## Distribusi Ukuran Droplet Bahan Bakar Minyak Jelantah Sepanjang
Region Semburan Nosel Seberhana
I K.G. Wirawan* , Ainul Ghurri, W. N. Septiadi Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana Kampus Bukit Jimbaran Badung 80361 Email : ikgwirawan@unud.ac.id

## Abstract
Biodiesel is environmentally friendly fuel because it is a energy source of clean and renewable. The use of waste cooking oil (WCO) as a raw material for biodiesel is increasing because of its abundant availability, safe to store, and easy to handle. Fuel sprays are used in the combustion process for the purpose of obtaining energyand power. Low viscosity and high injection pressure will result in small droplet diameter, large spray angle  and formation approaching  homogeneous  mixture during  combustion. The  purpose of  this  paper is to investigate  the  effect  of  injection  pressure  and  preheating  temperature  on  the  characteristics  of  the  droplet spray region.WCO as a research  material is taken from hotels and  restaurants in Bali. It is collected by the Lengis Hijau Foundation. Experiment begins by  putting WCO into  a tube through a fuel intake. Pressurized air  is  injected  into  the  tube.  The  valve  is  opened  slowly  so  that  the  WCO  flows  through  the  pipe  line  to  the spiral  pre-heater  at  a temperature  of350°C  and a  pressure of 3bar. Furthermore,  WCO  flows into  the  main body and spray at the tip of the nozzle. This WCO spray was captured using a camera. This experiment was repeated with pressure and temperature respectively 4, 5 bar and 360,370,380, 390oC. he results of this study is the distance of the nozzle spray farther, then the average size of the droplets obtained getting smaller. The increase in pressure causes a decrease in average droplet size. It is obtained at 360 °C and 5 bar respectively.
Keywords: waste cooking oil, nozzle spray, droplet size
Abstrak
Biodiesel  adalah  bahan  bakar  ramah  lingkungan  karena  merupakan  sumber  energi  bersih  dan terbarukan.  Pemakaian  minyak  jelantah  (waste  cooking  oil  /  WCO)  sebagai  bahan  baku  biodiesel  terus meningkat karena ketersediannya berlimpah, aman untuk disimpan, dan mudah ditangani. Semburan bahan bakar digunakan dalam proses pembakaran untuk tujuan mendapatkan energi dan tenaga. Viskositas rendah dan  tekanan  injeksi  tinggi  akan  dihasilkan  diameter  droplet  kecil,  sudut  kerucut  semburan  besar  dan pembentukan  mendekati  campuran  homogen  selama  pembakaran.  Tujuan  dari  makalah  ini  adalah  untuk mengetahui pengaruh tekanan injeksi dan temperatur pemanasan awal dengan terhadap karakteristik daerah semburan  droplet. Minyak  jelantah sebagai bahan  penelitian  diambil dari  hotel dan restauran  yang  ada  di Bali.  Minyak  ini  dikumpulkan  oleh  Yayasan  Lengis  Hijau.  Percobaan  diawali  dengan  memasukkan  minyak jelantah ke tabung melalui fuel intake. Udara bertekanan diinjeksikan ke dalam tabung. Katup dibuka pelan- pelan  sehingga  minyak  jelantah  mengalir  melalui  pipe  line  menuju  pemanas  awal  berbetuk  spiral  pada temperatur  350 o C  dan  tekanan  3  bar.  Selanjutnya  minyak  jelantah  mengalir  menuju  main  body  dan menyembur  di  ujung  nosel  Semburan  WCO  ini  ditangkap  menggunakan  kamera.  .Percobaan  ini  diulang dengan  tekanan  dan  temperatur  masing-masing  4,  5  bar dan 360,370,380, 390 o C.  Hasil dari  penelitian ini adalah  jarak  semburan  nosel  semakin  jauh,  maka  ukuran  rata-rata  droplet  yang  didapat  semakin  kecil. Kenaikan  tekanan  menyebabkan  penurunan  ukuran  rata-rata  droplet.  Ukuran  rata-rata  droplet  minimal didapat masing-masing pada temperatur 360 o C dan tekanan 5 bar.
