pembentukan spray angle minyak nabati pada …

42
i LAPORAN KEMAJUAN HIBAH PENELITIAN UNGGULAN PROGRAM STUDI PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA UJUNG NOSEL DENGAN PREHEATING TREATMENT Ketua Dr. Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT. NIDN. 0028026204 Anggota I Gusti Ketut Sukadana, ST., MT. NIDN. 0020087002 Dibiayai oleh : DIPA PNBP Universitas Udayana Dengan Surat Perjanjian Penugasan Pelaksanaan Penelitian Nomor : 2024/UN14.1.31/PN.00.00.00/2015, tanggal : 25 Mei 2015 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JULI 2015

Upload: others

Post on 16-Nov-2021

7 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

i

LAPORAN KEMAJUAN

HIBAH PENELITIAN UNGGULAN PROGRAM STUDI

PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA UJUNG NOSEL

DENGAN PREHEATING TREATMENT

Ketua

Dr. Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT.

NIDN. 0028026204

Anggota

I Gusti Ketut Sukadana, ST., MT.

NIDN. 0020087002

Dibiayai oleh : DIPA PNBP Universitas Udayana

Dengan Surat Perjanjian Penugasan Pelaksanaan Penelitian

Nomor : 2024/UN14.1.31/PN.00.00.00/2015, tanggal : 25 Mei 2015

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

JULI 2015

Page 2: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …
Page 3: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

iii

RINGKASAN

Masyarakat Indonesia saat ini telah menggunakan minyak kelapa sebagai bahan

bakar alternatif. Negara ini memiliki lahan tanaman kelapa sekitar 3,82 juta hektar,

dimana 97% dari total luas areal tersebut merupakan perkebunan rakyat. Hal inilah

yang menjadikan ketersediaan minyak kelapa sangat berlimpah, sehingga mampu

diaplikasikan pada banyak hal, salah satunya adalah pada bidang penelitian bahan

bakar.

Selain minyak kelapa, minyak nabati lain yang dapat digunakan sebagai bahan bakar

alternatif adalah minyak jarak pagar (jatropha curcas), yang juga banyak terdapat di

Indonesia. Jatropha cuscas adalah tanaman inedible, dapat hidup pada daerah kering

dan bijinya dapat dibuat minyak biodiesel yang ramah lingkungan.

Apabila minyak kelapa ini dijadikan bahan bakar, salah satu parameter yang harus

diketahui adalah sudut semprot. Saat mengevaluasi sudut semprot, pemanasan awal

diberikan ke nosel dengan luas bidang pemanasan 78.57 mm2 dan berbentuk lurus

(straight). Hasil evaluasi sudut semprot yang diperoleh ketika suhu pemanas awal

minyak kelapa mencapai 100oC dan tekanan 6 bar adalah terbentuknya sudut

semprot sebesar 17o. Pada tekanan yang sama apabila dibandingkan dengan minyak

kerosine tanpa pemanasan awal, maka sudut semprot yang terbentuk sebesar 20o.

Untuk minyak jarak pagar belum dilakukan penelitian.

Kata kunci: minyak kelapa, pemanasan awal, sudut semprot

Page 4: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

iv

PRAKATA

Puji syukur peneliti panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan

rahmad-Nya maka peneliti dapat menyelesaikan laporan kemajuan. Laporan ini merupakan syarat

yang harus diselesaikan untuk mendapatkan termin pendanaan berikutnya.

Dalam laporan kemajuan ini peneliti banyak mendapatkan bantuan serta bimbingan dari

beberapa pihak, maka melalui kesempatan ini peneliti mengucapkan terima kasih kepada :

1. Dekan Fakultas Teknik Unud yang telah memberikan dana Pengabdian kepada

Masyarakat melalui Surat Perjanjian Penugasan Dalam Rangka Pelaksanaan Pengabdian

Dana PNBP 2015 Nomor : 2024 /UN14.1.31 / PN.00.00.00/2015 Tanggal : 25 Mei 2015

2. Bapak Ketua LPPM (Lembaga Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat)

Universitas Udayana

3. Bapak Ketua serta rekan-rekan yang telah banyak membantu di Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Udayana.

4. Rekan-rekan di Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Bali, khususnya di bengkel

workshop atas bantuan dan dukungannya

Dengan segala kerendahan hati, peneliti menyadari laporan kemajuan ini memiliki

kelemahan, maka peneliti mengharapkan kritik serta saran yang konstruktif dari berbagai pihak

untuk lebih menyempunakan laporan kemajuan ini. Peneliti mohon maaf apabila ada kekurangan

atau kesalahan dalam penelitian laporan kemajuan ini.

Bukit Jimbaran, 4 Juli 2015

Peneliti

Dr. Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT.

Nip. 19620228 198702 1 001

Page 5: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

v

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL .........................................................................................................i

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................................. ii

RINGKASAN .................................................................................................................... iii

PRAKATA ..........................................................................................................................iv

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

DAFTAR TABEL ...............................................................................................................vi

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................ vii

DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................................... vii

BAB 1. PENDAHULUAN .................................................................................................. 1

1.1. Latar Belakang .............................................................................................................. 1

1.2. Rumusan Masalah ......................................................................................................... 3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA. ......................................................................................... 5

2.1. Penelitian-Penelitian Sebelumnya ................................................................................. 5

2.2. Viskositas Kinematik .................................................................................................... 6

2.3. Kerapatan atau Densitas ................................................................................................ 8

2.4. Fishbone Diagram ......................................................................................................... 8

BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN ........................................................ 10

3.1. Tujuan .......................................................................................................................... 10

3.2. Manfaat ........................................................................................................................ 10

BAB 4. METODE PENELITIAN ...................................................................................... 11

4.1. Rancangan Penelitian .................................................................................................. 11

4.2. Subyek Penelitian ....................................................................................................... 13

4.3. Peralatan Penelitian ..................................................................................................... 13

4.4. Bahan Penelitian .......................................................................................................... 13

4.5. Variabel Penelitian ...................................................................................................... 14

4.6. Langkah-Langkah Pengambilan Data ......................................................................... 16

4.7. Alur Penelitian ............................................................................................................. 16

BAB 5. HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 17

5.1. Hasil ........................................................................................................................... 17

5.2. Pembahasan ................................................................................................................. 17

BAB 6. RENCANA TAHAP BERIKUTNYA .................................................................. 20

BAB 7. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 21

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 22

LAMPIRAN ....................................................................................................................... 24

Page 6: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

vi

DAFTAR TABEL

Tabel 5.1. Pengaruh temperatur terhadap kinematic viscosity ............................................. 18

