Jurnal motor bakar :

Analisis komparatif performa, emisi dan parameter pembakaran dari mesin diesel dengan bahan bakar ethyl ester pada minyak ikan dan campuran-campuran dieselnya.

Abstract :

Kehausan untuk bahan bakar terus meningkat sebagai teknologi terus membuka daerah baru eksplorasi. Pada saat yang sama, ekstraksi sembarangan bahan bakar fosil juga dapat mengakibatkan kepunahan deposito minyak bumi di masa mendatang. Seiring dengan ini, emisi polutan dari mesin diesel menyebabkan dampak besar pada sistem ekologi. Untuk mengatasi permasalahan di atas terkait dengan penggunaan bahan bakar yang berasal dari petroleum, sumber yang sesuai biodiesel harus digunakan untuk menggantikan bahan bakar diesel konvensional. Oleh karena itu, dalam pekerjaan ini, kelayakan penggunaan biodiesel dibuat dari minyak ikan diselidiki. Berbagai properti seperti viskositas, densitas, nilai kalor, titik nyala dan nilai cetane biodiesel dan biodiesel-diesel campuran dari proporsi yang berbeda diselidiki. Kemudian, tes eksperimen dilakukan untuk mengevaluasi karakteristik kinerja, emisi dan pembakaran dari silinder tunggal, kecepatan konstan, mesin diesel injeksi langsung menggunakan campuran biodiesel-diesel, di bawah kondisi beban variabel. Ditemukan bahwa ada pengurangan NOx, HC dan CO emisi bersama dengan peningkatan marjinal CO2 dan asap emisi dengan peningkatan proporsi biodiesel dalam bahan bakar. Efisiensi termal rem yang ditemukan lebih tinggi dibandingkan dengan diesel untuk seluruh beban. Analisis kenaikan tekanan silinder, pelepasan panas, dan lainnya parameter pembakaran seperti tekanan puncak, laju kenaikan tekanan, durasi pembakaran dan pengapian penundaan dilakukan. Pengapian delay, maksimum laju pelepasan panas dan pembakaran durasi yang lebih rendah untuk campuran biodiesel-diesel dibandingkan dengan diesel. Pada akhirnya, minyak ikan memang bisa menjadi sumber yang tepat untuk biodiesel, dengan manfaat lingkungan.

1. IntroductionEkonomi dunia terutama tergantung pada ekonomi energi. Saat ini bahan bakar

fosil, yaitu batubara, minyak bumi dan gas alam, mendominasi pasar energi dunia menempati masing-masing dari total konsumsi energi 26-27%. Secara khusus, produk minyak bumi mengambil bagian terbesar karena mereka terutama digunakan dalam sektor transportasi dan industrialisasi. Dengan pertumbuhan kedua sektor ini, konsumsi energi juga meningkat. Diperkirakan bahwa pada tahun 2030, pertumbuhan konsumsi energi per kapita akan berada pada tingkat 0,7% per tahun. Saat ini, bahan bakar fosil yaitu batubara, minyak bumi dan gas alam mendominasi skenario energi dengan pangsa 26-27% masing-masing seperti yang diperkirakan oleh outlook International Energy, 2030 [1]. Menurut Administrasi Informasi Energi AS (EIA), Statistik Energi Internasional database, rata-rata konsumsi energi global tumbuh sebesar 1,6% pa Konsumsi sembarangan ini bahan bakar fosil akan menyebabkan menipisnya cadangan minyak bumi. Tantangan lain terkait dengan peningkatan konsumsi energi adalah ancaman lingkungan yang disebabkan oleh emisi polutan bahan bakar minyak bumi. Hal ini menyebabkan pemanasan global dan es krisis karena jejak kaki karbon besar-besaran. Oleh karena itu, IEA disajikan 450 skenario energi yang bersikeras tingkat emisi di bawah 450 ppm yang bisa membatasi kenaikan suhu sampai 2 oC. Protokol Kyoto dan konferensi Kopenhagen (2009) yang bertujuan untuk stabilisasi konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer. Faktor-faktor yang tercantum di atas dipicu banyak inisiatif untuk mencari bahan bakar alternatif yang dapat menggantikan atau menambah bahan bakar fosil konvensional.