Keywords: minyak jelantah, semburan nosel, ukuran droplet

## PENDAHULUAN
Pertumbuhan penduduk dan ekonomi membutuhkan lebih  banyak energi  maupun  sumber daya  alam.  Isu  lingkungan  dan  ketersediaan  bahan bakar  fosil  telah  mendorong  penelitian  tentang bahan  bakar  alternatif  seperti  biodiesel.  Biodiesel sebagai  sumber  energy  terbarukan  terus  menjadi penelitian untuk mencapai ekonomi energi
berkelanjutan sekaligus  mengurangi  ketergantungan  pada  bahan bakar  fosil.  Selain  itu,  permintaan  biodiesel  di seluruh  dunia  sebagai  bahan  bakar  alternatif semakin meningkat akibat krisis sumber energi.
Biodiesel adalah bahan bakar ramah lingkungan,  yang  merupakan  salah  satu  sumber energi bersih dan terbarukan. Bahan bakar biodiesel biasanya terbuat dari reaksi transesterifikasi minyak
hewan  [1]  atau  minyak  nabati  [2].  Kandungan oksigen  dalam  biodiesel  sebesar  10.8%  [3]  yang menghasilkan  perbaikan  proses  pembakaran  dan pengurangan  emisi  dari  pembakaran  diesel  [4]. Pemanfaatan  minyak  jelantah  (waste  cooking  oil  / WCO)  sebagai  bahan  baku  biodiesel  meningkat terutama  karena  WCO  ketersediannya  berlimpah, aman  untuk  disimpan,  mudah  ditangani  dan terbarukan.  Kandungan  belerang  biodiesel  WCO dapat  diabaikan  dibandingkan  dengan  diesel  yang menghasilkan  lebih  sedikit  kemungkinan  hujan asam  yang  disebabkan  oleh  emisi  sulfur  dioksida [5], [6], [7].
Selain  itu,  WCO  bisa  dijadikan  biodiesel melalui  proses  transesterifikasi  trigliserida  dengan metanol  dan  menggunakan  kaltalis  tanah  liat  [8]. Produk  dari  proses  ini  dikenal  dengan  nama  fatty acids  methyl-esters  (FAME).  Studi  yang  dilakukan pada FAME [9], [10], [11] menunjukkan hasil yang menjanjikan  dibandingkan  dengan  bahan  bakar diesel berdasarkan kinerja mesin dan emisi masing- masing.  Namun,  FAME  lebih  mahal  dari  pada WCO  karena  pengolahan  kimia  dan  mekaniknya. Minat  WCO  sebagai  pengganti  diesel  berasal  dari proses produksi  yang sederhana,  yang membuatnya lebih murah dari pada FAME.
Semburan  bahan  bakar  biasanya  digunakan dalam proses pembakaran untuk tujuan mendapatkan  energi  dan  tenaga.  Sementara  itu, nosel  effervescent  bahan  bakar  dan  bahan  bakar memainkan peran penting dalam atomisasi semburan dan pembentukan campuran bahan bakar udara  untuk  meningkatkan  kinerja  pembakaran, dan  mengurangi  beberapa  produk  polutan  [12]. Selain  itu,  banyak  penyelidikan  telah  dilakukan secara eksperimen dan numerik terhadap pembakaran  dengan  menggunakan  biodiesel  emisi. Namun,  studi  terperinci  tentang  karakteristik semburan  jarang  ditemukan  dalam  literatur  untuk biodiesel  [13]  dan  bahan  bakar  multi  komponen [14].
Kecepatan  droplet  yang  dikondisikan  pada ukurannya  dievaluasi  dan  menunjukkan  droplet yang  lebih  besar  umumnya  memiliki  komponen kecepatan rata-rata dan fluktuasi yang lebih rendah daripada  droplet  ukuran  yang  lebih  kecil.  [15]. Selain  itu,  viskositas  rendah  dan  tekanan  injeksi tinggi  mengurangi  diameter  droplet,  meningkatkan sudut kerucut semburan dan mendekati pembentukan campuran homogeny selama pembakaran  [16].  Oleh  karena  itu,  tujuan  dari makalah  ini  adalah  untuk  mengetahui  pengaruh tekanan injeksi dengan memperhatikan pembentukan campuran semburan melalui karakteristik daerah semburan sepanjang aliran.

