studi eksperimental variasi tekanan dan ... yang digunakan pada penelitian adalah: kompresor,...

iii

STUDI EKSPERIMENTAL VARIASI TEKANAN DAN DIAMETER NOSEL

TERHADAP SUDUT SEMBURAN MINYAK JELANTAH

Oleh : I Komang Juniarta

Pembimbing I : Dr. Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT

Pembimbing II : Ainul Ghurri, ST, MT, Ph.D

ABSTRAK

Energi terbarukan dari minyak nabati salah satunya adalah minyak jelantah,

yang mampu memberikan solusi krisis energi pada masa depan. Minyak jelantah

yang digunakan secara teknis telah memenuhi syarat dijadikan sebagai bahan bakar

nabati, namun demikian kekentalan, kerapatan serta kadar asam lemak bebas yang

tinggi, dan kendala senyawa pengotor yang masih tinggi maka sulit teratomisasi pada

saat digunakan. Minyak jelantah sebelum diinjeksikan pada nosel penyemprotan

bahan bakar perlu mendapatkan perlakuan, maka dari itu Penelitian ini menguji

penyemprotan bahan bakar minyak jelantah dengan pemanasan awal dan

memberikan variasi tekanan injeksi serta variasi diameter lubang nosel.

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui perubahan karakteristik

semburan minyak jelantah pada ujung nosel, dengan pemberian variasi tekanan dan

variasi diameter nosel. Peralatan yang digunakan pada penelitian adalah: kompresor,

pressure regulator, tangki bahan bakar, pressure gauge, pipa line, pipa lilitan,

heater, keran, nosel, thermocouple, data loger, kamera dan layar warna hitam.

Penelitian dilakukan dengan cara memanaskan minyak jelantah pada pipa lilitan

dengan menggunakan heater sampai temperatur 350oC, selanjutnya diberikan

tekanan 3, 4, dan 5 bar serta memberikan variasi lubang nosel 0.4 mm, 0.5 mm, dan

0.6 mm sehingga minyak jelantah yang sudah diberikan pemanasan keluar pada

ujung nosel akan membentuk sudut semburan.

Hasil pengujian yang dilakukan mengenai pengaruh tekanan dan diameter

nosel terhadap sudut semburan minyak jelantah diperoleh bahwa, variasi tekanan

yang diberikan berpengaruh terhadap sudut semburan minyak jelantah. Peningkatan

tekanan dari 3 bar sampai 5 bar, menyebabkan peningkatan sudut semburan, selain

itu sudut semburan minyak jelantah juga dipengaruhi oleh diameter nosel. Diameter

nosel dinaikkan dari 0,4 mm sampai 0,6 mm pada tekanan 3 bar dan 4 bar terjadi

peningkatan sudut semburan, tetapi hal berbeda terjadi pada tekanan 5 bar dengan

nosel 0,6 mm terjadi penurunan sudut semburan.

Kata Kunci: Minyak Jelantah, Nosel, Sudut Semburan.

iv

EXPERIMENTAL STUDY OF VARIATION OF PRESSURE AND

DIAMETER OF NOZZLE TOWARDS THE SPRAYING ANGLE OF WASTE

COOKING OIL

Author : I Komang Juniarta

First Supervisor : Dr. Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT

Second Supervisor : Ainul Ghurri, ST, MT, Ph.D

ABSTRACT

Renewable energy from vegetable oils one of which is waste cooking oil,

which is able to provide solutions to the energy crisis in the future. waste cooking oil

that technically qualifies used as biofuel, however, viscosity, density and free fatty

acid levels are high, and the obstacles that still high impurity compound it is difficult

atomized at the time of use. Waste cooking oil before it is injected in the nozzle

spraying the fuel needed to get treatment, and therefore this study tested the fuel of

spraying cooking oil with preheating and provides injection of pressure variations

and variations in the diameter of the nozzle orifice.

The purpose of this study was to determine the changes characteristic spray

of waste cooking oil on the tip of the nozzle, with the provision of pressure variations

and variations in the diameter of the nozzle. The equipment used in the research are:

compressor, pressure regulator, fuel tank, pressure gauge, pipe line, pipe coil, heater,

valve, nozzle, thermocouple, data logger, camera and display color black. The study

was conducted by heating the cooking oil in the pipe coil using a heater to a

temperature of 350oC, then given pressure 3, 4, and 5 bar as well as provide a variety

of hole nozzle 0.4 mm, 0.5 mm and 0.6 mm so that the used cooking oil that has been

given the heat out at the end of the nozzle will form an spray angle.

