This study aims to analyze the performance of four-stroke diesel engines using multifeedstock biodiesel fuel (palm oil, candlenut oil, and castor seed oil). The three raw materials will be combined and will be mixed with pertamina dex, so that it becomes B20, B35, and B100. Experiments were carried out with engine speed variations of 900, 950, 1000, 1050 rpm and loading variations of 1000 watts, 2000, watts, and 3000 watts. The results showed that the use of multifeed-stock biodiesel B20, B35, and B100 affected the performance of the engine produced. Power and torque values tend to increase when using B20, B35, and B100 fuel. However, the gsfc value produced is not determined by the greater the percentage of biodiesel. B100 fuel is the highest fuel in producing power and shock, while B35 is the lowest gsfc value fuel

Alfian, Moch

Haryono, Edi

Sa'diyah, Aminatus

English

Kumpulan Jurnal dan Prosiding Elektronik PPNS (Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya - Pusat Penelitian dan Pengabdian Masyarakat, P3M)

Proceeding 6 th Conference on Marine Engineering and its Application                    e-ISSN No. 2655 - 3333 Program Studi D4 Teknik Permesinan Kapal – Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya Analisis Unjuk Kerja Four-Stroke Diesel Engine Dengan Bahan Bakar Multi-Feedstock Biodiesel (Minyak Kelapa Sawit, Minyak Kemiri, Minyak Biji Jarak) Moch. Alfian1, Edi Haryono, S.T., M.T.2, Aminatus Sa’diyah, S.Si., M.T. 3   Program Studi D-IV Teknik Permesinan Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Indonesia1 Program Studi D-IV Teknik Permesinan Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Indonesia2 Program Studi D-IV Teknik Permesinan Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Indonesia3 Email: mailto:moch.alfian@student.ppns.ac.id 1*; mailto:ami.sadiyah@ppns.ac.id 2*;mailto:edi_haryono@ppns.ac.id 3*;   Abstract - This study aims to analyze the performance of four-stroke diesel engines using multi-feedstock biodiesel fuel (palm oil, candlenut oil, and castor seed oil). The three raw materials will be combined and will be mixed with pertamina dex, so that it becomes B20, B35, and B100. Experiments were carried out with engine speed variations of 900, 950, 1000, 1050 rpm and loading variations of 1000 watts, 2000, watts, and 3000 watts. The results showed that the use of multifeed-stock biodiesel B20, B35, and B100 affected the performance of the engine produced. Power and torque values tend to increase when using B20, B35, and B100 fuel. However, the gsfc value produced is not determined by the greater the percentage of biodiesel. B100 fuel is the highest fuel in producing power and shock, while B35 is the lowest gsfc value fuel.  Keywords: Performance, Four-Stroke Diesel Engine, Biodiesel.  Nomenclature  P = Daya (Watt) I = Arus Listriik (Ampere) V = Tegangan (Volt) √3 = Tegangan 3 Phasa  𝜌 = Massa Jenis Fluida (kg/m3) Cos 𝜑  = Faktor daya  𝑇 = Torsi (Nm) N = Kecepatan Putaran Motor (RPM)  V = Volume Bahan  Bakar (m2) 𝑡   = Wakktu  (s) FCR = Laju Bahan Bakar (g/h) GSFC = Konsumsi Spesifik Bahan  Bakar (g/kWh)  1. PENDAHULUAN  Salah satu sumber daya alam yang dihasilkan di Indonesia adalah minyak bumi. Namun, kondisi minyak bumi di negara ini mengalami fluktuasi yang menyebabkan kerugian, mengingat nilainya yang sangat berharga