharui dan juga diakibatkan jumlah kebutuhan bahan bakar yang semakin
meningkat. Aktivitas manusia membutuhkan jumlah energi yang digolongkan
terhadap 3 tipe penggunaanya, yakni: aktivitas perindustrian, aktivitas rumah
tangga, dan juga aktivitas transportasi. Pembagian ini memiliki tingkat pemakaian
yang berbeda-beda namun seiring berjalannya waktu mengalami peningkatan
yang semakin signifikan disetiap golongan. Sebagai bahan bakar yang efektif,
minyak bumi telah digunakan untuk memenuhi kebutuhannya dari konsumsi
energi. Tapi ketergantungan manusia sepenuhnya pada bahan bakar fosil dapat
menyebabkan defisit besar di masa depan(Atadashi, I.M,M.K.Aroua dan Abdul
Aziz, 2010). Pernyataan itu semakin dipertegas dengan jumlah cadangan minyak
bumi di Indonesia semakin menipis dan diperkirakan ketersediaannya sebanyak
86,9 milyar barel. Jumlah tersebut diperkirakan hanya dapat memenuhi kebutuhan
energi dalam negeri selama 23 tahun ke depan (Departemen Energi dan Sumber
Daya Mineral,2006).
Jumlah kebutuhan ini menjadi masalah serius yang harus segera di
tanggulangi oleh negara. Dari jumlah yang telah di perkirakan selama ini,
kebutuhan dalam pemakaian semakin lama semakin meningkat. Kebutuhan
minyak solar secara nasional dari tahun ke tahun terus meningkat berturut-turut
dari 15,84 milyar liter (tahun 1995), 21,39 milyar liter (tahun 2000), 27,05 milyar
liter (tahun 2005) dan diproyeksikan menjadi 34,71 milyar liter pada tahun 2010.
Impor solar meningkat dari 5 miliar liter pada tahun 1999 menjadi 8 miliar liter
pada tahun 2001, dan pada tahun 2007 menjadi 10,7 miliar liter (Energi dan
Sumber Daya Mineral, 2006).
Akibat dari ketergantungan terhadap minyak bumi sebagai bahan bakar,
dampaknya sangat dirasakan oleh Pemerintah Indonesia, apalagi setelah harga
Universitas Sumatera Utara
bahan bakar minyak mentah mencapai US $ 70 per barel pada tahun 2005 bahkan
mencapai US $ 140 per barel pada tahun 2008 (Soerawidjaja, 2006).
Oleh karena itu, untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar
fosil, sangat diperlukan langkah-langkah untuk mendapatkan sumber energi
alternatif sebagai strategi untuk mengatasi masalah tersebut. Dengan masalah
energi yang sangat mengkawatirkan ini, banyak riset yang dilakukan untuk
menemukan cara mengatasi krisis energi. Melalui riset yang dilakukan,
ditemukanlah sumber energi alternatif berupa bioenergi atau bahan bakar yang
bersumber dari minyak nabati yang sering disebut juga dengan biodiesel.
Beberapa biodiesel yang telah dibuat dan juga sedang diteliti berasal dari minyak
kelapa sawit, cangkang moluska, minyak jarak pagar, minyak biji wijen, minyak
biji bunga matahari, dan minyak dedak padi.
Bahan baku biodiesel yang berpotensi di Indonesia saat ini adalah minyak
kelapa sawit dimana produksi kelapa sawit sangat tinggi di Indonesia
(Destianna.dkk,2007). Indonesia telah menjadi produsen minyak sawit terbesar di
dunia, melebihi Malaysia. Pada tahun 2006, luas lahan sawit Indonesia mencapai
6,1 juta ha dengan total produksi CPO sekitar 16 juta ton. Pada tahun 2007 terjadi
peningkatan luas lahan menjadi 6,78 juta ha dengan produksi CPO mencapai
17,37 juta ton(Yatim.M.J, 2011). Kalsium oksida (CaO) telah terbukti
memberikan hasil yang lebih menonjol dalam produksi biodiesel dibandingkan
dengan katalis heterogen lain yang digunakan dalam reaksi transesterifikasi.
Cangkang moluska adalah contoh bahan alami yang mempunyai performa yang
tinggi. Cangkang kepah terdiri setidaknya 95% dari mineral seperti kalsium
karbonat(Taufiq-Yap, Y.H.,H.V. Lee dan P.L.Lau, 2012).