Results of tests performed on the effect of pressure and nozzle diameter on

the spray angle of waste cooking oil is obtained that, variations in the pressure

exerted influence on the spray angle of waste cooking oil. Increasing pressure of 3

bar to 5 bar, causing an increase in the spray angle, spray angle than that waste

cooking oil is also influenced by the diameter of the nozzle. The diameter of the

nozzle is raised from 0.4 mm to 0.6 mm at a pressure of 3 bar and 4 bar increased the

spray angle, but different things happen at a pressure of 5 bar with a nozzle 0.6 mm

any decrease the spray angle.

Keywords: Waste Cooking Oil, Nozzle, Spray Angle.

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas

berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Studi

Eksperimental Variasi Tekanan dan Diameter Nosel Terhadap Sudut Semburan

Minyak Jelantah”. Penulis banyak mendapatkan bantuan serta bimbingan dari

beberapa pihak dalam penulisan skripsi ini, maka melalui kesempatan ini penulis

mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Dr.Ir. I Ketut Gede Sugita, MT selaku Ketua Program Studi Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana.

2. Bapak Dr. Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT Selaku Dosen Pembimbing I dan

dosen pembimbing Akademik yang telah banyak memberikan bimbingan

dan arahan dalam penulisan skripsi ini.

3. Bapak Ainul Ghurri, ST.,MT.,Ph.D Selaku Dosen Pembimbing II yang

telah memberikan bimbingan dan masukan dalam penulisan skripsi ini.

4. Bapak Dr. Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg. selaku dosen penguji.

5. Bapak Ir. Hendra Wijaksana, M.Sc. selaku dosen penguji.

6. Bapak Dr. Eng. Made Sucipta, ST.,MT. selaku dosen penguji.

7. Para Dosen Pengajar, rekan–rekan dan semua pihak di Program Studi

Teknik Mesin, yang telah banyak membantu selama proses penulisan

skripsi ini.

8. Keluarga yang selalu mendukung dan membantu dalam perkuliahan

hingga penyusunan skripsi.

Dengan segala kerendahan hati, penulis menyadari skripsi ini jauh dari

kesempurnaan, maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat

membangun dari berbagai pihak untuk dapat lebih menyempurnakan skripsi ini.

Penulis mohon maaf apabila ada kekurangan atau kesalahan dalam penulisan skripsi

ini.

Denpasar, Maret 2017

Penulis

vi

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................... i

LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................... ii

ABSTRAK ............................................................................................. iii

ABSTRACT ........................................................................................... iv

KATA PENGANTAR ........................................................................... v

DAFTAR ISI ......................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR ............................................................................. viii

