Pengaruh Variasi Perbandingan Bahan Bakar Solar-Biodiesel (Minyak Jelantah) Terhadap Unjuk Kerja Pada Motor Diesel
PENGARUH VARIASI PERBANDINGAN BAHAN BAKAR
SOLAR-BIODIESEL (MINYAK JELANTAH) TERHADAP
UNJUK KERJA PADA MOTOR DIESEL
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memproleh Gelar Sarjana Teknik
IKHSAN SUKRI
NIM: 100421055
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
i
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh persentase campuran
biodiesel pada solar terhadap unjuk kerja mesin diesel dengan menggunakan
metode variable speed (1200, 1500, 1800, 2100, dan 2400) rpm dan variable load
(0,5, 1, dan 1,5) kg. Dalam penelitian ini menggunakan mesin diesel TD110TD115 Test Bed and Instrument for Small Engines. Parameter yang diukur dalam
penelitian ini adalah Torsi, Daya, Rasio Perbandingan Udara-Bahan Bakar
(AFR), Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc), Efisiensi Volumetris, dan Efisiensi
Thermal Brake. Bahan bakar yang digunakan adalah solar murni, dan campuran
biodiesel 5% (B5), 10% (B10), 15% (B15) dan 20% (B20).
Dari penelitian ini unjuk kerja mesin diesel tertinggi diperoleh pada
penggunaan bahan bakar solar masing-masing pada putaran 2400 rpm dimana
Torsi maksimal sebesar 5,5 (Nm; Daya terbesar 1,382 (kW); Konsumsi Bahan
Bakar Spesifik paling ekonomis sebesar 211,349 (g/kWh); Perbandingan UdaraBahan Bakar (AFR ) terbesar 53,565; Efisiensi Volumetris terbesar 0,808
(80,8%); Efisiensi Thermal Brake terbesar 0,422 (42,2%).
Kata kunci: unjuk kerja, mesin diesel, biodiesel.
Universitas Sumatera Utara
ii
ABSTRACT
This study aimed to determine the effect of the percentage of biodiesel in
diesel fuel mixture on diesel engine performance by using variable speed (1200,
1500, 1800, 2100, and 2400) rpm and a variable load (0.5, 1, and 1.5) kg . In this
study using a diesel engine TD110-TD115 Test Bed and Instrument for Small
Engines. The parameters measured in this study is Torque, Power, Air Fuel Ratio
(AFR), Specific Fuel Consumption (sfc), Volumetric Efficiency, and Brake
Thermal Efficiency. Fuel used is pure diesel and biodiesel blend 5% (B5), 10%
(B10), 15% (B15) and 20% (B20).
From this study the highest performance diesel engines obtained on the
use of diesel fuel each at rotation 2400 rpm where maximum torque of 5.5 (Nm);
Power 1,382 (kW); Specific Fuel Consumption for the most economical 211.349
(g/kWh ); Air Fuel Ratio (AFR) 53.565; Volumetric Efficiency of 0.808 (80.8%);
Brake Thermal Efficiency 0.422 (42.2%).
Keywords: performance, diesel engine, biodiesel.
Universitas Sumatera Utara
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur dan terima kasih penulis panjatkan kehadirat Allah SWT,
Tuhan yang Maha Kuasa. Shalawat dan salam selalu tercurah kepada Nabi
Muhammad SAW yang telah membawa kita dari zaman jahiliyah ke zaman ilmiah
sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
Tugas Sarjana/Skripsi ini adalah salah satu syarat menyelesaikan
pendidikan untuk mencapai gelar Sarjana Teknik (ST) di Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas
Sarjana/Skripsi yang diambil dari mata kuliah Motor Bakar ini, yaitu
“PENGARUH VARIASI PERBANDINGAN BAHAN BAKAR SOLARBIODIESEL (MINYAK JELANTAH) TERHADAP UNJUK KERJA PADA
MOTOR DIESEL”.
Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis telah banyak mendapat dukungnan
dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan
penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1.
Bapak Ir. Abdul Halim Nst, MSc. Selaku dosen pembimbing penulis yang
telah
banyak
meluangkan
waktunya
membimbing
penulis
dalam
menyelesaikan tugas sarjana ini.
2.
Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, dan Bapak Ir. M. Syahril Gultom,
MT. selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3.
Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc. selaku dosen Koordinator Program
Pendidikan Sarjana Ekstensi Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Dosen Pembanding I dan Bapak
Tulus Burhanuddin Sitorus, ST. MT. selaku Dosen Pembanding II yang
telah membimbing penulis dalam menyempurnakan tugas sarjana ini.
5.
Bapak/Ibu staff pengajar dan pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Universitas Sumatera Utara
iv
6.
Staff Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah banyak membantu dan
membimbing penulis selama penelitian ini berlangsung.
7.
Keluarga penulis, rasa hormat penghargaan dan terima kasih yang terbesar
kepada kedua orangtua penulis, Ayahanda H. Muhammad Sidi dan Ibunda
Mufliha, yang senantiasa memberikan motivasi dan arahan bagi penulis.
Serta adik-adik penulis Muhammad Lukman dan Ahmad Baihaqi.
8.
Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin Program Pendidikan
Ekstensi, terkhusus stambuk 2010 yang tidak dapat disebutkan namanya satu
persatu, Solidarity Forever.
Semoga Allah SWT, Tuhan Yang Maha Kuasa membalas seluruh
kebaikan yang telah diberikan kepada penulis.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas
Sarjana ini, baik karena keterbatasan ilmu dan juga pengalaman. Karena itu,
penulis mengharapkan saran yang bersifat membangun, untuk kesempurnaan
Tugas Sarjana ini. Semoga Tugas Sarjana ini dapat memberikan manfaat bagi para
pembaca.
Medan, 04 Januari 2013
Penulis,
IKHSAN SUKRI
NIM: 100421055
Universitas Sumatera Utara
v
DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ............................................................................................. iii
DAFTAR ISI ........................................................................................................... v
DAFTAR TABEL ................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... viii
DAFTAR NOTASI .................................................................................................. x
BAB I PENDAHULUAN ......................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1
1.2 Tujuan ........................................................................................................ 3
1.3 Manfaat Pengujian ..................................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah ........................................................................................ 3
1.5 Sistematika Penulisan ................................................................................ 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 5
2.1 Motor Diesel ............................................................................................. 5
2.1.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel .............................................................. 5
2.1.2 Perbedaan Utama Mesin Diesel dan Mesin Bensin ......................... 6
2.2 Bahan Bakar dan Pembakaran .................................................................. 10
2.2.1 Bahan Bakar Diesel .......................................................................... 10
2.2.2 Pembakaran Bahan Bakar Diesel ..................................................... 15
2.3 Biodiesel (Fatty Acid Methyl Ester) .......................................................... 16
2.3.1 Karakteristik Biodiesel .................................................................... 18
2.3.2 Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas (Jelantah) .............................. 19
2.3.3 Proses Produksi Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas ................... 20
2.4 Beberapa Definisi Prestasi Mesin .............................................................. 23
2.4.1 Torsi dan daya .................................................................................. 23
2.4.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ........................................... 24
2.4.3 Perbandingan Udara Terhadap Bahan Bakar.................................... 25
2.4.4 Efisiensi Volumetris ......................................................................... 25
Universitas Sumatera Utara
vi
2.4.5 Efisiensi Termal Brake ..................................................................... 26
2.4.6 Nilai Kalor Bahan Bakar .................................................................. 27
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................. 29
3.1 Objek Penelitian ......................................................................................... 29
3.2 Parameter Penelitian ................................................................................... 29
3.3 Waktu dan Tempat...................................................................................... 29
3.4 Sampel Pengujian ....................................................................................... 29
3.5 Metode Pengumpulan data ......................................................................... 30
3.6 Metode Pengolahan Data ............................................................................ 30
3.7 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ............................................ 30
3.8 Prosedur Pengujian Performansi Motor Diesel .......................................... 34
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN.................................................... 39
4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar .......................................................... 39