dan penting sebagai sumber bahan bakar kendaraan dan industri. Karena minyak bumi termasuk sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui, perlu adanya bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan dan dapat terurai kembali. Oleh karena itu, biodiesel menjadi solusi yang menjanjikan. Biodiesel merupakan salah satu bentuk pengubahan biomassa yang dapat mensubtitusi BBM yang dihasilkan melalui proses transesterifikasi [4]. Biodiesel, umumnya dibuat melalui suatu proses kimia yang disebut reaksi transesterifikasi atau esterifikasi, yaitu suatu reaksi senyawa ester dan alkohol dengan menggunakan suatu katalisator [1]. Di Indonesia, pengembangan biodiesel telah memiliki peran strategis dan memberikan dampak positif di berbagai aspek. Pada tahun 2020, Indonesia menjadi pionir dalam penggunaan biodiesel B30, dengan rencana untuk meningkatkan tingkat pencampuran lebih lanjut, hingga B35.  Berbagai jenis bahan mentah berpotensi digunakan dalam proses produksi biodiesel, termasuk biji kemiri, minyak kelapa sawit, dan minyak biji jarak. Biji kemiri memiliki potensi sebagai sumber bahan baku yang menjanjikan untuk pembuatan biodiesel. Hal ini disebabkan oleh kandungan minyak yang tinggi dalam biji kemiri, mencapai 57-69% dari total berat biji kemiri. Selain itu, minyak yang diekstraksi dari biji kemiri ini memiliki sifat yang membuatnya mudah terbakar [3]. Pada penelitian [6] Hasil uji dari proses pembakaran mengindikasikan bahwa bahan bakar yang berasal dari biji kemiri menunjukkan kinerja pembakaran yang lebih unggul jika dibandingkan dengan bahan bakar solar (HSD). Hal ini terlihat dari perbandingan nilai knocking antara biodiesel kemiri dan HSD, dimana biodiesel kemiri memiliki nilai knocking yang lebih rendah, yakni sebesar 5,69 bar, sedangkan bahan bakar HSD memiliki nilai knocking sebesar 6,19 bar.   Proceeding 6 th Conference on Marine Engineering and its Application                    e-ISSN No. 2655 - 3333 Program Studi D4 Teknik Permesinan Kapal – Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya Minyak kelapa sawit, juga dikenal sebagai CPO (Crude Palm Oil) adalah minyak mentah yang diperoleh dari buah kelapa sawit. Minyak ini memiliki warna merah keemasan dan dihasilkan melalui proses ekstraksi atau pengempaan daging buah kelapa sawit. Pada penelitian [2] menunjukkan pemanfaatan campuran CPO sampai secara langsung sebagai bahan bakar tanpa memerlukan pemanasan dengan unjuk kerja maksimal pada campuran CPO 30%. Pemanasan campuran CPO menurunkan densitas dan viskositas bahan bakar serta memperpendek ignition delay sehingga pembakaran yang terjadi lebih baik.  Sementara itu, jarak pagar juga menjadi pilihan unggulan karena dapat tumbuh di lahan yang kritis dan memiliki karakteristik minyak yang sesuai untuk biodiesel. Minyak jarak diperoleh dengan cara mengempa biji jarak dan diikuti dengan ekstraksi menggunakan normal-heksan atau pelaurut lain seperti normal heptan, di etil eter dan lain-lain. Bahkan kandungan minyak yang ada pada biji jarak berkisar antara 54-70% [5]. Penelitian ini akan menggabungkan ketiga bahan baku (minyak kelapa sawit, minyak kemiri, minyak biji jarak) untuk membuat multi-feedstock biodiesel. Penelitian ini akan dilakukan dengan variasi campuran biodiesel dan pertamina dex, yaitu B20 (20% biodiesel), B35 (35% biodiesel), dan B100 (100% biodiesel), untuk menguji pengaruhnya terhadap unjuk kerja mesin diesel four-stroke. Parameter kinerja mesin yang dikaji adalah daya, torsi, dan gsfc yang dihasilkan.   