DAFTAR TABEL ................................................................................. x

DAFTAR LAMPIRAN ………………………………………………….. ... xi

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

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

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

1.3 Batasan Masalah ................................................................. 3

1.4 Tujuan Penelitian ................................................................ 3

1.5 Manfaat Penelitian .............................................................. 4

BAB II DASAR TEORI ......................................................................... 5

2.1 Minyak Jelantah .................................................................... 5

2.1.1 Sifat Fisik .................................................................. 6

2.1.2 Sifat Kimia ................................................................ 7

2.2 Minyak Tanah ..................................................................... 9

2.3 Nosel .................................................................................. 10

2.4 Tekanan pada Fluida dan Penurunan Tekanan (Pressure Drop) ..... 12

2.5 Perpindahan Panas .............................................................. 13

2.5.1 Konduksi ................................................................... 14

2.5.2 Konveksi .................................................................... 14

2.5.3 Radiasi ....................................................................... 15

2.6 Atomisasi (Pengabutan ) Cairan …………………………… ...... 16

2.6.1 Tegangan Permukaan ................................................. 17

2.6.2 Viskositas .................................................................. 19

2.6.3 Densitas ..................................................................... 20

2.7 Spray Characteristics ........................................................... 22

2.7.1 Spray Tip Penetration .................................................. 22

2.7.2 Spray Angle ............................................................... 23

2.7.3 Spray Pattern ............................................................. 24

2.8 Pengukuran Sudut Semburan Nosel ................................................. 25

2.9 Penelitian-Penelitian Sebelumnya .................................................... 28

BAB III METODE PENELITIAN ........................................................ 31

3.1 Metode Penelitian ................................................................. 31

3.2 Variabel Penelitian ............................................................. 31

3.3 Diagram Alur Penelitian .................................................................. 32

3.4 Alat dan Bahan Penelitian ...................................................... 32

vii

3.4.1 Alat........................................................................... 32

3.4.2 Bahan ........................................................................ 36

3.5 Set Up Peralatan ................................................................... 36

3.5.1 Tahap Persiapan ......................................................... 37

3.5.2 Tahap Pengujian ......................................................... 38

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................. 40

4.1 Data Hasil Pengujian .......................................................... 40

4.1.1 Data Sudut Semburan Minyak Jelantah pada Diameter

Nosel 0,4 mm ............................................................. 40


Nosel 0,5 mm ............................................................. 42


Nosel 0,6 mm ............................................................. 44

4.2 Pembahasan ........................................................................ 46

4.2.1 Pengaruh Tekanan Terhadap Sudut Semburan Minyak

Jelantah ...................................................................... 46

4.2.2 Pengaruh Diameter nosel Terhadap Sudut Semburan

Minyak Jelantah ......................................................... 48

BAB V PENUTUP .................................................................................. 51

5.1 Kesimpulan......................................................................... 51

5.2 Saran .................................................................................. 51

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................. 52

LAMPIRAN

viii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Skematik Nosel ................................................................. 10

Gambar 2.2 Contoh Perpindahan Panas Konduksi .................................. 13

Gambar 2.3 Contoh Perpindahan Panas Konveksi .................................. 14

Gambar 2.4 Contoh Perpindahan Panas Radiasi ........................................... 15

Gambar 2.5 Tiga Tahap Proses Atomisasi ..................................................... 16

Gambar 2.6 Tegangan Permukaan Cairan ........................................... 18

Gambar 2.7 Hubungan antara Viskositas dan Ukuran Droplet…………… .. 19

Gambar 2.8 Pengaruh Tekanan Terhadap Ukuran Droplet ............................ 21

Gambar 2.9 Aliran Semburan dengan Berbagai Ukuran Droplet ................... 22

Gambar 2.10 Spray Tip Penetration ........................................................ 22

Gambar 2.11 Sudut Semburan pada Nosel ............................................ 23

Gambar 2.12 Pengaruh Tekanan dan Diameter Lubang Nosel Terhadap

Spray Angle .................................................................... 23

Gambar 2.13 Pengaruh Temperatur Terhadap Viskositas ........................... 24

Gambar 2.14 Hollow Cone .................................................................... 24

Gambar 2.15 Solid Cone ...................................................................... 25

Gambar 2.16 Membuka gambar pada Adobe Photoshop ............................. 25

Gambar 2.17 Memperjelas gambar dengan menambah pixels ...................... 26

Gambar 2.18 Memberikan efek posterize pada gambar .............................. 26

Gambar 2.19 Membuka layer Baru Untuk Memulai Sketch ........................ 27

Gambar 2.20 Insert Gambar Spray dengan Ikon Attach .............................. 27

Gambar 2.21 Cara Pengukuran Sudut Semburan ....................................... 28

Gambar 2.22 Pengaruh Diameter Injektor Terhadap Sudut Semprot ............. 29

Gambar 2.23 Sudut Semburan pada Berbagai Persentase Volume Minyak

Kelapa pada Bahan Bakar Diesel ......................................... 30

Gambar 3.1 Digram Alir Penelitian .................................................... 32

Gambar 3.2 Tabung Bahan Bakar ......................................................... 33

Gambar 3.3 Data Logger ..................................................................... 33

Gambar 3.4 Pipa Lilitan ...................................................................... 33

Gambar 3.5 Heater ............................................................................ 34

Gambar 3.6 Nosel .............................................................................. 34

Gambar 3.7 Kompresor ...................................................................... 34

Gambar 3.8 Pressure Regulator ............................................................ 35

Gambar 3.9 Kamera ........................................................................... 35

Gambar 3.10 Lampu ............................................................................ 35

Gambar 3.11 Layar Warna Hitam ......................................................... 36

Gambar 3.12 Minyak Jelantah ................................................................ 36

Gambar 3.13 Set Up Alat Penelitian ........................................................ 37

Gambar 3.14 Titik-Titik Pemasangan Thermocouple ................................. 38

Gambar 3.15 Capture Spray .................................................................. 39