Page 7: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Definisi Kekentalan Dinamis ............................................................................. 7

Gambar 2.2 Fishbone diagram ............................................................................................... 9

Gambar 4.1. Pipa preheater berbentuk straight ................................................................... 11

Gambar 4.2 Set up alat penelitian ........................................................................................ 12

Gambar 4.3 (a) minyak kelapa, (b) minyak jarak pagar ....................................................... 14

Gambar 4.4 Alur Penelitian .................................................................................................. 16

Gambar 5.1 Sudut Sebaran (a) Minyak Kelapa, (b) Kerosine ............................................. 17

Gambar 5.2 Hubungan densitas sebagai fungsi temperatur ................................................ 19

Gambar 6.1. Gambar Perubahan Preheting ........................................................................ 20

Page 8: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

viii

DAFTAR LAMPIRAN

1. Surat Perjanjian Penugasan Dalam Rangka Pelaksnaan

Penelitian Dana PNBP TA 2015 .................................................................................. 25

2. Artikel Ilmiah pada seminar Konferensi Nasional

Engineering Perhotelan VI ........................................................................................... 29

Page 9: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

1

BAB 1.

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang.

Ketersediaan bahan bakar minyak (BBM) di Indonesia yang semakin menipis dan

peningkatan emisi gas buang mengakibatkan pencemaran lingkungan, sehingga

dibutuhkan bahan bakar alternatif, yaitu bahan bakar nabati (BBN). Salah satu bahan

bakar alternatif yang ramah lingkungan adalah biodiesel. Bahan bakar ini aman bagi

kesehatan apabila dipakai sebagai bahan bakar kendaraan bermotor dan juga mampu

menghasilkan emisi gas buang yang lebih rendah jika dibandingkan dengan minyak

diesel. Biodiesel terbuat dari minyak nabati yang berasal dari sumber daya yang

dapat diperbaharui. Beberapa contoh bahan baku untuk pembuatan biodiesel antara

lain kelapa, jarak pagar, biji kapok, kelapa sawit,kedelai, bunga matahari, tebu dan

beberapa jenis tumbuhan lainnya.

Kebutuhan minyak kelapa didukung oleh ketersediaan kelapa di Indonesia yang

sangat berlimpah. Kelapa tumbuh di dataran rendah dekat pantai, yang sangat

memungkinkan di Indonesia, dengan panjang pantai sekitar 81000 km. Biji kelapa

dapat diolah dengan menggunakan teknologi maupun dengan cara tradisional untuk

mendapatkan minyak sebelum dijadikan bahan bakar. Minyak kelapa mempunyai

rantai karbon paling pendek diantara minyak nabati (Yuan et al., 2005). Struktur

kimia minyak kelapa mirip dengan petrodiesel sehingga sangat cocok untuk mesin

Diesel. Namun bila digunakan secara langsung mempunyai kelemahan seperti:

viskositas tinggi, volatilitas rendah, reaktivitas rantai hidrokarbon tak jenuh, perlu

pemanasan awal, aliran, atomisasi dan emisi partikel (Demirbas 2009).

Selain minyak kelapa, minyak nabati lain yang dapat digunakan sebagai bahan

bakar alternatif adalah minyak jarak pagar (jatropha curcas), yang juga banyak

terdapat di Indonesia. Jatropha cuscas adalah tanaman inedible, dapat hidup pada

Page 10: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

2

daerah kering dan bijinya dapat dibuat minyak biodiesel yang ramah lingkungan.

Keuntungan lain dari jatopha curcas adalah mampu mengurangi gas rumah kaca dan

tidak bersaing dengan tanaman pangan (Mofijur et al., 2012). Jatopha curcas dipakai

sebagai bahan dasar pembuatan biodiesel mesin traktor (Sahoo et al,2009). Bahan

bakar yang diuji adalah diesel, B20 (20% biodiesel dan 80% diesel), B50 dan B100

pada berbagai variasi kecepatan. Karakteristik emisi gas buang (asap, CO, HC, NOx

dan PM) mengalami penurunan, akan tetapi terjadi peningkatan pemakaian konsumsi

bahan bakar spesifik untuk semua campuran biodiesel pada saat penurunan kecepatan

putar mesin. Disamping itu, cangkang biji jatropha curcas dapat dibuat menjadi pelet

atau briket untuk digunakan sebagai pembangkit panas. Tenaga panas yang dihasilkan

sebesar 11.1 kW dari 2.9 kg/jam cangkang dengan efisiensi tungku 87%, sedangkan

9.0 kg/jam cangkang menghasilkan panas sebesar 36.7 kW dengan efisiensi tungku

91%. Konsentrasi karbon monoksida yang dihasilkan 0.4 - 2 g/m3 lebih rendah dari

pembakaran kayu berdasarkan standarisasi di Jerman untuk unit pembakaran hingga

50 kW (Kratzeisen and Müller 2013). Parameter acid value (AV), water content

(WC), dan ash content (AC) juga diselidiki dari akumulasi endapan minyak jatropha

curcas. Hal ini dilakukan agar operasi aman, pemeliharaan rendah, dan daya yang

optimal. Parameter yang diperoleh adalah nilai asam AV lebih rendah dari 6.00 mg

KOH/g, kadar air WC kurang dari 0.15% dan kadar abu AC di bawah 0.10%

(Kratzeisen and Muller 2010). Disamping cangkang bijinya, minyak jatropha curcas

mampu menggantikan bahan bakar diesel fosil dalam multi-silinder dengan

pendinginan air di indirect injection (IDI) tipe mesin compression ignation (CI).

Tekanan yang terjadi 3% lebih tinggi pada puncak silinder, durasi pembakaran 5%

lebih pendek, pelepasan panas kumulatif sama pada saat beban penuh tetapi lebih

rendah pada saat beban rendah dibandingkan dengan diesel berbahan bakar fossil.

