## KARAKTERISTIK SPRAY BAHAN BAKAR CAMPURAN MINYAK DIESEL DAN BIODIESEL CALLOPHYLLUM INOPHYLLUM
Muhammad Lutfi Azis 1 , Lukman Hakim 2 , Nasrul Ilminnafik 3*
1 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Jember, Jl. Kalimantan 37 Jember
2 Program Studi Magister Teknik Mesin, Universitas Jember, Jl. Kalimantan 37 Jember
3 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember Jl. Kalimantan 37 Jember 68121
Email: *nasrul.teknik@unej.ac.id

## ABSTRACT
The characteristic of spray largely determines of combustion quality. Before testing the fuel of diesel engine,  characteristic  of  spray  is  needed  to  know.  Biodiesel  made  from  nyamplung  seeds (callophyllum  inophylum)  mixed  with  diesel  oil  for  spray  characteristics  test.  The  research  was conducted at 1 atm ambient pressure, 15 MPa injection pressure. The fuel used Oil diesel added biodiesel variation B0, B20, B30, dan B100. The fuel mixture sprayed by nozzle tester and recorded using a 480 fps camera at 224x168 resolution to cognize spray tip penetration and spray angle. The result of research showing viscosity of fuel mixture has huge impact on spray characteristic. At high viscosity, longer spray tip penetration longer and smaller spray angle. Its affects the homogeneity of the mixture of fuel and the air.
Keywords: spray characteristic, biodiesel, callophyllum inophylum

## PENDAHULUAN
Indonesia  yang  merupakan  negeri  agraris memiliki  potensi  besar  sebagai  sumber  energi nabati (biodiesel). Di antara yang sudah dilakukan penelitian adalah pembakaran biodiesel dari bahan biji bunga matahari [1], biji pohon jarak- Jatropha Curcas [2],  biji  nyamplung- callophyllum inophyllum [3], dan ampas kelapa [4]. Salah satu potensi  yang  belum  banyak  dimanfaatkan  adalah biji nyamplung [5] yang banyak terdapat di daerah jawa timur terutama daerah tapal kuda. Alasan lain perlunya eksplorasi biodiesel dari biji callophyllum  inophyllum adalah  memiliki yield yang  cukup  tinggi.  Ong,  dkk,  2014  mendapatkan yield dari  biodiesel callophyllum  inophyllum mencapai  yaitu  98,82%  [6].  Sejumlah  penelitian pada  bahan    bakar  biodiesel  nyamplung  telah dilakukan  untuk  mengetahui  karakteristiknya  [7] dan  [8],  perilaku  pembakarannya  [3],  dan pengujian performance pada mesin diesel [7] dan [9]. Kualitas pembakaran
sangat mempengaruhi  kinerja  ( performance )  mesin diesel.  Kualitas  pembakaran  sangat  ditentukan oleh  banyak  faktor,  salah  satu  yang  paling berpengaruh adalah karakteristik spray dari bahan bakar  pada nozzle. Sejumlah  penelitian  telah dilakukan untuk mengetahui karakteristik semprotan ( spray ) pada berbagai variasi penelitian, diantaranya variasi tekanan injeksi dan variasi lubang injector [10] dan variasi impingement distance on flat-wall [11]. Penelitian karakteristik spray umumnya masih menggunakan
bahan bakar minyak diesel. Karakteristik semprotan pada bahan bakar diesel yang dicampur biodiesel diantaranya telah dilakukan Ghurri, dkk (2011)  [12]  dan  2012  [13]),  yang  meliputi tip penetration dan  sudut  semprotan,  baik  kualitas mupun  kuantitasnya.  Dari  sejumlah  penelitian yang  ada,  karakteristik spray dari  biodiesel callophyllum inophyllum belum pernah dilakukan. Penelitian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui karakteristik spray dari  bahan  bakar  campuran biodiesel callophyllum  inophyllum dan minyak diesel dengan beberapa komposisi campuran.