Gambar 4.1 Sudut Semburan pada Diameter Nosel 0.4 mm dengan

Tekanan (a) 3 bar, (b) 4 bar, (c) 5 bar ................................... 41


ix




Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Tekanan Terhadap Sudut Semburan Minyak

Jelantah ........................................................................... 47

Gambar 4.5 Grafik Pengaruh Diameter Nosel Terhadap Sudut Semburan

Minyak Jelantah ................................................................ 49

x

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Sifat Fisik dan Kimia Minyak Jelantah ................................... 7

Tabel 2.2 Hasil Uji ASTM Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas ................ 8

Tabel 2.3 Perbandingan Spesifikasi Solar, Spesifikasi Minyak Jelantah ...... 8

Tabel 2.4 Spesifikasi Bahan Bakar Minyak Tanah ....................................... 9

Tabel 2.5 Surface Tension of Familiar Liquids ...................................... 19

Tabel 4.1 Uji Sudut Semburan Minyak Jelantah ..................................... 46

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Pernyataan .................................................................................... 55

Lampiran 2. Hasil Turnitin ............................................................................... 56

Lampiran 3. Data Hasil Penelitian .................................................................. 57

Lampiran 4. Foto-Foto Penelitian .................................................................... 59

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sumber energi utama diberbagai negara masih tergantung pada bahan bakar

fosil. Sumber energi yang digunakan pada transportasi dan mesin-mesin industripun

masih dominan menggunakan bahan bakar fosil. Banyaknya eksploitasi yang

dilakukan, menyebabkan keberadaan minyak bumi semakin terancam dan harganya

menjadi meningkat secara tajam. Tingginya pemanfaatan bahan bakar fosil

mengakibatkan berbagai dampak negatif terhadap lingkungan seperti: Pencemaran

lingkungan, pemanasan global, hujan asam, dan berdampak buruk pada kesehatan

manusia.

Kebutuhan energi di dunia maupun di Indonesia kini semakin meningkat. Hal

tersebut disebabkan oleh pertumbuhan penduduk, pertumbuhan ekonomi, dan pola

konsumsi energi yang semakin meningkat. Ketersediaan energi di Indonesia semakin

lama semakin menipis. Data konsumsi BBM Indonesia pada tahun 2014 mencapai

70,7 juta kilo liter (Kementerian ESDM, 2015). Keadaan ini menyebabkan para

peneliti dan pemerintah harus berpikir ekstra, mengenai cara untuk mencegah

terjadinya kelangkaan energi. Upaya yang dapat dilakukan adalah mencari sumber-

sumber energi lain yang dikenal dengan energi terbarukan.

Energi terbarukan adalah energi yang berasal dari bahan-bahan yang terdapat

di alam dan dapat diproduksi dalam waktu yang cepat atau tidak akan habis. Undang-

Undang No. 30/2007 tentang energi pasal 20 ayat 4 menyatakan bahwa penyediaan

dan pemanfaatan energi baru dan terbarukan wajib ditingkatkan oleh pemerintah

pusat dan pemerintah daerah sesuai dengan kewenangannya. Salah satu jenis dari

energi terbarukan tersebut adalah bahan bakar yang diproduksi dengan menggunakan

minyak nabati yang ketersediaannya berlimpah dan ramah lingkungan.

Krisis energi beberapa tahun terakhir ini, menyebabkan seluruh dunia termasuk

Indonesia berusaha mencari sumber-sumber energi terbarukan seperti minyak nabati

(Kewas, 2013). Salah satu energi terbarukan dari minyak nabati yaitu minyak

jelantah, yang mampu memberikan solusi krisis energi pada masa depan. Minyak

goreng bekas (waste cooking oil) yang biasa disebut minyak jelantah, sangat

2

potensial diolah menjadi biodiesel. Pemanfaatan minyak jelantah di Indonesia masih

belum berkembang saat ini. Minyak jelantah yang dihasilkan perusahaan besar dijual

ke pedagang kaki lima, kemudian digunakan untuk menggoreng makanan olahan dan

sebagian lagi hilang begitu saja ke saluran pembuangan. Potensi produksi minyak

jelantah akan meningkat seiring dengan meningkatnya produksi dan konsumsi

minyak goreng.

Data statistik menunjukkan bahwa rata-rata konsumsi minyak goreng perkapita

dari tahun 2007 sampai dengan 2014 adalah 0,2 liter perminggu (BPS, 2015). Jumlah

penduduk indonesia saat ini mencapai 255 juta, maka konsumsi minyak goreng di

Indonesia juga sangat tinggi mencapai 51 juta liter perminggu. Berdasarkan data

tersebut dapat simpulkan meningkatnya konsumsi dan produksi nasional minyak

goreng akan berkorelasi dengan ketersediaan minyak jelantah yang semakin

meningkat pula.