Dengan demikian, perlu sedikit modifikasi pada pendingin dan sirkuit pasokan bahan

bakar (Hossain et al., 2012). Agar minyak jatropha curcas memenuhi standar

American Society for Testing and Materials (ASTM) maka perlu dibandingkan

Page 11: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

3

dengan bahan bakar solar dalam mesin diesel. Sifat bahan bakar dari minyak jatropha

curcas metil ester (JMEs) dalam campuran solar dihitung terhadap nilai kalor, filter

plugging point, densitas, viskositas kinematik, dan stabilitas oksidasi. Campuran

JMEs dengan solar diatas 40% volume direkomendasi, kemudian campuran tersebut

dibandingkan dengan spesifikasi yang relevan untuk campuran biodiesel-solar (Chen

et al., 2013). Biodiesel jatropha curcas dapat juga digunakan sebagai bahan bakar

diesel alternatif dengan cara membandingkan B0 (100% solar), B10 (90% solar dan

10% biodiesel jatropha curcas) dan B20 (20% biodiesel jatropha curcas dan 80%

solar). Karakteristik bahan bakar B10 dan B20 yang diperoleh hampir mirip dengan B0

sehingga dapat digunakan pada mesin diesel tanpa perlu modifikasi(Mofijur et al.,

2013). Biodiesel jatropha curcas dicampur dengan udara lingkungan dan

dibandingkan dengan bahan bakar diesel biasa di bawah kondisi yang sama secara

numerik dan eksperimental dilakukan oleh Rajesh et al., (2008).

Minyak kelapa mempunyai flash point 228 oC (Machacon et.al., 2001) dan

viskositas kinematik 2.85 mm2/s (Soriano and Narani, 2012), jatropha curcas 39.97

mm2/s dan 212

oC (Pradhan et.al, 2014) yang jauh lebih besar dibanding dengan

minyak tanah/ kerosene 38oC dan 1-2 mm

2/s (Chemical and Physical Data Diesel

Fuel). Sifat ini menyebabkan minyak nabati tidak dapat langsung digunakan sebagai

bahan bakar. Untuk mengatasi hal ini maka perlu dilakukan eksperimen dengan

memberikan pemanasan awal (preheating) dan tekanan pada bahan bakar. Sudut

sebaran yang terjadi di ujung nosel diukur menggunakan metode shadow graphic

technique

1.2. Rumusan Masalah.

Penelitian ini mengunakan minyak kelapa dan jarak pagar sebagai bahan

bakarnya. Keduanya memiliki jumlah dan ikatan carbon yang berbeda sehingga

mempunyai karakteristik berbeda. Kemudian timbul masalah akibat perbedaan

karakteristik dari kedua bahan bakar tersebut antara lain:

Page 12: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

4

a. Bagaimana hubungan jenis bahan bakar terhadap sudut sebaran (spray angle)

di ujung nosel.

b. Bagaimana hubungan antara suhu pemanasan awal dengan sudut sebaran yang

terbentuk.

c. Bagaimana hubungan antara tekanan bahan bakar dengan sudut sebaran yang

terbentuk.

Page 13: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

5

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penelitian-Penelitian Sebelumnya.

Prinsip kerja nosel disampaikan oleh (Olson, 1999), tekanan tinggi medorong

minyak masuk ke masing-masing slot yang terdiri dari 4 slot. Aliran minyak masuk

dengan tekanan tinggi membuatnya naik ke atas di ruang pusaran (swirl chamber) dan

akan mendorong minyak keluar melaui lubang nozzel. Pada tekanan yang berbeda

dihasilkan sudut sebaran dan ukuran droplet (tetesan) yang berbeda. Semakin tinggi

tekanan semakin kecil ukuran droplet dan sebaliknya semakin rendah takanan

semakin besar ukuran dropletnya.

Shafaee et.al, 2011 melakukan investigasi efek parameter geometrik terhadap

sudut sebaran dan distribusi ukuran droplet. Semakin besar diameter lubang maka

semakin besar sudut sebarannya, namun ketika mencapai sudut maksimum (diameter

lubang 1,6 mm) sudut sebarannya menurun.

Shafaee et.al, 2011 juga melakukan penelitian tentang efek kondisi aliran

terhadap sudut sebaran pada pengabut dua fluida (gas dan cair). Kenaikan kecepatan

gas menyebabkan kenaikan bilangan Weber (Wb). Peningkatan bilangan Weber

akan meningkat efisien kedalaman penetrasi semprot dan penurunan sudut sebaran

pada bilangan Reynold konstan.

Kewas, 2013 melakukan penelitian pengaruh komposisi minyak kelapa pada

bahan bakar solar terhadap sudut sebaran dan atomisasi. Semakin banyak prosentase

minyak kelapa pada campuran maka sudut sebaran semakin sempit dan intermittensi

atomisasi semakin tinggi.

Vinukumar, 2012 melakukan penelitian untuk mendapatkan laju aliran massa

bahan bakar dan sudut sebaran (spray angle) akibat variasi tekanan injeksi dan

diameter nosel. Eksperimen ini menggunakan bahan bakar minyak tanah (kerosene)

dan biodiesel sebagai bahan penelitian.

Page 14: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

6

Kratzeisen dan Muller, 2010 melakukan penelitian tentang kompor bertekanan

menggunakan bahan bakar minyak kelapa murni. Minyak ini belum diproses yang

menyebabkan pembentukan endapan di ujung nosel / vaporizer. Oleh karena itu,

dilakukan pengujian pengaruh kandungan asam lemak bebas minyak kelapa terhadap

kinerja dan pembentukan endapan di kompor bertekanan.

Kratzeisen dan Muller, 2010 juga melakukan penelitian mengenai pengaruh

kandungan fosfor pada minyak kelapa terhadap endapan dan kinerja kompor

bertekanan. Pemurnian minyak kelapa dengan kandungan fosfor 5.9 mg/kg digunakan

sebagai dasar pencampuran dan konsentrasinya ditingkatkan 32.2, 51.6 dan 63.0

mg/kg. Hasilnya, ketika kandungan fosfor dinaikkan maka terjadi peningkatan baik

endapan di ujung nosel / vaprorizer secara eksponensial maupun pemakaian bahan

bakar spesifiknya.

Wang X et al, 2013 melakukan studi eksperimental dan analitik pada

karakteristik semprotan biodiesel dari minyak kelapa sawit dan minyak goreng

bekas pada tekanan injeksi sangat tinggi. Parameter yang dicari adalah penetrasi

ujung semprotan versus proyeksi luasan dan volumenya pada tekanan 100, 200,

300 MPa.

Basak et al, 2013 melakukan studi mengenai kinerja alat penyemprot tekanan

kerucut berongga dan alat penyemprot fluida twin dengan minyak nabati dan

biodiesel dibandingkan. Penurunan tekanan dan laju aliran pada alat penyemprot

diukur pada temperatur dan jumlah aliran penyemprot untuk menghitung koefisien

discharge (Cd). Sudut kerucut semprotan dievaluasi dari foto optik semprotan pada

kondisi berbeda.