. Oleh sebab itu, dengan banyaknya penelitian biodiesel sedang dilakukan
berbagai pihak, kami memilih untuk ikut dalam penelitian biodiesel dan memilih
jagung sebagai salah satu energi terbarukan yang dapat dijadikan minyak nabati
serta mudah untuk dibudidayakan karena sesuai dengan potensi iklim di
Indonesia. Jagung merupakan komoditi yang penting bagi perekonomian
Indonesia, kebutuhan jagung di Indonesia mengalami peningkatan, yaitu lebih dari
10 juta ton pipilan kering per tahun. Selain dikonsumsi sebagai bahan makanan,
jagung juga merupakan bahan pokok bagi industri pakan ternak (Budiman, 2012).
Universitas Sumatera Utara
Untuk mendapatkan hasil performansi dari Biodiesel yang akan di pakai,
penambahan supercharger pada penelitian ini menjadi hal yang dilakukan untuk
mengetahui bagaimana atau seberapa besar performansi yang dihasilkan
dibandingkan dengan yang tidak menggunakan supercharger. Seperti yang kita
ketahui, penambahan supercharger sangat berpotensi menaikkan daya, selain itu
daya juga dapat diperbesar dengan memperbesar sudut katup untuk menaikkan
efisiensi volumetris(Wiranto, Arismunandar. 2002). Dengan demikian, konsumsi
bahan bakar dan krisis bahan bakar yang sedang terjadi dapat kita minimalkan
serta menjadi jawaban atas permasalahan yang kita hadapi selama ini.
1.2 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui performansi mesin diesel satu silinder menggunakan
supercharger dengan campuran bahan bakar solar Akra Sol dan minyak
jagung dengan variasi 2.5%, 5%, 7.5%, 10%, 12.5%, 15%, 17.5%, dan
20% dengan pembebanan 3.5 kg dan 4.5 kg serta variasi putaran yaitu:
1800, 2000, 2200, 2400, 2600, dan 2800 rpm.
Performansi mesin yang dihitung adalah:
a) Daya (Brake Power)
b) Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption)
c) Efisiensi Volumetris
d) Efisiensi Thermal Aktual (Thermal Brake Efficiency)
e) Heat Losses
2. Mengetahui pengaruh penambahan supercharger terhadap performansi
mesin.
1.3 Batasan Masalah
1. Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian yaitu campuran solar Akra
Sol dan minyak jagung dengan variasi campuran 2.5%, 5%, 7.5%, 10%,
12.5%, 15%, 17.5%, dan 20% untuk minyak jagung.
Universitas Sumatera Utara
2. Mesin uji yang digunakan untuk mendapatkan unjuk kerja mesin Diesel
adalah Small Engine Test Bed TD111-MKII pada laboratorium Motor
Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
3. Penambahan alat supercharger yang di hubungkan langsung ke mesin
diesel satu slinder.
4. Performansi mesin yang dihitung adalah :
a) Daya (Brake Power)
b) Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption)
c) Efisiensi Volumetris
d) Efisiensi Thermal Aktual (Thermal Brake Efficiency)
e) Heat Losses
1.4 Manfaat Pengujian
1. Sebagai pertimbangan terhadap pemerintah untuk menghemat devisa
Negara terhadap anggaran subsidi bahan bakar solar.
2. Untuk memberikan dukungan terhadap pemerintah dalam mengurangi
ketergantungan bahan bakar fosil khususnya solar.
3. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan dari masing-masing bahan
bakar yang diuji yaitu solar campuran solar Akra Sol dengan minyak
jagung dengan berbagai variasi tersebut.
4. Untuk melihat pengaruh penggunaan supercharger pada mesin diesel
terhadap performansi mesin.
1.5 Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah
sebagai berikut :
a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan
tulisan-tulisan yang terkait.
b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan
buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil
pengujian yang dilakukan di laboratorium motor bakar fakultas teknik.
Universitas Sumatera Utara
d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk
oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
1.6 Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah
sebagai berikut :
Bab I : Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang lingkup
pengujian.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai biodiesel,
pembakaran mesin Diesel, persamaan-persamaan yang digunakan.
Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan pengujian,
bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan prosedur pengujian.
Bab IV : Hasil dan Analisa Pengujian
Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian
melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan memaparkan
kedalam bentuk tabel dan grafik.
Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.
Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun
laporan.