Minyak jelantah merupakan limbah yang mengandung senyawa-senyawa yang

bersifat karsinogenik, yang terjadi selama proses penggorengan. Pemakaian minyak

jelantah secara terus-menerus dapat menyebabkan kerusakan pada tubuh manusia,

misalnya dapat menyebabkan penyakit kanker, dan akibat selanjutnya dapat

mengurangi kecerdasan generasi berikutnya (Julianus 2006). Untuk itu diperlukan

penanganan yang tepat agar limbah minyak jelantah ini dapat bermanfaat dan tidak

menimbulkan kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan.

Penggunaan minyak jelantah secara teknis telah memenuhi syarat dijadikan

sebagai bahan bakar nabati, namun demikian kekentalan, kerapatan serta kadar asam

lemak bebas yang tinggi, dan kendala senyawa pengotor yang masih tinggi. Untuk

itu perlu dilakukan kajian pemurnian dan karakterisasi minyak jelantah terutama

penurunan viskositasnya agar minyak jelantah ini lebih mudah teratomisasi pada saat

diinjeksikan pada nosel, disamping itu agar kriteria minyak jelantah ini memenuhi

kriteria minyak fosil seperti minyak tanah dan Solar. Penurunan viskositas ini

dilakukan dengan pemanasan awal (preheating) kemudian dilakukan pengujian

untuk mengetahui karakteristik fisik minyak jelantah yang meliputi sudut semburan,

panjang semburan serta ukuran butiran (droplet). Berdasarkan latar belakang di atas,

mendorong penulis untuk melaksanakan penelitian dengan judul “Studi

Eksperimental Variasi Tekanan dan Diameter Nosel Terhadap Sudut

3

Semburan Minyak Jelantah”. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan

gambaran umum karakterisitik minyak jelantah dalam hal sudut semburan

berdasarkan beberapa perlakuan yang diberikan.

1.2 Rumusan masalah

Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat dirumuskan masalah sebagai

berikut:

1. Bagaimana perubahan karakteristik semburan minyak jelantah pada ujung

nosel dengan pemberian variasi tekanan.

2. Bagaimana perubahan karakteristik semburan minyak jelantah pada ujung

nosel dengan pemberian variasi diameter nosel.

1.3 Batasan Masalah

Adapun permasalahan yang ada di atas perlu diberikan batasan agar

permasalahan tersebut nantinya memberikan gambaran yang lebih jelas mengenai

masalah yang akan dikaji. Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :

1. Jenis Minyak yang digunakan dalam penelitian adalah minyak jelantah yang

didapat dari yayasan Lengis Hijau Denpasar.

2. Luas bidang pipa minyak jelantah yang mendapat pemanasan 305,2 cm2.

3. Temperatur Pemanasan pipa minyak jelantah 350oC.

4. Diameter lubang nosel yang digunakan dalam penelitian dengan ukuran 0,40

mm, 0,50 mm, dan 0.60 mm.

5. Variasi tekanan yang diberikan 3 bar, 4 bar, dan 5 bar.

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian yang akan dilakukan adalah :

1. Untuk mengetahui perubahan karakteristik semburan minyak jelantah pada

ujung nosel dengan pemberian variasi tekanan.

2. Untuk mengetahui perubahan karakteristik semburan minyak jelantah pada

ujung nosel dengan pemberian variasi diameter lubang nosel.

3. Untuk mengetahui sudut semburan yang menghasilkan butiran (droplet) yang

halus dengan perlakuan yang diberikan.

4

4. Untuk mempelajari potensi minyak nabati khususnya minyak jelantah sebagai

bahan bakar alternatif.

1.5 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan gambaran umum mengenai

karakteritik semburan minyak jelantah terutama dalam hal sudut semburan.

Disamping itu penelitian ini diharapkan dapat diaplikasikan untuk kompor tekan,

kompor mayat, dan pemanas bioler. Penelitian ini diharapkan juga dapat memberikan

kontribusi positif bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya

untuk bidang pembakaran dan energi terbarukan (Renewable Energi).

studi eksperimental variasi tekanan dan ... yang digunakan pada penelitian adalah: kompresor,...

Documents