Biodiesel adalah bentuk bahan bakar diesel yang diproduksi dari sayuran minyak, lemak hewan, atau didaur ulang gemuk restoran. Biodiesel terbukti menjadi keuntungan untuk industri otomotif dengan memberikan terbarukan, tidak beracun, biodegradable dan bersih sumber energi [2]. Hal ini juga memecahkan masalah lingkungan dengan mengurangi efek rumah kaca. Biodiesel akan memainkan peran yang sangat penting dalam memenuhi kebutuhan energi dunia karena memberikan keamanan energi, mengurangi impor [3]. Bahan baku yang digunakan untuk memproduksi biodiesel memainkan peran penting dalam industri bahan bakar. Perbandingan antara biaya produksi yang rendah dan skala produksi yang besar harus seimbang. Biodiesel dapat diproduksi dengan menggunakan sumber daya terbarukan seperti minyak nabati (misalnya kedelai, kanola, bunga matahari, rapeseed, kacang dan minyak sawit), lemak hewan (lemak, lemak babi, lemak unggas, minyak ikan, dll) dan limbah minyak goreng [4]. Sementara mengingat biodiesel dari minyak nabati, budidaya tanaman untuk produksi biodiesel merupakan ancaman terhadap ketahanan pangan dan memberikan kontribusi untuk penurunan kesuburan tanah. Persentase minyak dan hasil per hektar dari minyak sayur yang sangat rendah. Biodiesel yang dihasilkan dari minyak nabati seperti minyak kelapa sawit, minyak bunga matahari, minyak kedelai, biji perkosaan dan minyak kacang juga tampaknya memiliki fraksi berat yang lebih besar dari asam lemak tak jenuh ganda daripada biodiesel minyak ikan. Biodiesel dengan asam lemak tak jenuh ganda dengan lebih dari tiga batas ganda rentan terhadap penurunan stabilitas oksidasi, sehingga menyebabkan pengendapan komponen biodiesel dalam sistem makan bahan bakar atau ruang bakar [5,6]. Di sisi lain, limbah minyak goreng dari restoran dan dapur rumah tangga tidak terus-menerus sumber bahan baku untuk bahan bakar biodiesel [7]. Dengan demikian, salah satu bahan bakar alternatif yang lebih baik adalah biodiesel yang diperoleh dari lemak hewan. Biodiesel dapat diperoleh dari lemak hewani lebih murah seperti termakan lemak sapi, lemak babi, lemak bebek, lemak ikan dan minyak kuning [8].

Kehadiran lemak hewani di bagian limbah ikan berfungsi menjadi sumber minyak mentah untuk biodiesel. Diperkirakan, setiap tahun, jumlah surplus bagian ikan dibuang oleh berbagai ikan produk industri manufaktur. Sebagai per departemen Hewan Peternakan, pekerjaan menghasilkan susu & Perikanan, Pemerintah. dari India, 20% dari total ikan yang dihasilkan dibuang sebagai limbah. Hal ini juga diharapkan oleh Central Institute of Technology Perikanan (Cift) bahwa lebih dari 0,1 juta ton udang yang diproduksi sebagai limbah ikan industri. Sejak jumlah besar bagian limbah dibuang, daur ulang lengkap bagian-bagian yang dibuang adalah kekhawatiran prioritas tinggi, tidak hanya karena jumlah besar yang dihasilkan, tetapi juga karena mereka menciptakan masalah ekonomi dan lingkungan [4]. Oleh karena itu produksi minyak ikan, memecahkan kedua masalah pengolahan limbah, sehingga menghemat lingkungan dan biodiesel produksi. Minyak ikan dapat berasal dari bagian limbah ikan seperti jeroan, mata, sirip, kepala, ekor, hati dan maw [9]. Selanjutnya, kulit ikan dan jaringan dibuang juga berkontribusi terhadap produksi minyak ikan [10]. Akibatnya, minyak ikan mentah yang diekstrak dari bagian-bagian yang dibuang dapat memberikan berlimpah, murah, dan stabil sumber minyak mentah.

Para peneliti berikut digunakan ikan biodiesel minyak dan dibahas kinerja dan emisi karakteristiknya. Vilela et al. [4] menguji kemungkinan menggunakan minyak ikan sebagai biodiesel dengan menganalisis tingkat keasaman. Pengaruh waktu reaksi esterifikasi dan suhu pada tingkat keasaman diamati, menjaga parameter lain konstan. Hasil biodiesel yang diperoleh dari minyak ikan dalam karya ini berkisar antara 68% sampai 90%. Godiganur et al. [11] meneliti kinerja dan emisi karakteristik mesin diesel dioperasikan dengan metil ester dari minyak ikan dan campuran dengan solar. Hasil tes menunjukkan tidak ada

penyimpangan besar dalam mesin diesel pembakaran serta performa mesin tetapi pengurangan emisi berbahaya utama seperti CO dan HC dengan pengecualian pada NOx. Untuk B20 campuran, lebih rendah BSFC, BSEC dan lebih tinggi BTE dibandingkan dengan diesel diperoleh. Lin dan Li [12] meneliti sifat bahan bakar ikan biodiesel minyak yang diperoleh dari saham sabun dari campuran ikan laut dan membandingkannya dengan minyak jelantah. Laut biodiesel minyak ikan tampaknya memiliki viskositas yang lebih besar kinematik, nilai kalor yang lebih tinggi, indeks setana lebih tinggi, residu karbon lebih banyak, nilai peroksida yang lebih rendah, titik nyala, dan suhu distilasi dibandingkan minyak jelantah. Jayasinghe dan Hawboldt [13] membahas kinerja mesin dan emisi minyak mentah dan dicampur ikan biofuel untuk berbagai jenis mesin. Disimpulkan bahwa minyak ikan mentah di mesin diesel stasioner yang ada dan pembakar (tungku dan boiler) menghasilkan hasil yang baik dengan pengurangan emisi.