Lampiran
Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari pengujian dalam
bentuk tabel dan gambar
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Ketersediaan minyak bumi yang semakin menipis mempengaruhi aktivitas
penduduk di dunia yang diakibatkan oleh sumber daya alam ini tidak dapat
diperbaharui dan juga diakibatkan jumlah kebutuhan bahan bakar yang semakin
meningkat. Aktivitas manusia membutuhkan jumlah energi yang digolongkan
terhadap 3 tipe penggunaanya, yakni: aktivitas perindustrian, aktivitas rumah
tangga, dan juga aktivitas transportasi. Pembagian ini memiliki tingkat pemakaian
yang berbeda-beda namun seiring berjalannya waktu mengalami peningkatan
yang semakin signifikan disetiap golongan. Sebagai bahan bakar yang efektif,
minyak bumi telah digunakan untuk memenuhi kebutuhannya dari konsumsi
energi. Tapi ketergantungan manusia sepenuhnya pada bahan bakar fosil dapat
menyebabkan defisit besar di masa depan(Atadashi, I.M,M.K.Aroua dan Abdul
Aziz, 2010). Pernyataan itu semakin dipertegas dengan jumlah cadangan minyak
bumi di Indonesia semakin menipis dan diperkirakan ketersediaannya sebanyak
86,9 milyar barel. Jumlah tersebut diperkirakan hanya dapat memenuhi kebutuhan
energi dalam negeri selama 23 tahun ke depan (Departemen Energi dan Sumber
Daya Mineral,2006).
Jumlah kebutuhan ini menjadi masalah serius yang harus segera di
tanggulangi oleh negara. Dari jumlah yang telah di perkirakan selama ini,
kebutuhan dalam pemakaian semakin lama semakin meningkat. Kebutuhan
minyak solar secara nasional dari tahun ke tahun terus meningkat berturut-turut
dari 15,84 milyar liter (tahun 1995), 21,39 milyar liter (tahun 2000), 27,05 milyar
liter (tahun 2005) dan diproyeksikan menjadi 34,71 milyar liter pada tahun 2010.
Impor solar meningkat dari 5 miliar liter pada tahun 1999 menjadi 8 miliar liter
pada tahun 2001, dan pada tahun 2007 menjadi 10,7 miliar liter (Energi dan
Sumber Daya Mineral, 2006).
Akibat dari ketergantungan terhadap minyak bumi sebagai bahan bakar,
dampaknya sangat dirasakan oleh Pemerintah Indonesia, apalagi setelah harga
Universitas Sumatera Utara
bahan bakar minyak mentah mencapai US $ 70 per barel pada tahun 2005 bahkan
mencapai US $ 140 per barel pada tahun 2008 (Soerawidjaja, 2006).
Oleh karena itu, untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar
fosil, sangat diperlukan langkah-langkah untuk mendapatkan sumber energi
alternatif sebagai strategi untuk mengatasi masalah tersebut. Dengan masalah
energi yang sangat mengkawatirkan ini, banyak riset yang dilakukan untuk
menemukan cara mengatasi krisis energi. Melalui riset yang dilakukan,
ditemukanlah sumber energi alternatif berupa bioenergi atau bahan bakar yang
bersumber dari minyak nabati yang sering disebut juga dengan biodiesel.
Beberapa biodiesel yang telah dibuat dan juga sedang diteliti berasal dari minyak
kelapa sawit, cangkang moluska, minyak jarak pagar, minyak biji wijen, minyak
biji bunga matahari, dan minyak dedak padi.
Bahan baku biodiesel yang berpotensi di Indonesia saat ini adalah minyak
kelapa sawit dimana produksi kelapa sawit sangat tinggi di Indonesia
(Destianna.dkk,2007). Indonesia telah menjadi produsen minyak sawit terbesar di
dunia, melebihi Malaysia. Pada tahun 2006, luas lahan sawit Indonesia mencapai
6,1 juta ha dengan total produksi CPO sekitar 16 juta ton. Pada tahun 2007 terjadi
peningkatan luas lahan menjadi 6,78 juta ha dengan produksi CPO mencapai
17,37 juta ton(Yatim.M.J, 2011). Kalsium oksida (CaO) telah terbukti
memberikan hasil yang lebih menonjol dalam produksi biodiesel dibandingkan
dengan katalis heterogen lain yang digunakan dalam reaksi transesterifikasi.
Cangkang moluska adalah contoh bahan alami yang mempunyai performa yang
tinggi. Cangkang kepah terdiri setidaknya 95% dari mineral seperti kalsium
karbonat(Taufiq-Yap, Y.H.,H.V. Lee dan P.L.Lau, 2012).