4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel .............................................. 45
4.2.1 Torsi .................................................................................................. 49
4.2.2 Daya .................................................................................................. 51
4.2.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ........................................... 54
4.2.4 Rasio Perbandingan Udara – Bahan Bakar ...................................... 59
4.2.5 Efisiensi Volumetris ......................................................................... 64
4.2.6 Efisiensi Thermal Brake ................................................................... 67
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 76
5.1 Kesimpulan ................................................................................................. 76
5.2 Saran ........................................................................................................... 78
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 79
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbedaan utama motor diesel dan motor bensin ............................................... 6
Tabel 2.2 Data karakteristik mutu solar .............................................................................. 15
Tabel 2.3 Beberapa tanaman penghasil minyak di Indonesia ............................................ 17
Tabel 2.4 Struktur kimia asam lemak pada biodiesel ........................................................ 17
Tabel 2.5 Sifat-sifat fisik biodiesel metil ester dan solar .................................................... 20
Tabel 2.6 Standar mutu biodiesel indonesia ...................................................................... 22
Tabel 3.1 Data Spesifikasi mesin diesel uji TD110-TD115 Test Bed and
instrument for small engines .............................................................................. 34
Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan Bom Kalorimeter untuk bahan
bakar solar dan biodiesel minyak jelantah murni (B100) .................................. 40
Tabel 4.2 Data hasil pengujian dan
perhitungan
Bom Kalorimeter untuk
campuran variasi perbandingan bahan bakar solar dan biodiesel ......... 41
Tabel 4.3 Nilai kalor bawah bahan bakar (Low Heating Value/LHV) untuk bahan
bakar solar dan biodiesel minyak jelantah murni (B100) .................................. 43
Tabel 4.4 Nilai kalor bawah bahan bakar (Low Heating Value/LHV) untuk
campuran variasi perbandingan bahan bakar solar dan biodiesel
minyak jelantah ................................................................................................... 44
Tabel 4.5 Bahan bakar solar ............................................................................................... 45
Tabel 4.6 Bahan bakar solar 95% + biodiesel minyak jelantah 5% (B5) .......................... 46
Tabel 4.7 Bahan bakar solar 90% + biodiesel minyak jelantah 10% (B10) ...................... 47
Tabel 4.8 Bahan bakar solar 85% + biodiesel minyak jelantah 15% (B15) ...................... 47
Tabel 4.9 Bahan bakar solar 80% + biodiesel minyak jelantah 20% (B20) ...................... 48
Tabel 4.10 Daya tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban dan putaran ...................... 52
Tabel 4.11 sfc tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban dan putaran .......................... 56
Tabel 4.12 AFR tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban dan putaran ....................... 62
Tabel 4.13 Efisiensi volumetris (ηv) tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban
dan putaran ....................................................................................................... 66
Tabel 4.14 Jumlah air yang terbentuk dari pembakaran tiap 1 kg biodiesel (B100) ......... 69
Tabel 4.15 Efisiensi termal brake (ηb) tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban
dan putaran ....................................................................................................... 72
Universitas Sumatera Utara
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Silinder ........................................................................................................... 7
Gambar 2.2 Langkah Hisap ................................................................................................ 8
Gambar 2.3 Langkah Kompresi ......................................................................................... 8
Gambar 2.4 Langkah Kerja/Pembakaran ........................................................................... 9
Gambar 2.5 Langkah Buang .............................................................................................. 9
Gambar 2.6 Diagram P-V Udara Tekanan Konstan ........................................................... 10
Gambar 2.7 Reaksi Transesterifikasi ................................................................................. 21
Gambar 2.8 Bagan alir proses pembuatan biodiesel .......................................................... 22
Gambar 3.1 Jenis Bahan Bakar Pengujian ......................................................................... 30
Gambar 3.2 Bom Kalorimeter ............................................................................................ 31
Gambar 3.3 Diagram Alir Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ......................................... 33
Gambar 3.3 Mesin Uji TD 110 – TD 115 Test Bed and Instrument for Small