2.2. Viskositas Kinematik

Viskositas merupakan ukuran resistansi bahan bakar nabati yang dialirkan

dalam pipa kapiler terhadap gaya gravitasi. Viskositas mempunyai efek terhadap

derajat pemanasan awal yang diperlukan untuk handling, penyimpanan dan atomisasi.

Page 15: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

7

Pemanasan awal sangat penting untuk atomisai agar tidak terbentuk endapan karbon

pada ujung nosel. Jika bahan bakar nabati terlampau kental akan menyulitkan dalam

aliran, pemompaan dan penyalaan, jika terlalu encer akan menyulitkan penyebaran

bahan bakar nabati sehingga sulit terbakar dan akan mengakibatkan kebocoran dalam

pipa injeksi. Hukum viskositas Newton, menyatakan bahwa untuk laju perubahan

bentuk sudut fluida yang tertentu maka tegangan geser berbanding lurus dengan

viskositas. Besarnya harga kekentalan merupakan perbandingan antara tegangan

geser yang bekerja dengan kadar geseran seperti pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Definisi Kekentalan Dinamis

Secara matematis dapat ditulis

./ yu

......................................................................................................... 2.1

Dengan ketentuan:

(Poise)dinamikkekentalanμ

)(Newton/mfluidageserteganganτ 2

(m/s)permukaankeduarelatifkecepatanu

(m)lapisantebaly

u

Diam

∂y

Page 16: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

8

Viskositas dinamik atau kekentalan absolut cairan menurun dengan naikkan suhu

pada tekanan rendah. Untuk tekanan tinggi variasi viskositas cairan tidak menentu

terhadap tekanan. Viskositas kinematik merupakan perbandingan antara viskositas

dinamik terhadap kerapatan (densitas) cairan. Secara matematis dapat ditulis :

.................................................................................................................... 2.2

Dengan ketentuan:

= viskositas kinematik (Stokes)

= viskositas dinamik (Poise)

=kerapatan fluida (kg/m3)

2.3. Kerapatan atau Densitas

Kerapatan adalah massa per unit volume suatu zat pada temperatur tertentu.

Sifat ini merupakan salah satu sifat fisika yang paling sederhana yang dapat

digunakan untuk menentukan kemurnian suatu zat. Hubungan antara massa dan

volume tidak hanya menunjukan ukuran dan bobot molekul suatu komponen, tetapi

juga gaya-gaya yang mempengaruhi sifat karakteristik “pemadatan”.

Secara matematis difinisi diatas dapat ditulis :

V

m ........................................................................................................... 2.3

m = massa fluida (kg)

V = volume (m3)

2.4. Fishbone Diagram

Untuk menemukan penyebab sudut sebaran kecil maka dilakukan suatu

tindakan dan langkah perbaikan agar lebih mudah diselesaikan seperti pada gambar

2.2.

Page 17: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

9

Gambar 2.2 Fishbone diagram

Vinukumar, 2012

Kewas, 2013 Shafaee et.al, 2011

Olson, 1999 Densitas

Viskositas kinematik

Basak et al, 2013

Wang X et al, 2013 Kratzeisen dan Muller, 2010

Mofijur et al., 2012

Hossain et.al,

2012

Minyak Nabati Spray

Sifat Fisik Nosel

SPRAY ANGLE YANG TERBENTUK KECIL DIPERLUKAN PREHEATING

Page 18: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

10

BAB 3

TUJUAN DAN MANFAAT

3.1 Tujuan

Penelitian ini bertujuan untuk :

a. mengetahuai sudut sebaran yang dibentuk oleh masing-masing bahan bakar

minyak nabati.

b. mengetahui hubungan antara suhu pemanasan awal dengan sudut sebaran

yang terbentuk.

c. mengetahui hubungan antara tekanan bahan bakar dengan sudut sebaran yang

terbentuk.

3.2 Mafaat

a. Minyak nabati ramah lingkungan karena bisa diuraikan. Bila tertumpah di

tanah, minyak nabati akan terurai hingga 98%. Sedangkan produk minyak

bumi hanya akan terurai 20 sampai 40% saja.

b. Minyak nabati adalah sumber yang bisa diperbaharui.

c. Minyak nabati tidak menghasilkan emisi karbondioksida menjadi penyebab

utama pemanasan global.

Page 19: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

11

BAB 4.

METODE PENELITIAN

4.1. Rancangan Penelitian

Rancangan penelitian diawali dengan pemasangan preheater (pemanas awal)

yang diletakkan setelah pipe line dengan tujuan untuk menurunkan kerapatan dan

viskositas kinematik minyak nabati serta menjamin keseragaman aliran bahan bakar.

Preheater terbuat dari pipa tembaga tembaga berdiameter 5 mm berbentuk lurus

(straight) dengan panjang 100 mm. Pipa tembaga berbentuk straight diletakkan di

atas pemanas (heater) dengan suhu bervariasi dari 50 sampai 100 oC. Pipa preheater

tipe straight ditunjukkan seperti pada gambar 4.1.

ukuran : mm

100

210

35

5

Gambar 4.1. Pipa preheater berbentuk straight

Page 20: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

12

Metode yang digunakan adalah metode eksperimen yang mencakup berbagai

variasi suhu dan tekanan seperti ditunjukkan secara sistematis pada gambar 4.2.

Eksperimen diawali dengan memasukkan bahan bakar minyak nabati ke

dalam tabung (a). Kemudian bahan bakar diberi tekanan dengan cara memasukkan

udara ke dalam tabung menggunakan kompresor. Besaran tekanan dijaga konstan dan

setiap variasi perubahannya terbaca pada manometer (b) . Katup (c) dibuka pelan-

pelan sehingga bahan bakar minyak nabati bertekanan mengalir melalui pipe line (d),

melewati preheater (e) menuju main body nozzle (f). Sudut sebaran akan terbentuk di

ujung nosel (g) dan di capture menggunakan kamera digital.

Keterangan gambar :

a. Tabung bahan bakar.

b. Manometer.

c. Katup.

d. Pipe line.

e. Preheater tipe straight.

f. Main body.

g. Nosel.

Gambar 4.2 Set up alat penelitian.

a

b c

d

f

e g

Page 21: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

13

4.2. Subyek Penelitian.

Subyek penelitian adalah dengan melakukan pemanasan awal terhadap

minyak kelapa dan jarak pagar. Tujuannya untuk menurunkan viskositas dinamis dan

kerapatan dari minyak nabati tersebut. Dengan penurunan sifat fisik dari minyak

tersebut, maka sudut sebaran nosel akan mudah terbentuk.