Gambar 1. Skema penelitian karakteristik spray

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  tentang  pengaruh  penambahan biodiesel  dari  biji  nyamplung  ( callophyllum inophyllum) pada  minyak  diesel,  terhadap karakteristik spray (semprotan)  dilakukan  pada tekanan chamber ( ambient) 1  atm  dengan  skema penelitian ditunjukkan pada Gambar 1.
Minyak  diesel  yang  digunakan  pada penelitian  ini  diperoleh  dari  PT  Pertamina Indonesia sebelum  dicampur  dengan  biodiesel. Pada  penelitian  ini,  biodiesel  dibuat  dari  biji nyamplung.  Sebelum  diuji spray ,  bahan  bakar minyak  diesel  dan  biodiesel  masing-masing  diuji viskositas  dengan  standar  ASTM  D-45 dan flash point dengan standar ASTM D-93.
Untuk mengetahui pengaruh campuran  minyak  diesel  dan biodiesel,  keduanya dicampur dengan komposisi sama dan sedikit lebih banyak dengan yang dilakukan oleh PT Pertamina Indonesia,  sehingga  ditetapkan  campurannya adalah B20 (20% biodiesel), B30 (30% biodiesel). Penelitian dilakukan pada tekanan ambient 1 atm dan temperature udara  lingkungan.  Kondisi penelitian spray secara lengkap ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Kondisi Penelitian Fuel Campuran Minyak Diesel dan Biodiesel Nyamplung (B0, B20, B30, B100) Ambient condition Ambient gas Ambient pressure (atm) Ambient temperature (K) Udara 1 300 Injector and injection condition Injector type Number of nozzle holes Injection pressure MPa Nozzle 1 15 Hasil spray direkam dengan menggunakan high speed camera Fuji Fine Pix HS 10 pada 480 fps  ( frame  per  second )  pada  resolusi  224x168. Gambar  semprotan    diukur  perubahan  panjang semprotan  ( tip  penetration )  dan  sudut  semprotan ( spray  angle )  dan  dilakukan  analisa  bagaimana pengaruh  campuran  bahan  bakar  terhadap karakteristik  semprotan.  Panjang  semprotan  ( tip penetration )  adalah  jarak  antara  ujung  nosel ( nozzle  tip )  dan  ujung  semprotan.  Adapun  sudut semprotan ( spray angle ) adalah sudut spray pada jarak  maksimal  2/3  dari tip  penetration . Tip penetration dan spray  angle ditunjukkan  pada Gambar 2.
Gambar 2. Definisi tip penetration dan spray angle [13]

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Telah  dilakukan  penelitian  karakteristik spray bahan  bakar  campuran  minyak  diesel  dan biodiesel  yang  dibuat  dari  biji  nyamplung  pada beberapa variasi komposisi. Minyak diesel dari PT Pertamina  dan  biodiesel  yang  dibuat  diuji karakteristiknya,  dan  hasilnya  ditunjukkan  pada Tabel  2.  Hasil  yang  diperoleh  sesuai  dengan penelitian Ghurri, dkk (2012) bahwa bahan bakar biodiesel  memiliki  viskositas  lebih  tinggi  (4  cSt) dibandingkan minyak diesel (3,25 cSt) [13].
Tabel 2. Karakteristik bahan bakar yang digunakan
Parameter Satuan Hasil pengujian Minyak diesel (B0) Biodiesel (B100) Flash point °C 52 192 Viscosity 40 °C cSt 2 4
Adapun  karakteristik spray (semprotan) pada  variasi  komposisi  campuran  bahan  bakar ditunjukkan  pada  Gambar  3,  dimana  gambar tersebut diambil pada waktu (t) ke 6,25 ms. Pada gambar  tersebut  terlihat, spray  tip  penetration pada  minyak  diesel  (B0)  paling  pendek. Penambahan  biodiesel  menyebabkan spray  tip penetration meningkat. Spray  tip  penetration paling  panjang  terjadi  pada  biodiesel  B100.  Ini menunjukkan  pada  semprotan  dengan  viskositas bahan  bakar  yang  tinggi  (B100)  lebih  mudah menerobos  udara ambient sehingga  dalam  waktu lebih singkat mencapai spray tip penetration yang panjang.  Ini  berbeda  pada  bahan  bakar  dengan viskositas lebih rendah (B0), lebih sulit menerobos udara ambient ,  sehingga spray  tip  penetration lebih pendek.