Engines 4 Stroke – 1 Cylinder ......................................................................... 34
Gambar 3.5 Diagram Alir Pengujian Performansi Motor Diesel ....................................... 38
Gambar 4.1 Grafik HHV vs Bahan Bakar Solar dan B100 ............................................... 41
Gambar 4.2 Grafik HHV vs Bahan Bakar B5, B10, B15, dan B20 ................................... 42
Gambar 4.3 Grafik LHV vs Bahan Bakar Solar dan B100 ................................................ 43
Gambar 4.4 Grafik LHV vs Bahan Bakar B5, B10, B15, dan B20 ................................... 44
Gambar 4.5 Grafik Torsi vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg ............................. 49
Gambar 4.6 Grafik Torsi vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg ................................ 50
Gambar 4.7 Grafik Torsi vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg ............................. 50
Gambar 4.8 Grafik Daya vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg ............................. 53
Gambar 4.9 Grafik Daya vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg ................................ 53
Gambar 4.10 Grafik Daya vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg ........................... 54
Gambar 4.11 Grafik sfc vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg ............................... 57
Gambar 4.12 Grafik sfc vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg .................................. 58
Gambar 4.13 Grafik sfc vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg ............................... 58
Gambar 4.14 Kurva “Viscous Flow Meter Calibration” ................................................... 59
Gambar 4.15 Kurva Pembacaan Manometer mmH2O ....................................................... 60
Gambar 4.16 Grafik AFR vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg ........................... 63
Universitas Sumatera Utara
ix
Gambar 4.17 Grafik AFR vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg .............................. 63
Gambar 4.18 Grafik AFR vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg ........................... 64
Gambar 4.19 Grafik efisiensi volumetris (ηv) vs Putaran Mesin (rpm) ............................. 67
Gambar 4.20 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk Beban 0,5 kg ...................................... 73
Gambar 4.21 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk Beban 1 kg ......................................... 74
Gambar 4.22 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk Beban 1,5 kg ...................................... 74
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR NOTASI
Lambang
Keterangan
Satuan
PB
Daya keluaran
Watt
n
Putaran mesin
rpm
T
Torsi
N.m
sfc
Konsumsi bahan bakar spesifik
g/kWh
mf
Laju aliran bahan bakar
kg/jam
sgf
Spesifik gravity
9,81 m/s2
Vf
Volume bahan bakar yang diuji
ml
tf
Waktu untuk menghabiskan bahan bakar
detik
AFR
Air Fuel Ratio
ma
Laju aliran massa udara
Cf
Faktor koreksi
Ta
Temperatur udara
ηv
Efisiensi volumetris
ρa
Kerapatan udara
kg/m3
Vs
Volume langkah Torak
cc
R
Konstanta gas
J/kg.K
ηb
Efisiensi thermal brake
Cv
Panas jenis bom kalorimeter
kJ/kg.oC
CV
Nilai kalor bahan bakar
kJ/kg
HHV
Nilai kalor atas bahan bakar
kJ/kg
LHV
Nilai kalor bawah bahan bakar
kJ/kg
M
Persentase kandungan air dalam bahan bakar
Qlc
Kalor laten kondensasi uap air
kg/jam
K
kJ/kg
Universitas Sumatera Utara
SOLAR-BIODIESEL (MINYAK JELANTAH) TERHADAP
UNJUK KERJA PADA MOTOR DIESEL
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memproleh Gelar Sarjana Teknik
IKHSAN SUKRI
NIM: 100421055
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
i
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh persentase campuran
biodiesel pada solar terhadap unjuk kerja mesin diesel dengan menggunakan
metode variable speed (1200, 1500, 1800, 2100, dan 2400) rpm dan variable load
(0,5, 1, dan 1,5) kg. Dalam penelitian ini menggunakan mesin diesel TD110TD115 Test Bed and Instrument for Small Engines. Parameter yang diukur dalam
penelitian ini adalah Torsi, Daya, Rasio Perbandingan Udara-Bahan Bakar
(AFR), Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc), Efisiensi Volumetris, dan Efisiensi
Thermal Brake. Bahan bakar yang digunakan adalah solar murni, dan campuran
biodiesel 5% (B5), 10% (B10), 15% (B15) dan 20% (B20).
Dari penelitian ini unjuk kerja mesin diesel tertinggi diperoleh pada
penggunaan bahan bakar solar masing-masing pada putaran 2400 rpm dimana
Torsi maksimal sebesar 5,5 (Nm; Daya terbesar 1,382 (kW); Konsumsi Bahan
Bakar Spesifik paling ekonomis sebesar 211,349 (g/kWh); Perbandingan UdaraBahan Bakar (AFR ) terbesar 53,565; Efisiensi Volumetris terbesar 0,808
(80,8%); Efisiensi Thermal Brake terbesar 0,422 (42,2%).
Kata kunci: unjuk kerja, mesin diesel, biodiesel.
Universitas Sumatera Utara
ii
ABSTRACT
This study aimed to determine the effect of the percentage of biodiesel in
diesel fuel mixture on diesel engine performance by using variable speed (1200,
1500, 1800, 2100, and 2400) rpm and a variable load (0.5, 1, and 1.5) kg . In this
study using a diesel engine TD110-TD115 Test Bed and Instrument for Small
Engines. The parameters measured in this study is Torque, Power, Air Fuel Ratio
(AFR), Specific Fuel Consumption (sfc), Volumetric Efficiency, and Brake
Thermal Efficiency. Fuel used is pure diesel and biodiesel blend 5% (B5), 10%
(B10), 15% (B15) and 20% (B20).