2. METODOLOGI PENELITIAN. Metode penelitian merupakan sistematika pelaksanaan pada suatu penelitian. Dalam melakukan penelitian ini sebagai berikut :  2.1 Studi  Literatur  Peneliti melakukan studi dengan berbagai literatur-literatur yang berkaitan dengan penelitian. Studi literatur bersumber dari website di internet, siaran pers Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral, jurnal.  2.2 Setting Up Engine Setting up engine dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja pada motor diesel sebagai permulaan untuk mengetahui kerja dari motor diesel yang akan digunakan sebagai pengujian. Motor diesel yang digunakan untuk pengujian adalah motor diesel 4 langkah.  2.3 Pra-Eksperimen Pra-eksperimen dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja dari motor diesel dengan menggunakan bahan bakar konvensional yaitu solar. Data yang didapatkan akan dijadikan sebagai data awal sekaligus data pembanding dengan data yang dihasilkan pada saat pengujian dengan B20, B35, dan B100.  2.4 Pencampuran  Biodiesel Pencampuran ini dilakukan untuk mendapatkan hasil multi-feedstock biodiesel dari minyak kelapa sawit, minyak kemiri dan minyak biji jarak dengan perbandingan 1:1:1 sebelum dicampur dengan pertamina  dex.  2.5 Pembuatan B20,  B35,  B100 Untuk pembuatan bahan bakar B20, B35, dan B100 adalah dengan cara mencampurkan multi-feedstock biodiesel dengan pertamina dex. Tabel 1 menunjukan prosentase komposisi campuran multi-feedstock biodiesel dengan Pertamina dex. Tabel 1 : Prosentase Komposisi Campuran Multi-feedstock Biodiesel dengan Pertamina Dex. Kode Multi-feedstock Biodiesel Pertamina Dex B20 20% 80% B35 35% 65% B100 100% 0  2.6 Analisa Karakteristik Multi-feedstock Biodiesel Setelah bahan bakar campuran B20, B35, dan B100 telah dibuat selanjutnya adalah analisa karakteristik multi-feedstock. Tujuannya adalah untuk melihat karakteristik flash point, viskositas, densitas, nilai kalor dan angka setana dari biodiesel yang sudah dibuat yaitu B20, B35 dan B100.  2.7 Pengujian dan Pengambilan Data Tahap ini akan dilakukan pengujian serta pengambilan data terhadap four-stroke diesel engine. Tabel 2 : Spesifikasi Mesin Diesel 4 Tak SPECIFICATION ENGINE DYNAMOMETER Type 4 Cycle, Dong Feng R180A Hopper Type A.C.SYNCHRONOUS GENERATOR STC-5 Daya Maksimum 8 HP / 2600 RPM Power 5Kw / 6.3 KVa Berat 78 Kg Voltage 380/660V Kapasitas Tanki Bahan Bakar 5,88 Liter Arus Listrik 5,5 A Kapasitas Mesin 402 cc Cos 𝜑 0,8 Diameter x Langkah Piston 80 x 80 Number of Phase 3 Perbandingan Kompresi Pembakaran 21:01 Frequence 50 Hz Dimensi (PxLxT) mm 380 x 590 x 550 Speed 1500 RPM Jumlah Silinder Mesin 1 Excit Volt. 82 V Sistem Pendingin Hopper Excit Current 3.6 A Proceeding 6 th Conference on Marine Engineering and its Application                    e-ISSN No. 2655 - 3333 Program Studi D4 Teknik Permesinan Kapal – Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya Sistem Penyalaan Engkol / Manual   Sistem Pembakaran Injeksi Langsung    Gambar 1. Dong Feng Four-Stroke Diesel Engine  2.8 Perhitungan Daya, Torsi, dan GSFC Perhitungan daya, torsi dan gsfc berbekal dari data yang telah diperoleh dari pengujian pencampuran bahan