Lin dan Li [7] mempelajari kinerja dan emisi karakteristik mesin diesel berbahan bakar biodiesel dengan minyak ikan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa biodiesel minyak ikan yang dihasilkan bahan bakar rem efisiensi yang lebih tinggi konversi, NOx, dan emisi asap dan emisi CO lebih rendah dibandingkan dengan biodiesel dari minyak jelantah. Behcet [14] mempelajari variasi kinerja dan emisi gas buang di mesin diesel saat dioperasikan dengan murni dan diesel biodiesel dicampur dihasilkan dari minyak ikan teri. Emisi CO2 seperti, CO, HC dan asap menurun sedangkan peningkatan konsumsi bahan bakar spesifik, temperatur gas buang dan emisi NOx telah diamati. Steigers [15] menggunakan minyak ikan sebagai bahan bakar dalam mesin diesel stasioner besar dan mengamati bahwa, selama periode uji 10-bulan, mesin yang dioperasikan secara normal tanpa dampak operasional atau perawatan jelas merugikan. Swaminathan dan Sarangan [16] ikan diuji biodiesel minyak

dengan dietil eter sebagai aditif dalam diesel direct injection mesin. Emisi CO dan CO2 seperti dikurangi untuk minyak ikan biodiesel kecuali NOx. Sebagian besar literatur terutama berkaitan dengan penelitian dalam kinerja dan emisi analisis metil ester dari minyak ikan sedangkan, di sini, upaya telah dilakukan untuk menggunakan etil ester dari minyak ikan sebagai biodiesel untuk mengevaluasi kinerja dan emisi karakteristik bersama dengan analisis pembakaran. Etanol memiliki karakteristik pembakaran lebih bersih dan nilai oktan tinggi yang dapat bertahan rasio kompresi yang lebih tinggi sebelum pembakaran [17,18].

Penerapan etanol dalam biofuel dapat mengurangi lingkungan polusi, mengurangi kebutuhan bahan bakar diesel dan dengan demikian memberikan kontribusi dalam melestarikan sumber energi komersial utama dibandingkan dengan metanol. Fatty etil ester asam (wajahku) memiliki jumlah yang lebih tinggi cetane, kandungan panas, dan stabilitas oksidasi dibandingkan dengan metil ester dan juga sifat aliran dingin FAEEs jauh lebih baik daripada lemak ester metil asam (FAME). Bahan bakar FAEEs memiliki keselamatan dan pengapian kinerja yang lebih baik. Karena FAEEs memiliki satu karbon lebih dibandingkan dengan James, nilai kalor dari wajahku juga sedikit lebih tinggi dari FAME [19-22]. Selain itu, penggunaan etanol dapat menghasilkan penghematan yang signifikan emisi karbon dioksida. Etanol dalam esterifikasi mengurangi potensi risiko di masa mendatang terkait dengan perubahan iklim dan memiliki manfaat tambahan pembangunan ekonomi [23-25].

Tujuan dari penelitian ini ada dua hal. (1) Untuk mempersiapkan etil ester dari minyak ikan (biodiesel) dari bagian ikan limbah melalui metode transesterifikasi dan untuk menentukan sifat penting dari campuran diesel-biodiesel. (2) Untuk meneliti kinerja, pembakaran dan emisi analisis operasi mesin diesel pada campuran diesel-biodiesel dan juga untuk membandingkan hasil ini dengan yang beroperasi di pangkalan diesel.

2. Bahan dan metode2.1. Produksi biodiesel dari minyak ikan olahan

Bagian-bagian limbah ikan sarden yang dimasak, diperas dan disentrifugasi untuk mengekstrak minyak ikan. Bagian-bagian limbah ikan pertama kali dimasak secara menyeluruh dalam air mendidih. Minyak diambil dari atas kapal mendidih dan ditempatkan dalam corong pemisah, dimana minyak dicuci dengan air suling pada 60 oC. Stok sabun ikan di kapal itu lagi diperas dan sebagai hasilnya minyak ikan mentah yang mengandung beberapa kotoran padat dipisahkan dari kue ampas ikan. Minyak mentah yang dihasilkan disentrifugasi dan ditempatkan dalam corong pemisah di mana ia dicuci. Akhirnya, minyak vakum disaring untuk menghilangkan kotoran yang tersisa [1].

Sebuah sampel dari 1.000 ml minyak ikan diambil dalam sebuah wadah dan dipanaskan sampai 75 oC menggunakan koil pemanas pada kecepatan pengadukan minimum. Sebuah jumlah yang tetap etanol dan kalium hidroksida (KOH) yang penuh semangat terguncang dalam labu berbentuk kerucut dan dituangkan ke dalam wadah. Wadah ditutup dengan udara tutup ketat. Campuran itu kemudian diaduk selama satu jam dan larutan dipindahkan ke corong pemisah dan dibiarkan mengendap semalam. Proses biodiesel berubah minyak menjadi ester, memisahkan gliserol. Gliserol tenggelam di bagian bawah dan bio-diesel melayang di atas dan pengaliran bisa berhenti. Tahap ester mentah dipisahkan dan fase gliserol di dalamnya dicuci oleh hangat de-terionisasi air beberapa kali sampai air dicuci menjadi jelas. Kelebihan air dalam fase ester telah dihapus oleh penguapan pada kondisi atmosfer. Diesel kemudian ditambahkan dalam rasio 80%, 60%, 40% dan 20% dengan ester untuk mengubahnya sebagai campuran biodiesel-diesel. Dalam esterifikasi methanol berbasis, pembentukan emulsi dengan cepat dan mudah rusak untuk membentuk gliserol lapisan kaya lebih rendah dan metil ester atas lapisan kaya. Dalam ethanolysis, emulsi ini lebih stabil dan sangat menyulitkan pemisahan dan pemurnian ester [26]. Oleh karena itu dalam etanol karya ini digunakan dalam transesterifikasi minyak ikan untuk menghasilkan biodiesel.