From this study the highest performance diesel engines obtained on the
use of diesel fuel each at rotation 2400 rpm where maximum torque of 5.5 (Nm);
Power 1,382 (kW); Specific Fuel Consumption for the most economical 211.349
(g/kWh ); Air Fuel Ratio (AFR) 53.565; Volumetric Efficiency of 0.808 (80.8%);
Brake Thermal Efficiency 0.422 (42.2%).
Keywords: performance, diesel engine, biodiesel.
Universitas Sumatera Utara
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur dan terima kasih penulis panjatkan kehadirat Allah SWT,
Tuhan yang Maha Kuasa. Shalawat dan salam selalu tercurah kepada Nabi
Muhammad SAW yang telah membawa kita dari zaman jahiliyah ke zaman ilmiah
sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
Tugas Sarjana/Skripsi ini adalah salah satu syarat menyelesaikan
pendidikan untuk mencapai gelar Sarjana Teknik (ST) di Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas
Sarjana/Skripsi yang diambil dari mata kuliah Motor Bakar ini, yaitu
“PENGARUH VARIASI PERBANDINGAN BAHAN BAKAR SOLARBIODIESEL (MINYAK JELANTAH) TERHADAP UNJUK KERJA PADA
MOTOR DIESEL”.
Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis telah banyak mendapat dukungnan
dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan
penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1.
Bapak Ir. Abdul Halim Nst, MSc. Selaku dosen pembimbing penulis yang
telah
banyak
meluangkan
waktunya
membimbing
penulis
dalam
menyelesaikan tugas sarjana ini.
2.
Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, dan Bapak Ir. M. Syahril Gultom,
MT. selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3.
Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc. selaku dosen Koordinator Program
Pendidikan Sarjana Ekstensi Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Dosen Pembanding I dan Bapak
Tulus Burhanuddin Sitorus, ST. MT. selaku Dosen Pembanding II yang
telah membimbing penulis dalam menyempurnakan tugas sarjana ini.
5.
Bapak/Ibu staff pengajar dan pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Universitas Sumatera Utara
iv
6.
Staff Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah banyak membantu dan
membimbing penulis selama penelitian ini berlangsung.
7.
Keluarga penulis, rasa hormat penghargaan dan terima kasih yang terbesar
kepada kedua orangtua penulis, Ayahanda H. Muhammad Sidi dan Ibunda
Mufliha, yang senantiasa memberikan motivasi dan arahan bagi penulis.
Serta adik-adik penulis Muhammad Lukman dan Ahmad Baihaqi.
8.
Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin Program Pendidikan
Ekstensi, terkhusus stambuk 2010 yang tidak dapat disebutkan namanya satu
persatu, Solidarity Forever.
Semoga Allah SWT, Tuhan Yang Maha Kuasa membalas seluruh
kebaikan yang telah diberikan kepada penulis.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas
Sarjana ini, baik karena keterbatasan ilmu dan juga pengalaman. Karena itu,
penulis mengharapkan saran yang bersifat membangun, untuk kesempurnaan
Tugas Sarjana ini. Semoga Tugas Sarjana ini dapat memberikan manfaat bagi para
pembaca.