bakar pertamina dex dengan multi-feedstock biodiesel pada four-stroke diesel engine. Daya  Persamaan untuk mencari daya generator 3 phasa:  𝑃 = √3 × 𝑉 × 𝐼 × cos 𝜑   (1)  Torsi  Torsi adalah gaya rotasi atau momen gaya yang diterapkan pada suatu benda untuk menyebabkan putaran atau gerakan rotasi pada benda tersebut. Dalam konteks mesin atau peralatan mekanis, torsi mengacu pada kekuatan atau daya yang digunakan untuk memutar atau menggerakkan suatu komponen dalam perputarannya. Besaran torsi dapat dihitung apabila daya dan kecepatan motor diketahui, persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut   𝑇 =  𝑃 × 60 ×10002π x N     (2)  Konsumsi Bahan  Bakar Persamaan untuk mencari konsumsi bahan bakar yaitu  𝐹𝐶𝑅 =  𝑉 × 𝜌t    (3)  GSFC Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan parameter unjuk kerja generator yang berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah generator. Persamaan yang digunakan untuk mencari konsumsi bahan bakar spesifik menurut [7] yaitu:  𝐺𝑆𝐹𝐶 =  𝐹𝐶𝑅P     (4)  3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Data Karakteristik Biodiesel Data hasil pengujian karakteristik pertamina dex dan bahan bakar multi-feedstock biodiesel dengan variasi B20, B35, dan B100. Tabel 3 : Hasil Uji Karakteristik Biodiesel Bahan Bakar Titik Nyala (°C) Densitas (kg/m^3) Viskositas (cSt) Pertamina Dex 55 820-860 2,0-4,5 B20 62 830,8 2,2858 B35 67 841,56 2,4314 B100 132 877,44 3,2475 Bahan Bakar Angka Setana Nilai Kalor (cal/g) Pertamina Dex 55 (min) 10,401 B20 74,6 10,623 B35 74,7 10,370 B100 75,9 9,287  3.2 Pengujian Performa Mesin Diesel Four-Stroke 1. Daya Berikut contoh perhitungan uji performa bahan  bakar B20. Perhitungan daya generator 3 phasa di RPM 900 pada beban 1000 watt. 𝑃 = √3 × 𝑉 × 𝐼 × 𝑐𝑜𝑠 𝜑    = √3 × 135 × 27 × 0,8    = 374,12297 Watt    =  0,37412297 kW  Hasil uji yang terlihat Pada Gambar 2 menunjukkan bahwa pada saat mesin beroperasi pada kecepatan 1050 rpm dan beban lampu 3000 watt dengan menggunakan bahan bakar B100, didapatkan daya maksimum sebesar 1,522 kW. Sedangkan, daya minimum sebesar 0,37 kW terjadi saat mesin berputar pada 900 rpm dengan bahan bakar B20 dan beban lampu 1000 watt.   Gambar 2. Daya Mesin Untuk Beban Lampu 3000 Watt  Proceeding 6 th Conference on Marine Engineering and its Application                    e-ISSN No. 2655 - 3333 Program Studi D4 Teknik Permesinan Kapal – Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya 2. Torsi Berikut contoh perhitungan uji performa bahan  bakar B20. Perhitungan torsi di RPM 900 pada beban 1000 watt.  𝑇 =  𝑃 × 60 × 10002π × N 𝑇 =  0,37412297 × 60 × 10002 × 3,14 × 900  =  3,969568047 Nm Hasil uji yang terlihat Pada Gambar 3 menunjukkan bahwa pada saat mesin beroperasi pada kecepatan 1050 rpm dan beban lampu 3000 watt dengan menggunakan bahan bakar B100, didapatkan torsi maksimum sebesar 13,847 Nm. Sedangkan, torsi minimum sebesar 3,97 Nm terjadi saat mesin berputar pada 900 rpm dengan bahan bakar B20 dan beban lampu 1000 watt.   Gambar 3. Torsi Mesin Untuk Beban Lampu 3000 Watt  3. GSFC Berikut contoh perhitungan uji performa bahan  bakar B20. Perhitungan gsfc di RPM 900 pada beban 1000 watt. 