Gambar 3. Karakteristik Spray dengan variasi campuran pada t=6,25ms
Nilai spray  tip  penetration lebih  jelas ditunjukkan pada Gambar 4. Pada gambar tersebut terlihat  bahwa  pada  B0  (100%  minyak  diesel) spray  tip  penetration paling  pendek  (569mm). Penambahan  biodisel  menyebabkan spray  tip penetration semakin  panjang.  Dan  pada  100% biodiesel  (B100),  memiliki spray  tip  penetration terpanjang, 662mm.
Gambar 4. Spray tip penetration pada t=6,25 ms
Pada  Gambar  5  ditunjukkan  pengaruh campuran  biodiesel  dan  minyak  diesel  terhadap spray  angle .  Dari  gambar  tersebut  terlihat,  pada bahan bakar minyak diesel (B0) mempunyai spray angle terbesar dan penambahan biodiesel menyebabkan spray angle semakin kecil.
Gambar 5. Spray angle pada t=6,25ms
Hal  ini  menunjukkan  bahwa  pada  bahan bakar  dengan  viskositas  tinggi  menyebabkan massa  jenisnya  meningkat  sehingga  momentum yang terjadi ketika spray menembus udara ambient lebih  besar.  Hal  ini  menyebabkan spray  tip penetration semakin meningkat/ panjang sehingga sudut  semprotan  semakin  kecil.  Kondisi  ini mempengaruhi homogenitas dari campuran bahan bakar dan udara.
Hasil  ini  sesuai  dengan  penelitian  yang dilakukan  Ghurri,  dkk  (2012)  bahwa  biodiesel dengan  viskositas  lebih  tinggi  akan  memiliki tip penetration lebih  panjang  dan spray  engle yang lebih kecil [13]. Penelitian ini juga sesuai dengan penelitian  Pramana,  dkk  (2015)  yang  meneliti biodiesel  dari  biji  alpukat,  yang  menyatakan bahwa  peningkatan  viskositas  bahan  bakar mempengaruhi bentuk semprotan bahan bakar dan menyebabkan  atomisasi  bahan  bakar  rendah sehingga mesin sulit dihidupkan dan kualitas emisi semakin  menurun  [14].  Untuk  memperbaiki karakteristik spray menggunakan  biodiesel  ini, perlu dilakukan penelitian karakteristik spray pada tekanan  injeksi  dan  tekanan ambient yang  lebih tinggi untuk mendapatkan kondisi yang mendekati dengan kondisi mesin diesel.

## KESIMPULAN
Karakteristik bahan bakar sangat menentukan karakteristik spray , baik tip penetration maupun spray  engle .  Semakin meningkat viskositas, spray tip penetration makin panjang  dan spray  angle semakin  kecil.  Untuk meningkatkan kualitas pembakaran perlu diperhatikan karakteristik spray . Viskositas adalah parameter  yang  penting  untuk  diketahui  sebelum melakukan pengujian performance mesin diesel.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] A.  Uyaro,  Uyumaz  A.  Celikten  I.  2017. Comparison of the Combustion, Performance,and  Emission  Characteristics  of Inedible  Crambe  abyssinica  Biodiesel  and Edible  Hazelnut,  Corn,Soybean,  Sunflower, and Canola Biodiesels. Environmental Progress & Sustainable Energy 00 (00) 1-10.
[2] Arizal,  M. A. A.a, Azman, A. H.a,Jaafar,  M. N.    M.a,c,  Wan  Omar,  W.  Z.June.  2015.
Combustion Performance of Jatropha Biodiesel  in  An  Oil  Burner  System. Jurnal Teknologi (Sciences  &  Engineering) .  77  (8)
47–51.