. Oleh sebab itu, dengan banyaknya penelitian biodiesel sedang dilakukan
berbagai pihak, kami memilih untuk ikut dalam penelitian biodiesel dan memilih
jagung sebagai salah satu energi terbarukan yang dapat dijadikan minyak nabati
serta mudah untuk dibudidayakan karena sesuai dengan potensi iklim di
Indonesia. Jagung merupakan komoditi yang penting bagi perekonomian
Indonesia, kebutuhan jagung di Indonesia mengalami peningkatan, yaitu lebih dari
10 juta ton pipilan kering per tahun. Selain dikonsumsi sebagai bahan makanan,
jagung juga merupakan bahan pokok bagi industri pakan ternak (Budiman, 2012).
Universitas Sumatera Utara
Untuk mendapatkan hasil performansi dari Biodiesel yang akan di pakai,
penambahan supercharger pada penelitian ini menjadi hal yang dilakukan untuk
mengetahui bagaimana atau seberapa besar performansi yang dihasilkan
dibandingkan dengan yang tidak menggunakan supercharger. Seperti yang kita
ketahui, penambahan supercharger sangat berpotensi menaikkan daya, selain itu
daya juga dapat diperbesar dengan memperbesar sudut katup untuk menaikkan
efisiensi volumetris(Wiranto, Arismunandar. 2002). Dengan demikian, konsumsi
bahan bakar dan krisis bahan bakar yang sedang terjadi dapat kita minimalkan
serta menjadi jawaban atas permasalahan yang kita hadapi selama ini.
1.2 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui performansi mesin diesel satu silinder menggunakan
supercharger dengan campuran bahan bakar solar Akra Sol dan minyak
jagung dengan variasi 2.5%, 5%, 7.5%, 10%, 12.5%, 15%, 17.5%, dan
20% dengan pembebanan 3.5 kg dan 4.5 kg serta variasi putaran yaitu:
1800, 2000, 2200, 2400, 2600, dan 2800 rpm.
Performansi mesin yang dihitung adalah:
a) Daya (Brake Power)
b) Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption)
c) Efisiensi Volumetris
d) Efisiensi Thermal Aktual (Thermal Brake Efficiency)
e) Heat Losses
2. Mengetahui pengaruh penambahan supercharger terhadap performansi
mesin.
1.3 Batasan Masalah
1. Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian yaitu campuran solar Akra
Sol dan minyak jagung dengan variasi campuran 2.5%, 5%, 7.5%, 10%,
12.5%, 15%, 17.5%, dan 20% untuk minyak jagung.
Universitas Sumatera Utara
2. Mesin uji yang digunakan untuk mendapatkan unjuk kerja mesin Diesel
adalah Small Engine Test Bed TD111-MKII pada laboratorium Motor
Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
3. Penambahan alat supercharger yang di hubungkan langsung ke mesin
diesel satu slinder.
4. Performansi mesin yang dihitung adalah :
a) Daya (Brake Power)
b) Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption)
c) Efisiensi Volumetris
d) Efisiensi Thermal Aktual (Thermal Brake Efficiency)
e) Heat Losses
1.4 Manfaat Pengujian
1. Sebagai pertimbangan terhadap pemerintah untuk menghemat devisa
Negara terhadap anggaran subsidi bahan bakar solar.
2. Untuk memberikan dukungan terhadap pemerintah dalam mengurangi
ketergantungan bahan bakar fosil khususnya solar.
3. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan dari masing-masing bahan
bakar yang diuji yaitu solar campuran solar Akra Sol dengan minyak
jagung dengan berbagai variasi tersebut.
4. Untuk melihat pengaruh penggunaan supercharger pada mesin diesel
terhadap performansi mesin.
1.5 Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah
sebagai berikut :
a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan
tulisan-tulisan yang terkait.
b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan
buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil
pengujian yang dilakukan di laboratorium motor bakar fakultas teknik.
Universitas Sumatera Utara
d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk
oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
1.6 Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah
sebagai berikut :
Bab I : Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang lingkup
pengujian.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai biodiesel,
pembakaran mesin Diesel, persamaan-persamaan yang digunakan.
Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan pengujian,
bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan prosedur pengujian.
Bab IV : Hasil dan Analisa Pengujian
Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian
melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan memaparkan
kedalam bentuk tabel dan grafik.
Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.
Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun
laporan.
Lampiran
Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari pengujian dalam
bentuk tabel dan gambar
Universitas Sumatera Utara