4.3. Peralatan Penelitian.

Peralatan penelitian ini menggunakan injector tester beserta asesorisnya,

nosel, kamera digital, termokopel, heater, busur derajat, data logger. Adapun alat-

alat tersebut mempunyai fungsi sebagai berikut:

a. Kompresor berfungsi sebagai pemberi tekanan pada minyak nabati.

b. Nosel berfungsi sebagai untuk menghantarkan minyak nabati menuju

ruang terbuka untuk mendapatkan sudut sebaran.

c. Kamera digital digunakan untuk merekam gambar sudut sebaran.

d. Kompor listrik berfungsi sebagai preheater.

e. Termokopel digunakan untuk mengukur suhu di sudut sebaran, main body

nozzle dan heater.

f. Busur derajat berfungsi untuk mengukur sudut.

g. Data logger untuk mencatat suhu yang terekam di personal computer

4.4. Bahan Penelitian.

Bahan penelitian berupa minyak kelapa murni dan jarak pagar seperti

ditunjukkan pada gambar 4.3

Page 22: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

14

4.5. Variabel Penelitian

Variabel penelitian ini menggunakan parameter kegiatan eksperimen untuk

mengetahui pengaruh pemberian pemanasan awal (preheating) dan tekanan pada

bahan bakar minyak kelapa dan jarak pagar sebelum masuk nosel terhadap sudut

sebaran yang dihasilkan. Agar mendapatkan hasil yang sesuaai maka akan digunakan

variabel penelitian antara lain sebagai berikut:

Variabel bebas, yaitu variabel yang menyebabkan atau mempengaruhi, yaitu

pemanasan awal dan tekanan bahan bakar yang diukur, dimana akan

dimanipulasi atau dipilih untuk menentukan hubungan antar fenomena yang

diobservasi. Pemanas awal (preheater) diberikan pada nosel bervariasi antara

50 sampai dengan 100 oC, serta tekanan bervariasi antara 1 sampai 6 bar.

Variabel kontrol, yaitu variabel yang dikendalikan / dibuat konstan sehingga

tidak ada pengaruh variabel bebas terhadap variabel tergantung karena faktor

luar yang tidak diteliti. Dalam penelitian ini diameter nosel didefinisikan

konstan sebesar 0,5 mm.

Gambar 4.3 (a) minyak kelapa,

(b) minyak jarak pagar

(a) (b)

Page 23: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

15

Variabel terikat, yaitu variabel yang diobservasi atau diukur besarnya, dalam

kasus ini sudut sebaran , untuk menentukan adanya pengaruh pemanasan awal

dan tekanan bahan bakar.

4.6. Langkah-Langkah Pengambilan Data

Adapun urutan pengambilan data adalah sebagai berikut :

a. Set up alat seperti pada gambar 4.2.

b. Masukkan bahan bakar minyak kelapa ke dalam tabung dan setting tekanan

nosel sesuai yang diinginkan pada manometer.

c. Panaskan bahan bakar yang melewati pipe line menggunakan heater.

d. Capture sudut sebaran dengan menggunakan kamera yang terbentuk di ujung

nosel.

e. Catat suhu di ujung nosel, main body nozzle dan heater dengan menggunakan

data logger yang terhubung termokopel.

f. Lakukan variasi suhu dan tekanan seperti pada langkah (b) sampai (e)

sehingga setiap variasi akan didapatkan sudut sebaran.Variasi suhu 50-100 oC

di heater dan tekanan 1-6 bar di tabung bahan bakar.

g. Ulangi langkah-langkah pengambilan data mulai dari a sampai f, tetapi bahan

bakar yang digunakan minyak jarak pagar.

4.7. Alur Penelitian

Penelitian ini mengikuti alur seperti tercantum dalam gambar 4.4.

Page 24: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

16

Gambar 4.4 Alur Penelitian

Mulai

Sifat Fisik Minyak Kelapa

dan Jarak Pagar

Variasi Preheating dengan

suhu antara 50 - 100 oC

Variasi Tekanan antara 1-6 bar

dan Ø nosel = 0.5 mm

Pengukuran

sudut sebaran ϴ

Pengolahan dan

Analisa Data

Kesimpulan

Selesai

Studi literatur

Page 25: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

17

BAB 5

HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1 Hasil

Gambar 5.1 (a) menunjukan hasil penelitian sudut sebaran minyak kelapa dan

kerosine. Pengambilan data dimulai pada 50 oC dan 1 bar, dimana tidak dihasilkan

sudut sebaran. Kemudian temperatur pemanasan awal dan tekanan ditingkatkan

sampai menjadi 100 oC dan 6 bar, dimana terbentuk sudut sebaran sebesar 17°.

Bandingkan dengan minyak kerosine pada tekanan yang sama dan tanpa pemanasan

awal seperti pada gambar 5.1 (b) yang menghasilkan sudut sebaran sebesar 20o.

5.2 Pembahasan

Peningkatan temperatur pemanasan awal minyak kelapa menyebabkan

tegangan geser menurun dan kecepatan aliran fluida meningkat sehingga viskositas

kinematiknya menurun. Ketika tekanan minyak kelapa ditingkatkan maka laju aliran

fluida meningkat sehingga sudut sebaran terbentuk. Viskositas kinematik hampir

Gambar 5.1 Sudut Sebaran

(a) Minyak Kelapa, (b) Kerosine

(a) (b)

Page 26: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

18

sama ketika kerosine dipanasi pada temperatur 35oC dan minyak kelapa 90

oC seperti

pada tabel 5.1.

Tabel 5.1. Pengaruh temperatur terhadap kinematic viscosity

Temperatur (°C) Kinematic Viscosity

centistoke (cSt)

Kerosene Oil Coconut Oil

35 5.82 6.36

40 5.21 15.64

45 4.97 12.65

50 4.74 11.87

55 4.51 11.16

60 4.42 10.69

65 4.29 10.12

70 4.13 9.78

75 3.93 8.45

80 3.79 7.72

85 3.61 7.03

90 3,49 5,98

95 3.28 5.34

100 3.11 5.08

(Sumber : Angaitkar, 2013)

Viskositas merupakan ukuran resistansi bahan bakar nabati yang dialirkan

dalam pipa kapiler terhadap gaya gravitasi. Viskositas mempunyai efek terhadap

derajat pemanasan awal yang diperlukan untuk handling, penyimpanan dan atomisasi.