2.2. Sifat bahan bakarEtil ester minyak ikan tidak mengandung padatan tersuspensi dan memiliki bau yang

tidak diinginkan khas minyak ikan. Warna transparan dan kuning muda. Ada sejumlah sifat bahan bakar yang harus diselidiki sebelum menggunakan minyak ikan sebagai biodiesel, untuk memastikan operasi yang tepat dari mesin diesel. Oleh karena itu, diesel dan diesel-biodiesel campuran diperiksa di laboratorium menggunakan standar uji ASTM untuk menentukan sifat bahan bakar penting seperti kepadatan relatif, titik nyala, titik api, viskositas, indeks setana dan nilai kalor. Sifat yang dievaluasi dari campuran bahan bakar diesel dan solar-biodiesel telah diringkas dalam Tabel 1. Pada Tabel 2 sifat bahan bakar bahan bakar uji telah dibandingkan dengan beberapa peneliti.

Profil asam lemak dari minyak ikan diselidiki. utama asam lemak pada ikan biodiesel minyak yang palmitat (C16: 0; 20.30%), oleat (C18: 1; 19.79%) dan asam docosahexaenoic (DHA, C22: 6; 15.95%). Proporsi tinggi asam lemak jenuh telah meningkatkan jumlah cetane biodiesel. Cetane number yang lebih tinggi dari biodiesel memiliki banyak keuntungan, seperti lebih pendek delay pengapian, emisi NOx lebih rendah dan lebih rendah terjadinya mengetuk fenomena dalam proses pembakaran [2,9,11]. Profil asam lemak ikan biodiesel minyak ditabulasikan pada Tabel 3. Indeks setana dari biodiesel minyak ikan sarden adalah 52,6, lebih besar dari indeks setana dari biodiesel minyak jelantah, yang 48,1, karena biodiesel minyak ikan mengandung setinggi 39,0 wt.% Asam lemak jenuh, sedangkan biodiesel komersial dari limbah minyak goreng

hanya berisi 19,7 wt.% Asam lemak jenuh [2]. Oleh karena itu, indeks setana biodiesel meningkat dengan proporsi asam lemak jenuh.

3. Rincian experimentalTes mesin dilakukan dengan silinder tunggal, empat langkah, berpendingin udara

dan mesin kompresi pengapian kecepatan konstan. Diagram skematik setup mesin ditunjukkan pada Gambar. 1. Mesin ini dimuat oleh dinamometer listrik untuk memberikan beban pengereman. Mesin ini awalnya dimulai dengan diesel dan memiliki pemanasan selama sekitar 10 menit. AVL 437 smoke meter dan AVL 444 di gas analyzer digunakan untukmengukur emisi asap dan knalpot dari mesin. Gas buang dibuat untuk melewati pemeriksaan analisa gas buang untuk mengukur kadar karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), oksida nitrogen (NOx) dan hidrokarbon (HC) dan kemudian dilewatkan melalui pemeriksa asap meter untuk mengukur kepadatan asap. AVL 615 software indimeter, bersama dengan instrumen dan sensor yang diperlukan digunakan untuk mengukur tekanan dalam silinder dan engkol sudut untuk pembakaran.

Tekanan dalam silinder diukur dengan air pendinginan AVL transduser piezoelektrik. Output bertanggung jawab atas transduser yang diamplifikasi menjadi sinyal tegangan setara dengan nilai amplifier yang cocok. Transduser piezoelektrik menghasilkan output, yang sebanding dengan tekanan dalam silinder. Data tekanan dikumpulkan lebih dari 100 siklus berturut-turut pada setiap sudut engkol dan dirata-rata. Rincian Spesifikasi mesin diberikan dalam Tabel 4. Serangkaian tes dilakukan pada kecepatan konstan 1500 rpm dan beban yang bervariasi. Variasi beban dari tanpa beban ke beban penuh dalam langkah 25%. Untuk setiap beban, daya pengereman dihitung menggunakan kecepatan konstan dan torsi yang sesuai. Beberapa campuran berbagai konsentrasi seperti B0, B20, B40, B60, B80 dan B100 digunakan sebagai bahan bakar mesin. Setiap pengujian diulang tiga kali dan dirata-rata untuk memastikan reproduktifitas data. Ketidakpastian analisis dibutuhkan untuk membuktikan keakuratan eksperimen. Ketidakpastian presentase dari berbagai parameter seperti beban dan brake efficiency thermal dihitung dengan menggunakan ketidakpastian persentase dari berbagai instrumen yang ditunjukkan pada Tabel 5.