Medan, 04 Januari 2013
Penulis,
IKHSAN SUKRI
NIM: 100421055
Universitas Sumatera Utara
v
DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ............................................................................................. iii
DAFTAR ISI ........................................................................................................... v
DAFTAR TABEL ................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... viii
DAFTAR NOTASI .................................................................................................. x
BAB I PENDAHULUAN ......................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1
1.2 Tujuan ........................................................................................................ 3
1.3 Manfaat Pengujian ..................................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah ........................................................................................ 3
1.5 Sistematika Penulisan ................................................................................ 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 5
2.1 Motor Diesel ............................................................................................. 5
2.1.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel .............................................................. 5
2.1.2 Perbedaan Utama Mesin Diesel dan Mesin Bensin ......................... 6
2.2 Bahan Bakar dan Pembakaran .................................................................. 10
2.2.1 Bahan Bakar Diesel .......................................................................... 10
2.2.2 Pembakaran Bahan Bakar Diesel ..................................................... 15
2.3 Biodiesel (Fatty Acid Methyl Ester) .......................................................... 16
2.3.1 Karakteristik Biodiesel .................................................................... 18
2.3.2 Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas (Jelantah) .............................. 19
2.3.3 Proses Produksi Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas ................... 20
2.4 Beberapa Definisi Prestasi Mesin .............................................................. 23
2.4.1 Torsi dan daya .................................................................................. 23
2.4.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ........................................... 24
2.4.3 Perbandingan Udara Terhadap Bahan Bakar.................................... 25
2.4.4 Efisiensi Volumetris ......................................................................... 25
Universitas Sumatera Utara
vi
2.4.5 Efisiensi Termal Brake ..................................................................... 26
2.4.6 Nilai Kalor Bahan Bakar .................................................................. 27
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................. 29
3.1 Objek Penelitian ......................................................................................... 29
3.2 Parameter Penelitian ................................................................................... 29
3.3 Waktu dan Tempat...................................................................................... 29
3.4 Sampel Pengujian ....................................................................................... 29
3.5 Metode Pengumpulan data ......................................................................... 30
3.6 Metode Pengolahan Data ............................................................................ 30
3.7 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ............................................ 30
3.8 Prosedur Pengujian Performansi Motor Diesel .......................................... 34
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN.................................................... 39
4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar .......................................................... 39
4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel .............................................. 45
4.2.1 Torsi .................................................................................................. 49
4.2.2 Daya .................................................................................................. 51
4.2.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ........................................... 54
4.2.4 Rasio Perbandingan Udara – Bahan Bakar ...................................... 59
4.2.5 Efisiensi Volumetris ......................................................................... 64
4.2.6 Efisiensi Thermal Brake ................................................................... 67
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 76
5.1 Kesimpulan ................................................................................................. 76
5.2 Saran ........................................................................................................... 78
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 79
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbedaan utama motor diesel dan motor bensin ............................................... 6
Tabel 2.2 Data karakteristik mutu solar .............................................................................. 15
Tabel 2.3 Beberapa tanaman penghasil minyak di Indonesia ............................................ 17
Tabel 2.4 Struktur kimia asam lemak pada biodiesel ........................................................ 17
Tabel 2.5 Sifat-sifat fisik biodiesel metil ester dan solar .................................................... 20
Tabel 2.6 Standar mutu biodiesel indonesia ...................................................................... 22
Tabel 3.1 Data Spesifikasi mesin diesel uji TD110-TD115 Test Bed and
instrument for small engines .............................................................................. 34
Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan Bom Kalorimeter untuk bahan
bakar solar dan biodiesel minyak jelantah murni (B100) .................................. 40
Tabel 4.2 Data hasil pengujian dan
perhitungan
Bom Kalorimeter untuk
campuran variasi perbandingan bahan bakar solar dan biodiesel ......... 41
Tabel 4.3 Nilai kalor bawah bahan bakar (Low Heating Value/LHV) untuk bahan
bakar solar dan biodiesel minyak jelantah murni (B100) .................................. 43