Pemanasan awal sangat penting untuk atomisasi agar tidak terbentuk endapan karbon

pada ujung nosel. Jika bahan bakar nabati terlampau kental, maka akan menyulitkan

dalam aliran, pemompaan dan penyalaan, sedangkan apabila terlalu encer maka akan

Page 27: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

19

menyulitkan penyebaran bahan bakar nabati sehingga sulit terbakar dan

mengakibatkan kebocoran dalam pipa injeksi.

Viskositas dinamik atau kekentalan absolut cairan menurun dengan

meningkatnya suhu pada tekanan rendah, sedangkan pada tekanan tinggi variasi

viskositas cairan tidak menentu terhadap tekanan. Viskositas kinematik merupakan

perbandingan antara viskositas dinamik terhadap kerapatan (densitas) cairan. Gambar

5.2 menunjukkan densitas metil ester sebagai fungsi temperatur, dimana kenaikan

temperatur akan menurunkan densitas biodiesel minyak kelapa ( Zarska et al. 2014).

(Sumber : ( Zarska et al. 2014)

ρ (

kg.m

-3)

T (K)

Gambar 5.2 Hubungan densitas sebagai fungsi temperatur

Page 28: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

20

BAB 6.

RENCANA TAHAP BERIKUTNYA

Rencana penelitian tahap berikutnya adalah mengubah preheating tipe straight

(gambar 6.1.a) menjadi spiral (gambar 6.1.b).

Pipa tembaga berbentuk spiral di-brassing pada plat besi, sama seperti

pengerjaan pada preheating tipe straight. Prehating tipe spiral berfungsi memperluas

bidang pemanasan minyak nabati sehingga lebih mudah mencapai titik nyala

sempurna. Dengan suhu yang ditingkatkan, ketika menuju ujung nosel akan terbentuk

sudut sebaran dan pada saat diberi energi aktivasi maka dengan mudah minyak nabati

terbakar.

(a) (b)

Gambar 6.1 Perubahan preheating

(a) tipe straight , (b) tipe spiral

Page 29: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

21

BAB 7

KESIMPULAN

Kesimpulan yang didapat dari hasil penelitian ini adalah :

a. Besar sudut sebaran minyak kelapa dengan pemanasan awal 100°C

mendekati sudut minyak tanah tanpa pemanasan awal. Hal ini disebakan oleh

viskositas minyak kelapa menurun akibat menikatnya temperatur pemanasan

awal.

b. Kenaikan temperatur pemanasan awal menyebabkan penurunan densitas dari

minyak kelapa sehingga memudahkan proses injeksi bahan bakar.

Page 30: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

22

DAFTAR PUSTAKA

Angaitkar, J. N.,2013, Temperature dependent Dynamic (Absolute) scosity of Oil,

International Journal of Engineering and Innovative Technology.

Ayhan Demirbas, 2009. Progress and recent trends in biodiesel fuels, Energy

Conversion and Management 50: 14–34.

Basak A., Patra J., Ganguly R., Datta A., 2013, Effect of transesterification of

vegetable oil on liquid flow number and spray cone angle for pressure and twin

fluid atomizers, Fuel 112 : 347-354

Chemical and Physical Data Diesel Fuel

Chen LY, Chen YH, Hung YS, Chiang TH, Tsai CH., 2013, Fuel properties and

combustion characteristics of jatropha curcas oil biodiesel–diesel blend. J Taiwan

Inst Chem Eng 44:214-220.

Hossain A.K, Davies P.A., 2012. Performance, emission and combustion

characteristics of an indirect injection (IDI) multi-cylinder compression ignition

(CI) engine operating on neat j a curcas and karanj oils preheated by jacket water.

Biomass and Bioenergy 46:332-342.

Kewas J. C., 2013, The Impacts of Coconut Oil Percentage Toward Diesel Fuel to the

Angle and Intermittent of Atomization, Indonesian Green Technology Journal 2

(2):94-97

Kratzeisen M., Müller J., 2010, Influence of free fatty acid content of coconut oil on

deposit and performance of plant oil pressure stoves, Fuel 89 : 1583–1589

Kratzeisen M., Müller J., 2010, Influence of phosphorus content of coconut oil on

deposit and performance of plant oil pressure stoves, Renewable Energy 35: 2585-

2589.

Kratzeisen M, Müller J., 2013,Suitability of Jatropha curcas seed shells as fuel for

small-scale combustion units. Renew Energy 51:46-52.

Machacon Herchel T.C. , Shiga Seiichi, Karasawa Takao, Nakamura Hisao,

Performance and emission characteristics of a diesel engine fueled with coconut

oil-diesel fuel blend, Biomass and Bioenergy Journal(20) 63-69, 2001.

Page 31: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

23

Mofijur M, Masjuki HH, Kalam MA, Hazrat MA, Liaquat AM, Shahabuddin M,

Varman M., 2012. Prospects of biodiesel from jatropha curcas in Malaysia,

Renewable and Sustainable Energy Reviews 16:5007-5020.

Olson E. O., 1999, Fuel Nozzles for Oil Burners : 1-11

Pradhan P., Raheman H., Padhee D., 2014, Combustion and performance of a diesel

engine with preheated Jatropha curcas oil using waste heat from exhaust gas, Fuel

115 (2014) 527–533

Shafaee M., Banitabaei S.A., Esfahanian V. and Ashjaee M., 2011. An investigation

on effect of geometrical parameters on spray cone angle and droplet size

distribution of a two-fluid atomizer, Journal of Mechanical Science and

Technology 25 (12): 3047-3052.

Shafaee M., Banitabaei S.A.,Ashjaee M., and Esfahanian V., 2011, Effect of flow

conditions on spray cone angle of a two-fluid atomizer, Journal of Mechanical

Science and Technology 25 (2): 365-369

Sahoo PK, Das LM., Babu M.K.G., Arora P. , Singh V.P., Kumar N.R., Varyani

T.S., 2009, Comparative evaluation of performance and emission characteristics of

jatropha, karanja and polanga based biodiesel as fuel in a tractor engine, Fuel 88:

1698-1707.

Soriano Jr. N.U. and Narani A., 2012 , Evaluation of Biodiesel Derived from

Camelina sativa Oil, Journal of the America Oil Chemists’ Society 89 : 917-923.

Vinukumar K., 2012, Experimental Evaluation on Different Viscous Fluids Spray

Characteristics in Injector Using Constant Volume Chamber, IOSR Journal of

Mechanical and Civil Engineering 1(1) : 46-50

Wang X., Huang Z., Kuti O.A., Zhang W.,Nishida K., 2010, Experimental and

analytical study on biodiesel and diesel spray characteristics under ultra-high

injection pressure, International Journal of Heat and Fluid Flow 31: 659–666.