4. Hasil dan diskusi4.1. Karakteristik pembakaran

4.1.1. Tekanan silinder diagram sudut engkolVariasi tekanan silinder dengan sudut engkol dengan campuran yang

berbeda pada ester minyak ikan pada kondisi beban penuh ditujukkan pada gambar. 2. Tekanan silinder mencirikan kemampuan bahan bahan bakar untuk tercampur dengan baik dengan udara dan terbakar. Pada mesin pengapian kompresi, puncak tekanan silinder tergantung pada fraksi bahan bakar yang terbakar selama fase pembakaran premixed [29]. Fase pembakaran premixed diatur oleh penundaan pengapian, penyemprotan yang menyelubungi dan campuran bahan bakar-udara selama penundaan [30]. Oleh karena itu, viskositas dan volatilitas bahan bakar memiliki peran yang sangat penting untuk meningkatkan laju atomisasi dan untuk meningkatkan terbentuknya campuran bahan bakar-udara. Tekanan puncak silinder karena viskositas tinggi dan volatilitas yang rendah dari minyak ikan dan campuran lebih rendah dari diesel standar [31-33]. Tekanan silinder puncak telah diamati 73,56 bar untuk diesel dan 72,37, 71,69, 71,33, 67,42 dan 67,14 bar untuk B20, B40, B60, B80, dan B100 seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 9. Hal ini menunjukkan bahwa puncak tekanan silinder lebih tinggi untuk diesel dari biodiesel dan menurun sebagai biodiesel dalam peningkatan campuran. Hal ini disebabkan penundaan

pengapian lebih pendek. Tekanan puncak silinder untuk campuran biodiesel lebih rendah dibandingkan dengan diesel standar. Pada saat pengapian, sedikit campuran bahan bakar/udara disiapkan untuk pembakaran; karena itu pembakaran lebih terjadi pada fase difusi pembakaran daripada di fase premixed. Tekanan puncak terutama tergantung pada fase pembakaran premixed. Oleh karena itu, tekanan yang lebih rendah diamati untuk campuran biodiesel. Kesimpulan yang sama telah ditarik oleh penulis lain dalam literatur [28,30,34].

4.1.2. Laju pelepasan kalorVariasi laju pelepasan kalor dengan sudut engkol dengan campuran berbeda

dari ester dari minyak ikan pada beban penuh ditunjukkan pada Gambar. 3. Diagram pelepasan panas adalah deskripsi kuantitatif waktu pembakaran bahan bakar dalam mesin. Hal ini memiliki efek besar pada efisiensi siklus dan tekanan silinder maksimum. Karena penguapan bahan bakar selama penundaan pengapian, pelepasan panas negatif diamati pada awal dan, setelah pembakaran dimulai, menjadi positif. Secara umum, selama penundaan pengapian, tetesan bahan bakar yang tersebar di wilayah yang luas di sekitar udara untuk membentuk campuran bahan bakar-udara. Setelah penundaan pengapian berakhir, campuran bahan bakar-udara yg tercampur terbakar, melepaskan panas pada tingkat yang sangat cepat, setelah itu difusi pembakaran berlangsung. Laju pembakaran dikendalikan oleh ketersediaan campuran bahan bakar-udara yang mudah terbakar seperti dilansir Qi et al. [34], Zhang dan Van Gerpan [35], Senatore et al. [36] dan Laforgia dan Ardito [37]. Dari grafik dapat diamati bahwa laju pelepasan puncak panas untuk B0, B20, B40, B60, B80 dan B100 adalah 62,1 J/oCA, 60,4 J/0CA, 55,32 J/oCA, 51,74 J/oCA, 50,7 J/oCA dan 49,87 J/oCA. Diesel menunjukkan laju pelepasan kalor yang tinggi. Alasan utama untuk ini adalah peningkatan akumulasi bahan bakar selama jangka waktu penundaan yang relatif lebih lama menghasilkan laju yang lebih tinggi dari pelepasan panas pada saat pembakaran premixed [29,31]. Hal ini diamati bahwa nilai laju pelepasan panas maksimum menurun dengan meningkatnya biodiesel dalam bahan bakar. Hal ini disebabkan penundaan pengapian lebih rendah pada biodiesel. Bahan bakar dengan penundaan pengapian yang lebih pendek dihasilkan dalam tekanan silinder yang rendah [38]. Laju maksimum peningkatan tekanan dan peningkatan tekanan puncak, ketika ada laju pelepasan panas yang lebih tinggi dalam fase premixed [39].

4.1.3. Penundaan pengapianPenundaan pengapian dapat didefinisikan sebagai jeda waktu antara

dimulainya injeksi diesel ke dalam silinder dan titik pertama yang terdeteksi meningkat dalam tekanan silinder akibat pelepasan energi eksotermis dalam campuran [40,41]. Hal ini biasanya mengacu pada perbedaan waktu antara awal injeksi dan mulainya pembakaran di mana setiap tetesan bersiap-siap untuk pembakaran dengan cara dikabutkan, menguap, dicampur dengan udara, pengapian melalui auto ignition, dan dibakar. Variasi pengapian penundaan dengan peningkatan daya pengereman dengan memvariasikan kondisi beban diberikan pada Gambar. 4. Hal ini menunjukkan bahwa penundaan pengapian menurun dengan meningkatnya beban akibat suhu yang lebih tinggi dari dinding ruang bakar. Peningkatan suhu mengurangi viskositas minyak dengan memecah