Tabel 4.4 Nilai kalor bawah bahan bakar (Low Heating Value/LHV) untuk
campuran variasi perbandingan bahan bakar solar dan biodiesel
minyak jelantah ................................................................................................... 44
Tabel 4.5 Bahan bakar solar ............................................................................................... 45
Tabel 4.6 Bahan bakar solar 95% + biodiesel minyak jelantah 5% (B5) .......................... 46
Tabel 4.7 Bahan bakar solar 90% + biodiesel minyak jelantah 10% (B10) ...................... 47
Tabel 4.8 Bahan bakar solar 85% + biodiesel minyak jelantah 15% (B15) ...................... 47
Tabel 4.9 Bahan bakar solar 80% + biodiesel minyak jelantah 20% (B20) ...................... 48
Tabel 4.10 Daya tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban dan putaran ...................... 52
Tabel 4.11 sfc tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban dan putaran .......................... 56
Tabel 4.12 AFR tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban dan putaran ....................... 62
Tabel 4.13 Efisiensi volumetris (ηv) tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban
dan putaran ....................................................................................................... 66
Tabel 4.14 Jumlah air yang terbentuk dari pembakaran tiap 1 kg biodiesel (B100) ......... 69
Tabel 4.15 Efisiensi termal brake (ηb) tiap jenis bahan bakar dengan variasi beban
dan putaran ....................................................................................................... 72
Universitas Sumatera Utara
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Silinder ........................................................................................................... 7
Gambar 2.2 Langkah Hisap ................................................................................................ 8
Gambar 2.3 Langkah Kompresi ......................................................................................... 8
Gambar 2.4 Langkah Kerja/Pembakaran ........................................................................... 9
Gambar 2.5 Langkah Buang .............................................................................................. 9
Gambar 2.6 Diagram P-V Udara Tekanan Konstan ........................................................... 10
Gambar 2.7 Reaksi Transesterifikasi ................................................................................. 21
Gambar 2.8 Bagan alir proses pembuatan biodiesel .......................................................... 22
Gambar 3.1 Jenis Bahan Bakar Pengujian ......................................................................... 30
Gambar 3.2 Bom Kalorimeter ............................................................................................ 31
Gambar 3.3 Diagram Alir Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ......................................... 33
Gambar 3.3 Mesin Uji TD 110 – TD 115 Test Bed and Instrument for Small
Engines 4 Stroke – 1 Cylinder ......................................................................... 34
Gambar 3.5 Diagram Alir Pengujian Performansi Motor Diesel ....................................... 38
Gambar 4.1 Grafik HHV vs Bahan Bakar Solar dan B100 ............................................... 41
Gambar 4.2 Grafik HHV vs Bahan Bakar B5, B10, B15, dan B20 ................................... 42
Gambar 4.3 Grafik LHV vs Bahan Bakar Solar dan B100 ................................................ 43
Gambar 4.4 Grafik LHV vs Bahan Bakar B5, B10, B15, dan B20 ................................... 44
Gambar 4.5 Grafik Torsi vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg ............................. 49
Gambar 4.6 Grafik Torsi vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg ................................ 50
Gambar 4.7 Grafik Torsi vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg ............................. 50
Gambar 4.8 Grafik Daya vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg ............................. 53
Gambar 4.9 Grafik Daya vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg ................................ 53
Gambar 4.10 Grafik Daya vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg ........................... 54
Gambar 4.11 Grafik sfc vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg ............................... 57
Gambar 4.12 Grafik sfc vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg .................................. 58
Gambar 4.13 Grafik sfc vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg ............................... 58
Gambar 4.14 Kurva “Viscous Flow Meter Calibration” ................................................... 59
Gambar 4.15 Kurva Pembacaan Manometer mmH2O ....................................................... 60
Gambar 4.16 Grafik AFR vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 0,5 kg ........................... 63
Universitas Sumatera Utara
ix
Gambar 4.17 Grafik AFR vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1 kg .............................. 63
Gambar 4.18 Grafik AFR vs Putaran Mesin (rpm) untuk Beban 1,5 kg ........................... 64
Gambar 4.19 Grafik efisiensi volumetris (ηv) vs Putaran Mesin (rpm) ............................. 67
Gambar 4.20 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk Beban 0,5 kg ...................................... 73
Gambar 4.21 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk Beban 1 kg ......................................... 74
Gambar 4.22 Grafik BTE vs Putaran Mesin untuk Beban 1,5 kg ...................................... 74
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR NOTASI
Lambang
Keterangan
Satuan
PB
Daya keluaran
Watt
n
Putaran mesin
rpm
T
Torsi
N.m
sfc
Konsumsi bahan bakar spesifik
g/kWh
mf
Laju aliran bahan bakar
kg/jam
sgf
Spesifik gravity
9,81 m/s2
Vf
Volume bahan bakar yang diuji
ml
tf
Waktu untuk menghabiskan bahan bakar
detik
AFR
Air Fuel Ratio
ma
Laju aliran massa udara
Cf
Faktor koreksi
Ta
Temperatur udara
ηv
Efisiensi volumetris
ρa
Kerapatan udara
kg/m3
Vs
Volume langkah Torak
cc
R
Konstanta gas
J/kg.K
ηb
Efisiensi thermal brake
Cv
Panas jenis bom kalorimeter
kJ/kg.oC
CV
Nilai kalor bahan bakar
kJ/kg
HHV
Nilai kalor atas bahan bakar
kJ/kg
LHV
Nilai kalor bawah bahan bakar
kJ/kg
M
Persentase kandungan air dalam bahan bakar
Qlc
Kalor laten kondensasi uap air
kg/jam
K
kJ/kg
Universitas Sumatera Utara