[3] H.H.  Bachtiar,  B.A.  Fachri,  N.  Ilminnafik. 2019.  Flame  Characteristics  of  Diffusion  of Calophyllum  inophyllum  Methyl  Ester  on Mini  Glass  Tube. Journal  of  Advanced Research  in  Fluid  Mechanics  and  Thermal Sciences. 57 ( 1). 40-47
[4] Setiyawan,  DS,  N.  Ilminafik,  H.  Sutjahjono, D.T  Vicca  and  S.  A.  Farisi.  2019.  Premixed
Combustion Characteristics Between Biosolar that Producted Pertamina with Biodiesel from Coconut  Waste  (Coconut  Nucifera). Journal of Engineering and Applied Science ,
[5] A.  Arumugam,  dan  V.  Ponnusami.  2019. Biodiesel  production  from  Calophyllum inophyllum  oil  a  potential  2non-edible feedstock: An  overview.  Renewable  Energy . 131. 459-471.
[6] Ong  H.C.,  Masjuki  HH,  Mahlia  TMI, Silitonga AS, Chong WT, Talal Yusaf. 2014. Engine  performance  and  emissions  using Jatropha  curcas,  Ceiba  pentandra  and Calophyllum  inophyllum  biodiesel  in  a  CI diesel engine. Energi . 69: 427- 445
[7] H. Juwono, Sutarno T., Wahyuni E.T., Ulfin I, and  Kurniawan  F.    2017.  Production  of Biodiesel  from  Seed  Oil  of  Nyamplung (Calophyllum  inophyllum)  by  Al-MCM-41 and  Its  Performance  in  Diesel  Engine. Indones. J. Chem. 17 (2). 316-321
[8] R.  Musta,  Haetami  A.,  Salmawati  M.  2017. Biodiesel of The Transesteriffication
Production of  Calophyllum inophyllum  Seed Oil  From  Kendari  Using  Methanol  Solution.
Ind. J. Chem. Res . 4(2), 394-401
[9] B.  Ashok,  K.  Nanthagopal,  D.  Sakthi Vignesh.  2018.  Calophyllum  inophyllum methyl  ester  biodieselblend  as  an  alternate fuel for diesel engine applications. Alexandria Engineering Journal . 57  1239–1247.
[10] R. Mahmud, Toru Kurisu, Onur Akgol, Keiya Nishid, Yoichi Ogata. 2019. Characteristics of Flat-Wall Impinging Spray Flame and Its Heat Transfer under Diesel Engine-Like Condition: Effects  of  Injection  Pressure,  Nozzle  Hole Diameter  and  Impingement  Distance. JSAE 20199255 SAE 01-2183
[11] R. Mahmud , Kurisu T., Nishida K., Ogata Y., Kanzaki  J  and    Akgol  O.  2019.  Effects  of injection  pressure  and  impingement  distance on flat-wall impinging spray flame and its heat flux  under  diesel  engine-like  condition. Advances in Mechanical Engineering , Vol. 11 (7) 1–15.
[12] A. Ghurri, Kim J., Song K-K, Jung J.Yo and Kim  H.G.  2011.  Qualitative  and  quantitative analysis of spray characteristics of diesel and biodiesel  blend  on  common-rail  injection system,  Journal  of  Mechanical  Science  and Technology 25 (4) 885-893.
[13] A.  Ghurri,  Kim  J.D.,  Hyung  G.K.,  Jung  J.Y and  Song  K-K.  2012.  The  effect  of  injection pressure  and  fuel  viscosity  on  the  spray characteristics  of  biodiesel  blends  injected into  an  atmospheric  chamber  -  The  African, Asian, Polynesian and Pacific  Panacea,” Int.
J. Cosmet. Sci. , 26 (9) 2941-2947.
[14] AASD  Pramana,  Kusuma  IGBW,  Widiarta IM.  2015.  Pengujian  Performance  Biodiesel Biji  Alpukat  ditinjau  dari  Karakteristik Panjang Penyemprotran dan Ukuran Butiran. Jurnal Logic . 15 (3) 164-170.