ikatan antarmolekul dan meningkatkan kemungkinan pengapian dan, karenanya, penundaan pengapian berkurang. Asam lemak jenuh dan tak jenuh juga memainkan peran penting dalam pembakaran. Asam lemak jenuh terdiri dari unsur-unsur karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O) diatur sebagai kerangka rantai karbon dengan gugus karboksil (COOH) pada salah satu ujungnya. Asam lemak jenuh memiliki semua hidrogen yang atom karbon dapat ikat, dan karena itu, tidak memiliki ikatan rangkap antara karbon tetapi asam lemak tak jenuh memiliki lebih dari satu ikatan rangkap. Oleh karena itu, rantai lurus panjang yang jenuh dalam lemak ester cukup untuk memberikan cetane number yang tinggi yang juga mengurangi penundaan pengapian [42]. Penundaan pengapian juga menurun dengan meningkatnya proporsi biodiesel. Penyerapan panas menghasilkan penguapan bahan bakar dan mungkin berkontribusi terhadap peningkatan penundaan pengapian. Namun kandungan oksigen dalam biodiesel membaik ignitability dan mengatasi efek yang disebutkan di atas dan dapat menyebabkan pengurangan dari penundaan pengapian [43]. Hal ini mungkin karena senyawa yang lebih berat dari asam lemak yang menghasilkan lebih material volatil ketika mereka memasuki ruang pembakaran dan kandungan oksigen ester dari minyak ikan menyebabkan pengapian lebih awal.

4.1.4. durasi pembakaran Variasi pada durasi pembakaran dengan daya pengereman (brake power)

untuk campuran bahan bakar yang berbeda dan diesel ditunjukkan pada Gambar. 5. Durasi pembakaran dihitung berdasarkan durasi antara awal pembakaran dan 90% pelepasan panas kumulatif. Hal ini dapat dilihat bahwa durasi pembakaran meningkat dengan peningkatan beban untuk semua campuran karena peningkatan jumlah bahan bakar yang diinjeksikan pada beban yang lebih tinggi [44]. Dari gambar, diamati bahwa durasi pembakaran lebih rendah untuk biodiesel bila dibandingkan dengan diesel. Alasan untuk ini mungkin kandungan oksigen yang lebih tinggi dalam bahan bakar yang meningkatkan proses pembakaran, menyelesaikannya dengan lebih cepat [45-47].

4.1.5. Tingkat maksimum kenaikan tekananVariasi laju maksimum peningkatan tekanan dengan daya pengereman

(brake power) untuk campuran bahan bakar yang berbeda dan diesel ditunjukkan pada Gambar. 6. Dalam mesin CI, pada tahap awal, tekanan puncak tergantung pada laju pembakaran yang dipengaruhi oleh jumlah bahan bakar yang terikut dalam fase pembakaran premixed [48,49]. Hal ini dapat diamati bahwa laju maksimum peningkatan tekanan lebih rendah untuk biodiesel dibandingkan dengan diesel karena viskositas yang lebih tinggi dan volatilitas yang lebih rendah pada biodiesel (lemak hewani). Dari grafik, terlihat bahwa tingkat maksimum kenaikan tekanan untuk B0, B20, B40, B60, B80, dan B100 diperoleh sebagai 6.68 bar / 0CA, 6.15 bar / 0CA, 5.61 bar / 0CA, 5.35 bar / 0CA, 4.55 bar / 0CA dan 3,9 bar / 0CA untuk puncak daya pengereman. Ini menunjukkan kecenderungan penurunan tekanan dengan meningkatnya konsentrasi biodiesel karena pengurangan penundaan pengapian dengan meningkatnya persentase biodiesel dalam campuran bahan bakar. Dalam kasus biodiesel, fase pra-pembakaran kurang intensif dibandingkan dengan diesel, menyebabkan meningkatnya tekanan rendah, bahan bakar kurang terakumulasi selama jangka waktu penundaan. Jumlah akumulasi bahan bakar selama

penundaan pengapian berbanding terbalik dengan jumlah biodiesel yang ada dalam bahan bakar [45]. Laju yang lebih tinggi dari pelepasan panas selama fase pembakaran premixed juga berkontribusi untuk meningkatkan laju kenaikan tekanan [34].

4.1.6. tekanan puncakVariasi tekanan puncak untuk semua bahan bakar uji diberikan pada

berbeda kondisi bebankondisi beban yang berbeda ditunjukkan pada Gambar. 7. Hal ini terlihat bahwa tekanan puncak meningkat dengan peningkatan daya pengereman (brake power) untuk semua campuran. Hal ini mungkin dikarenakan nilai cetane yang lebih tinggi, penundaan pengapian yang lebih pendek dan jumlah yang lebih besar dari pembakaran bahan bakar untuk meningkatkan kondisi beban [50]. Beban meningkatkan suhu gas sisa dan meningkatnya temperature dinding yang mengarah ke suhu muatan yang lebih tinggi pada waktu injeksi dan memperpendek penundaan pengapian. Tekanan puncak rata-rata untuk campuran B20-B100 lebih rendah dibandingkan dengan diesel sebesar 1%, 2,2%, 2,8%, 4,1% dan 6,4%. Alasan untuk tekanan puncak yang tinggi pada diesel adalah penundaan pengapian yang lebih panjang dimana sejumlah besar bahan bakar akan terakumulasi dalam ruang bakar menghasilkan pelepasan panas yang lebih tinggi dalam fase premixed pembakaran [29,51].