𝐹𝐶𝑅 =  𝑣 × 𝜌t 𝐹𝐶𝑅 =  25 × 0,8308168,72     = 0,123107015 gr/s     = 443,1852532 gr/h 𝐺𝑆𝐹𝐶 =  𝐹𝐶𝑅P 𝐺𝑆𝐹𝐶 =  443,18525320,37412297   =  1184,597802 gr/kWh Hasil uji yang terlihat Pada Gambar 4 menunjukkan bahwa pada saat mesin beroperasi pada kecepatan 900 rpm dan beban lampu 1000 watt dengan menggunakan bahan bakar B100, didapatkan nilai gsfc tertinggi sebesar 1141,824 g/kWh Nm. Sedangkan, nilai gsfc terendah sebesar 465,84 g/kWh terjadi saat mesin berputar pada 1050 rpm dengan bahan bakar B35 dan beban lampu 2000 watt.  Gambar 4. Nilai GSFC  Mesin Untuk Beban Lampu 3000 Watt  4. KESIMPULAN Prosentase multi-feedstock biodiesel berpengaruh terhadap nilai daya, torsi dan gsfc yang dihasilkan. Semakin besar prosentase, semakin besar nilai daya dan torsi dan yang dihasilkan. B100 menjadi bahan bakar paling optimal dalam menghasilkan daya dan torsi yang dibutuhkan. Namun tidak untuk nilai gsfcnya karena semakin besar prosentase tidak menentukan bahwa semakin besar nilai gsfc yang dibutuhkan. B35 menjadi bahan bakar paling optimal pada nilai gsfc yang dibutuhkan.  5. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengakui bahwa penyelesaian jurnal ini tidak terlepas dari bimbingan, panduan dan dorongan dari berbagai pihak, penulis mengucapkan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Edi Haryono, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing I. 2. Ibu Aminatus Sa’diyah, S.Si., M.T. selaku dosen pembimbing II. 3. Kedua orang tua yang telah memberikan dukungan materi, motivasi, kasih sayang, do’a, dan nasehat hidup bagi penulis. 4. Kerabat dan sahabat seperjuangan Teknik Permesinan Kapal-PPNS  6. DAFTAR  PUSTAKA  [1] Devita, L. (2015). Biodiesel Sebagai Bioenergi Alternatif dan Prospeftif. Agrica Ekstensia, 9(2), 23–26.  Proceeding 6 th Conference on Marine Engineering and its Application                    e-ISSN No. 2655 - 3333 Program Studi D4 Teknik Permesinan Kapal – Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya [2] Hasoloan, R. R. (2008). Studi Pemanfaatan Minyak Kelapa Sawin (CPO) sebagai Bahan Bakar Mesin Diesel Genset.  [3] Herdyansah, A. (2021). Analisis Unjuk Kerja Motor Diesel 4 Langkah 1 Silinder Menggunakan Campuran Bahan Bakar Solar dan Biosolar Minyak Biji Kemiri (Alueritis moluccana). Tugas Akhir [4] Kolo, S. M. D., Siburian, R. A. F., & Lulan, T. Y. K. (2016). Produksi Biodiesel dari Minyak Biji Jarak Pagar (Jatropha curcas L.). Pendidikan Biologi, 1(1), 6–8.  [5] Moch. Setyadi, Mashudi, E. S. (2003). Studi Pembuatan Minyak Biodiesel dari Biji Jarak. 226–233. [6] Pujinaufal, V. I. (2018). Analisis Pengaruh Penggunaan Biodiesel Biji Kemiri (Aluerities moluccana) terhadap Proses Pembakaran dan Kadar Emisi NOx pada Mesin Diesel Satu Silinder.   [7] Semin, Iswantoro, A., & Faris, F. (2017). Performance and NOx Investigation on Diesel Engine using Cold EGR Spiral Tube: A Review. International Journal of Marine Engineering Innovation and Research, 1(3), 213–220.  

Analisis Unjuk Kerja Four-Stroke Diesel Engine Dengan Bahan Bakar  Multi-Feedstock Biodiesel (Minyak Kelapa Sawit, Minyak Kemiri,  Minyak Biji Jarak)

http://journal.ppns.ac.id/index.php/cmea/article/download/2436/1511

Analisis Unjuk Kerja Four-Stroke Diesel Engine Dengan Bahan Bakar Multi-Feedstock Biodiesel (Minyak Kelapa Sawit, Minyak Kemiri, Minyak Biji Jarak)

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Kumpulan Jurnal dan Prosiding Elektronik PPNS (Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya - Pusat Penelitian dan Pengabdian Masyarakat, P3M)