Yuan W., Hansen A.C., Zhang Q., 2005. Vapor pressure and normal boiling point

predictions for pure methyl esters and biodiesel fuels, Fuel 84: 943-950.

Zarska M., Bartoszek K., Dzida M, 2014, High pressure physicoshemical properties

of biodiesel component derived from coconut oil or babassu oil, Fuel 125 : 144-

151

Page 32: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

24

LAMPIRAN

Lampiran 1. Surat Perjanjian Penugasan Dalam Rangka Pelaksnaan Penelitian Dana

PNBP TA 2015

Lampiran 2. Artikel Ilmiah pada seminar Konferensi Nasional Engineering

Perhotelan VI

Page 33: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …
Page 34: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …
Page 35: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …
Page 36: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …
Page 37: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

Konferensi Nasional Engineering Perhotelan VI, Universitas Udayana, 2015 161

Evaluasi Sudut Semprot Minyak Kelapa Pada Ujung Nosel Dengan Pemanasan Awal Berbentuk Straight

1) I Ketut Gede Wirawan, 1)Made Sucipta, 2) I Putu Agus Arisudana

1)Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana

Kampus Bukit Jimbaran, Bali 80362 Email: [email protected]

1)Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana

Kampus Bukit Jimbaran, Bali 80362 Email: m.sucipta@gmail,com

2) Mahasiswa Program Sarjana

Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana Kampus Bukit Jimbaran, Bali 80362

Email: [email protected]

Abstrak Masyarakat Indonesia saat ini telah menggunakan minyak kelapa sebagai bahan bakar alternatif. Negara ini memiliki lahan tanaman kelapa sekitar 3,82 juta hektar, dimana 97% dari total luas areal tersebut merupakan perkebunan rakyat. Hal inilah yang menjadikan ketersediaan minyak kelapa sangat berlimpah, sehingga mampu diaplikasikan pada banyak hal, salah satunya adalah pada bidang penelitian bahan bakar. Apabila minyak kelapa ini dijadikan bahan bakar, salah satu parameter yang harus diketahui adalah sudut semprot. Saat mengevaluasi sudut semprot, pemanasan awal diberikan ke nosel dengan luas bidang pemanasan 78.57 mm

2 dan berbentuk

lurus (straight). Hasil evaluasi sudut semprot yang diperoleh ketika suhu pemanas awal minyak kelapa mencapai 100

oC dan tekanan 6 bar adalah terbentuknya sudut semprot sebesar 17

o. Pada

tekanan yang sama apabila dibandingkan dengan minyak kerosine tanpa pemanasan awal, maka sudut semprot yang terbentuk sebesar 20

o.

Kata kunci: minyak kelapa, pemanasan awal, sudut semprot

Abstract

Indonesian people nowdays use coconut oil as an alternative fuel. This country has the largest coconut lands in the world with total area of approximately 3,82 million hectares, which 97% of them belong to the people. That is why the availability of coconut is abundant, so it can be used in many sectors, for example fuel research. If the coconut oil will be used as fuel, one of the parameters that must be known is the spray angle. While evaluating the spray angle, preheating is given to nozzle with wide area of heating 78.57 mm

2 and it is shaped straight. Result of evaluation

when the temperature of preheating oil reaches 100oC and the pressure of 6 bar is 17

O, which the

spray angle will be formed. At the same pressure if it is compared by kerosine oil without preheating, then the spray angle is 20

o.

Keyword: coconut oil, preheating, spray angle

1. PENDAHULUAN Tanaman kelapa merupakan salah satu komoditi strategis karena peranannya yang sangat

besar, baik sebagai sumber pendapatan maupun sumber bahan baku industri. Indonesia memiliki lahan tanaman kelapa terluas di dunia dengan total luas areal sekitar 3,82 juta hektar, dimana 97% nya merupakan perkebunan rakyat dengan jumlah produksi 15,9 milyar butir atau setara dengan 3,2 juta ton kopra/daging buah kelapa kering (Departemen Perindustrian, 2009). Banyak manfaat yang dapat diperoleh dari tanaman ini. Manfaat paling besar yang telah digunakan oleh masyarakat adalah daging

Page 38: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

Prosiding KNEP VI 2015 ISSN 2338-414X 162

buah kelapa. Daging buah kelapa dapat diolah menjadi berbagai macam produk olahan. Salah satu produk olahan dari daging buah kelapa adalah minyak kelapa.

Masyarakat menggunakan minyak kelapa untuk memasak makanan. Minyak kelapa juga dimanfaatkan sebagai bahan dalam pembuatan sabun, mentega, kosmetik, dan sebagai bahan alternatif pengganti bahan bakar fosil. Salah satu contoh minyak kelapa yang digunakan sebagai bahan bakar alternatif adalah biodisel, karena emisi gas buang biodesel lebih rendah dari bahan bakar diesel (Singh, 2010). Pada proses pembakaran mesin diesel, bahan bakar diesel dirubah menjadi tetesan yang halus (droplet) dengan menggunakan nosel pada injektor. Penyebaran tetesan tergantung dari sudut semprot (spray angle) yang dibentuk nosel, jadi semakin besar sudut semprot maka semakin luas penyeberan tetesan.

Menurut Vinukumar (2012), besar sudut semprot biodiesel adalah 47° sedangkan besar sudut semprot minyak tanah adalah 51°, pada tekanan dan diameter lubang nosel yang sama. Perbedaan sudut semprot ini terjadi akibat viskositas minyak yang berbeda-beda. Viskositas minyak yang tinggi akan mengurangi atomisasi minyak, sehingga sudut semprot tidak akan terbentuk.

Pembentukan sudut semprot terjadi apabila viskositas minyak kelapa menurun. Pemanasan awal (preheating) tentu diperlukan untuk menurunkannya (Alamu, O. J, 2010). Untuk mencapai itulah dilakukan penelitian untuk mengevaluasi sudut semprot minyak kelapa dan kerosine sebagai acuan pada ujung nosel.

2. METODE

Metode ini merupakan metode eksperimen yang dilakukan dengan mengevaluasi sudut semprot pada ujung nosel. Ada 2 macam kondisi yang diperhatikan disini, yaitu (i) tanpa pemanasan awal dan (ii) dengan pemanasan awal.