4.2. karakteristik kinerja4.2.1. Efisiensi termal brake

Variasi efisiensi termal (brake thermal efficiency) dengan daya pengereman untuk campuran bahan bakar yang berbeda dan diesel ditunjukkan pada Gambar. 8. Brake thermal efficiency menunjukkan seberapa efisien energi dalam bahan bakar diubah menjadi keluaran mekanis. Sebagaimana persentase beban meningkat, brake thermal efficiency semua campuran meningkat disebabkan oleh peningkatan efisiensi mekanis [11]. Mean brake thermal efficiency B20 adalah 22,15% yang terdekat dengan 21,36% pada diesel. Oleh karena itu performa mesin dengan biodiesel minyak ikan sebanding dengan diesel, dalam hal brake thermal efficiency. Rata-rata efisiensi rem termal B40, B60, B80 dan B100 kurang dibandingkan dengan diesel lebih kecil masing-masing sekitar 1,8%, 6,4%, 11,3% dan 12,4%. Alasan utama untuk penurunan efisiensi termal dengan peningkatan rasio campuran adalah penundaan pengapian yang lebih pendek yang menghasilkan pembakaran yang lebih awal daripada diesel. Hal ini meningkatkan kompresi kerja sekaligus kehilangan panas dan dengan demikian mengurangi efisiensi mesin [14,50,52,53]

4.2.2. Suhu gas buangVariasi temperatur gas buang terhadap daya pengereman ditunjukkan pada

Gambar. 9. EGT merupakan indikator panas dari bahan bakar yang diuji pada periode pembakaran [14]. Dari pembacaan dapat dilihat bahwa EGT dari B20 (270,40C) sangat dekat dengan yang diesel (269,2 0C). Rata-rata EGT meningkat rata-rata dari 270,4 0C sampai 278,20 C untuk campuran B20-B100 karena peningkatan kehilangan panas, jelas terlihat dari brake thermal efficiency yang lebih rendah dibandingkan dengan diesel. Rata-rata EGT dari B40, B60, B80 dan B100 adalah 2,4%, 2,1%, 1,1% dan 3,3% masing-masing lebih tinggi dari rata-rata EGT diesel. Sedikit peningkatan pada EGT biodiesel karena kandungan oksigen lebih tinggi dari biodiesel yang meningkatkan pembakaran [14,30]. Semakin

tinggi viskositas dan volatilitas yang buruk menyebabkan pembakaran terlambat yang menyebabkan peningkatan suhu.

4.2.3. emisi hidrokarbonVariasi emisi hidrokarbon dengan daya pengereman ditunjukkan pada

Gambar. 10. Emisi harus diubah menjadi emisi massa spesifik pengereman (brake specific mass emissions) karena mesin jelas beroperasi dengan efisiensi termal yang berbeda dengan bahan bakar yang berbeda pula. Ada pengurangan dari 21% dari emisi HC untuk campuran bahan bakar biodiesel dibandingkan dengan diesel. Daya pengereman- rata-rata emisi HC untuk B20, B40, B60, B80 dan B100 lebih kecil dibandingkan dengan solar sekitar 9,8%, 19,7%, 21,6%, 23,4% dan 26,2%. Dengan meningkatnya proporsi biodiesel dalam campuran, emisi HC akibatnya menurun. Hal ini bisa disebabkan oleh kadar oksigen yang lebih tinggi dalam biodiesel yang meningkatkan pembakaran [14]. Temuan ini mirip dengan temuan peneliti lain saat pengujian biodiesel yang berbeda [11,54,55].

4.2.4. karbon monoksidaVariasi emisi CO campuran dan diesel dengan daya pengereman ditunjukkan

pada Gambar. 11. Emisi karbon monoksida tergantung pada kandungan oksigen, kandungan karbon dan efisiensi pembakaran bahan bakar. Selama pembakaran, adanya karbon dalam bahan bakar mengalami serangkaian reaksi oksidasi dan reduksi. Kandungan karbon dari bahan bakar teroksidasi dengan oksigen yang ada di udara menjadi CO dan kemudian menjadi CO2. Jika ketersediaan oksigen rendah maka akan menyebabkan pembakaran tidak sempurna dan melepaskan CO [56]. Rata-rata emisi CO untuk campuran B20-B100 lebih sedikit dibandingkan dengan diesel masing-masing sebesar 11%, 12,8%, 22,3%, 24,2% dan 33,7%. Hal ini menunjukkan penurunan emisi CO dengan peningkatan proporsi campuran. Alasan utama untuk penurunan adalah adanya oksigen dalam minyak ikan dan suhu pembakaran yang lebih tinggi. Hasil ini berhubungan baik dengan studi sebelumnya dari peneliti [30,50].

4.2.5. karbon dioksidaVariasi emisi CO2 dengan daya pengereman ditampilkan pada Gambar. 12.

Emisi CO2 dari mesin diesel menunjukkan seberapa efisien bahan bakar yang dibakar di dalam ruang bakar. Jika pembakaran sempurna terjadi, maka sebagian besar karbon akan diubah menjadi karbon dioksida selama pembakaran. Rata-rata emisi CO2 untuk campuran B20-B100 masing-masing adalah 0.39 g/kWh, 0.40 g/kWh, 0.40 g/kWh, 0.41 g/kWh dan 0.43 g/kWh. Sebagaimana peningkatan proporsi campuran, ada peningkatan bertahap dalam emisi CO2 karena kandungan oksigen lebih tinggi pada ester yang membuat ester menjadi bahan bakar yang terbakar lebih efisien daripada diesel [52-55,57-59].

4.2.6. Oksida nitrogenVariasi NOx terhadap dengan daya pengereman ditunjukkan pada Gambar.

13. Pembentukan oksida nitrogen (NOx) tergantung pada suhu gas puncak dan penundaan pengapian [45]. Dari grafik dapat diamati bahwa sebagai peningkatan beban, emisi NOx menurun. Rata-rata emisi NOx dari B20 adalah 9.01 g/kWh dekat dengan 9.12 g/kWh pada diesel. Daya pengereman-rata2 NOx dari B40, B60, B80 dan B100 adalah 1,1%, 2,13%, 3% dan 5,2% lebih rendah daripada rata-rata NOx diesel. Hal ini jelas menunjukkan bahwa emisi NOx

biodiesel tampaknya menurun bila dibandingkan dengan solar. Viskositas yang lebih tinggi dari biodiesel menghasilkan jumlah udara yang terbawa lebih sedikit dan laju campuran udara bahan bakar. Hal ini menyebabkan menurunnya laju pembakaran premixed dan rendahnya suhu puncak mengakibatkan mengurangnya NOx. Hasil ini disetujui dengan baik dengan peneliti sebelumnya dalam literatur [29,60-63].

4.2.7. asap Variasi emisi asap terhadap dengan daya pengereman ditunjukkan pada

Gambar. 14. Jumlah asap yang ada dalam gas buang memberikan pengukuran pada materi partikulat yang ada dalam gas buang. Dari tidak ada beban ke beban penuh, persentase asap untuk campuran B20-B100 masing-masing ditemukan 13%, 29,46%, 38,66%, 45,48% dan 59,2%. Hal ini diamati bahwa asap gelap gas buang meningkat dengan meningkatnya beban untuk semua campuran. Emisi asap meningkat secara merata untuk campuran B20- B100 dibandingkan dengan solar sebesar 2%, 8%, 17%, 21% dan 39%. Hal ini disebabkan terutama karena volatilitas yang buruk dan pencampuran tetesan bahan bakar dengan udara karena viskositas yang lebih tinggi dari campuran. Molekul-molekul dari biodiesel menjadi lebih berat juga menjadi tanda untuk peningkatan emisi asap [64].

5. Kesimpulan Sebuah silinder tunggal mesin kompresi pengapian berhasil dioperasikan dengan menggunakan campuran biodiesel-diesel dan kinerja (performa) , emisi dan karakteristik pembakaran dievaluasi dan dibandingkan dengan bahan bakar diesel . Kesimpulan berikut diambil berdasarkan hasil eksperimen.

1. Mean brake thermal efficiency berkurang dengan peningkatan rasio campuran dengan sekitar 1,8%, 6,4%, 11,3% dan 12,4% dibandingkan dengan diesel.

2. Emisi HC dan CO menurun 21% sedangkan emisi CO2 sedikit meningkat sebesar 1,2% dibandingkan diesel karena kandungan oksigen yang lebih baik dari biodiesel

3. NOx diamati menurun secara merata untuk semua campuran diesel-biodiesel sebesar 2,3% dibandingkan dengan diesel.

4. Emisi asap semua campuran diamati lebih tinggi dari diesel sebesar 2%, 8%, 17%, 21% dan 39%.

5. Tekanan puncak dan laju peningkatan tekanan lebih rendah pada biodiesel dibandingkan dengan diesel dan menurun dengan meningkatnya rasio campuran dikarenakan pendeknya penundaan pengapian dan pembakaran yang mulai lebih awal.

6. Penundaan pengapian lebih pendek untuk biodiesel dan menurun sebagai konsentrasi biodiesel yang meningkat dalam campuran. Hal ini juga menunjukkan kecenderungan penurunan dengan meningkatnya beban karena suhu ruang bakar yang tinggi.

7. Biodiesel menghasilkan laju pelepasan panas yang lebih rendah dibandingkan dengan diesel selama fase pembakaran campuran. Alasan utama untuk ini adalah penundaan pengapian yang lebih pendek

Dari studi rinci, dapat disimpulkan bahwa campuran diesel biodiesel- (etil ester dari minyak ikan) ditemukan untuk memberikan hasil yang baik secara keseluruhan berdasarkan pada kinerja dan efisiensi pembakaran dan emisi lingkungan. Oleh karena itu akan digunakan sebagai pengganti yang potensial untuk bahan bakar diesel konvensional.