2.1. Set Up Alat

Gambar 2.1 menunjukkan set up alat penelitian yang dimulai dengan memasukkan minyak ke tabung (1). Udara bertekanan dimasukkan ke dalam tabung menggunakan kompresor dan besarannya dijaga konstan yang dapat dibaca oleh manometer (2). Katup (3) dibuka pelan-pelan sehingga minyak bertekanan mengalir melalui pipe line (4) menuju nosel (5) dimana pipe line dipanasi dengan heater (6). Uap minyak yang keluar dari nosel akan membentuk sudut semprot.

2.2. Tahap Pengujian

Gambar 2.1 Set up alat penelitian

1

2 3

4

5

6

Page 39: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

Konferensi Nasional Engineering Perhotelan VI, Universitas Udayana, 2015 163

Bahan penelitian ini menggunakan minyak kelapa yang dibuat secara tradisional seperti pada Gambar 2.2. Agar penelitian ini berjalan dengan baik, maka dilakukan persiapan awal yaitu pemasangan manometer di tabung dan termokopel di preheater.

Pengujian sudut semprot dilakukan tanpa pemanasan awal pada suhu lingkungan dan dengan

pemanasan awal pada suhu 100°C. Luas bidang pemanasan adalah 78.57 mm2 dengan dimensi seperti

ditunjukkan pada Gambar 2.3. Bahan bakar minyak kelapa dimasukkan ke dalam tabung sebanyak 2 liter. Udara bertekanan dialirkan ke dalam tabung menggunakan kompresor dengan variasi 1 sampai 6 bar dan pada setiap perubahan variabel tekanan, besarannya dijaga konstan. Setiap terjadi variasi tekanan, katup outlet dibuka sehingga minyak kelapa bertekanan akan mengalir menuju nosel melalui pipe line. Sudut semprot yang terbentuk di-capture menggunakan kamera.

Gambar 2.2 Minyak kelapa murni

100

210

35

5

Gambar 2.3 Detil ukuran pipe line

Page 40: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

Prosiding KNEP VI 2015 ISSN 2338-414X 164

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 3. menunjukan hasil penelitian sudut semprot minyak kelapa dengan temperatur pemanasan awal 100°C dan tekanan 6 bar, dimana terbentuk sudut semrot sebesar 17°. Bandingkan dengan minyak kerosine pada tekanan yang sama dan tanpa pemanasan awal seperti pada Gambar 3. yang menghasilkan sudut semprot sebesar 20

o. Hal ini disebakan karena viskositas kinematik minyak

kelapa menurun akibat meningkatnya temperatur pemanasan awal. Viskositas kinematik hampir sama ketika kerosine dipanasi pada temperatur 35

oC dan minyak kelapa 90

oC seperti pada tabel 1.

Tabel 1. Pengaruh temperatur terhadap kinematic viscosity

Temperatur (°C)

Kinematic Viscosity centistoke (cSt)

Kerosene Oil Coconut Oil

35 5.82 6.36 40 5.21 15.64 45 4.97 12.65 50 4.74 11.87 55 4.51 11.16 60 4.42 10.69 65 4.29 10.12 70 4.13 9.78 75 3.93 8.45 80 3.79 7.72 85 3.61 7.03 90 3,49 5,98 95 3.28 5.34

100 3.11 5.08

(Sumber : Angaitkar, 2013)

Viskositas merupakan ukuran resistansi bahan bakar nabati yang dialirkan dalam pipa kapiler terhadap gaya gravitasi. Viskositas mempunyai efek terhadap derajat pemanasan awal yang diperlukan untuk handling, penyimpanan dan atomisasi. Pemanasan awal sangat penting untuk atomisasi agar tidak terbentuk endapan karbon pada ujung nosel. Jika bahan bakar nabati terlampau kental, maka akan

Gambar 3.5 Sudut Semprot Minyak Kerosin Gambar 3.4 Sudut Semprot Minyak Kelapa

Page 41: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

Konferensi Nasional Engineering Perhotelan VI, Universitas Udayana, 2015 165

menyulitkan dalam aliran, pemompaan dan penyalaan, sedangkan apabila terlalu encer maka akan menyulitkan penyebaran bahan bakar nabati sehingga sulit terbakar dan mengakibatkan kebocoran dalam pipa injeksi. Viskositas dinamik atau kekentalan absolut cairan menurun dengan meningkatnya suhu pada tekanan rendah, sedangkan pada tekanan tinggi variasi viskositas cairan tidak menentu terhadap tekanan. Viskositas kinematik merupakan perbandingan antara viskositas dinamik terhadap kerapatan (densitas) cairan. Gambar 3.3 menunjukkan densitas metil ester sebagai fungsi temperatur, dimana kenaikan temperatur akan menurunkan densitas biodiesel minyak kelapa ( Zarska et al. 2014).

. (Sumber : ( Zarska et al. 2014)

4. SIMPULAN

Simpulan yang didapat dari hasil penelitian ini adalah : a. Besar sudut semprot minyak kelapa dengan pemanasan awal 100°C mendekati sudut minyak

tanah tanpa pemanasan awal. Hal ini disebakan oleh viskositas minyak kelapa menurun akibat menikatnya temperatur pemanasan awal.

b. Kenaikan temperatur pemanasan awal menyebabkan penurunan densitas dari minyak kelapa sehingga memudahkan proses injeksi bahan bakar.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Departemen Perindustrian, Rodmap Industri Pengolahan Kelapa, Jakarta, 2009. [2] Singh, P.J., Khurma, J. and Singh A, Coconut Oil Based Hybrid Fuels as Alternative Fuel for Diesel

Engines, 2010. [3] Vinikumar, K., Experimental Evaluation on Different Viscous Fluids Spray Characteristics in Injector

Using Constant Volume Chamber. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering. Technology Journal, 2012.

[4] Alamu, O. J., Dehinbo, O. and Sulaiman, A.M., Production and Testing of Coconut Oil Biodiesel Fuel and its Blend, Leonardo Journal of Sciences (Issue 16), 2010

[5] Angaitkar, J. N., Temperature dependent Dynamic (Absolute) scosity of Oil, International Journal of Engineering and Innovative Technology, 2013.

ρ (

kg.m

-3)

T (K)

Gambar 3.4 Hubungan densitas sebagai fungsi temperatur

Page 42: PEMBENTUKAN SPRAY ANGLE MINYAK NABATI PADA …

Prosiding KNEP VI 2015 ISSN 2338-414X 166

[6] Zarska M., Bartoszek K., Dzida M, High pressure physicoshemical properties of biodiesel component derived from coconut oil or babassu oil, Fuel 125, 2014.