## MATERIAL DAN METODE
Bahan  yang  digunakan  minyak  jelantah yang  diambil  dari  hotel  dan  restauran  yang  ada di  Bali.  Minyak  jelantah  dikumpulkan  oleh Yayasan  Lengis  Hijau.  Pengujian  komposisi minyak  dilakukan  di  Laboratorium  Pengujian dan  Penelitian  Terpadu  Universitas  Gajahmada dengan komposisi seperti pada tabel 1.
Tabel 1. Prosentase kandungan minyak jelantah No Content Percentage (%) 1 Methyl Laurate 0.24 2 Methyl Tetradecanoate 0.89 3 Methyl Palmitate 0.61 4 Methyl Palmitoleate 34.84 5 Cis-10-Heptadecenoic Methyl 0.57 Ester
6
Lenolelaidic Acid Methyl 56.31 Ester 7 Methyl Lenoleate 4.34 8 Methyl Aracehidate 0.77 9 Gamma-lenolenic Acid 0.15 Methyl Ester 10 Methyl Cis-11-eicocenoate 0.31 11 Cis-11-14-eicosadienoic Acid 0.34 Methyl Ester 12 Methyl Docosanoate 0.43 13 Methyl Cis-5-8-11-14-17- 0.09 Eicosapentaenoate 14 Other 0.11
Percobaan  diawali  dengan memasukkan minyak  jelantah  ke  tabung  melalui  fuel  intake. Udara  bertekanan  masuk  ke  dalam  tabung menggunakan kompresor dan besaran tekanannya  3  bar  seperti  pada  Gambar  1.  Katup dibuka  pelan-pelan  sehingga  minyak  jelantah bertekanan  mengalir  melalui  pipe  line  menuju pemanas awal berbetuk spiral. Temperatur preheater  di  setting  350 o C.  Selanjutnya  minyak jelantah  mengalir  menuju  main  body  nozel.  nozzle. Semburan  injeksi  nosel  dicapture  menggunakan kamera. Percobaan yang sama diulangi menggunakan tekanan 4, 5 bar dan temperatur 360, 370, 380, 390 o C.
Gambar 1 Setup alat eksperimen
Pressure Gage Valve

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Minyak  jelantah  memiliki  rantai  panjang asam  lemak  dan  rentan  tehadap oksidasi, sehingga meningkatkan viskositas dan mengubah  fisik  dan  kimia  minyak  jelantah  [17]. Untuk  menurunkan  viskositas  tersebut  maka dilakukan  pemanasan  awal  pada  pipa  tembaga spiral  yang  dialiri  oleh  minyak  jelantah.  Ketika temperatur preheater ditingkatkan maka viskositas  minyak  jelantah  menurunkan.  WCO diberi tekanan menyebabkan cairan WCO diubah menjadi lembaran tipis membentuk ikatan  ligamen  yang  selanjutnya  pecah  menjadi semburan droplet.
Software
imageJ
digunakan untuk menganalisis  hasil  foto.  Tahapannya  adalah  (i) File  >  open  >  photo,  (ii)  Image  >  type  8  bit  > crop  180  x  400  pixels  >  duplicate  >  tekan "Enter"  (iii)  Analyze  >  set  scale  >  distance  in pixel  73  >  know  distance  6840  pm  >  scale 0.0107pixel/  pm,  (iv)  Image  >  crop7x7  pixels (430192.231  pm 2 )  >  duplicate  (v)  Analyze  > measurement > result > tekan "Enter" (vi) crop 7x7 pixels  dilakukan  sebanyak  10  kali  berurutan  pada tekanan  3,4,  dan 5 bar. Hasil foto 180 x 400 pixels ditampilkan seperti Gambar 2, 3, 4, 5 dan 6
Gambar 2. Temperatur pemanasan awal 350 o C pada (a) 3 bar, (b) 4 bar, (c) 5 bar
Gambar 3. Temperatur pemanasan awal 360 o C pada (a) 3 bar, (b) 4 bar, (c) 5 bar
Gambar 4. Temperatur pemanasan awal 370 o C pada (a) 3 bar, (b) 4 bar, (c) 5 bar
Gambar 5 Temperatur pemanasan awal 380 o C pada (a) 3 bar, (b) 4 bar, (c) 5 bar Gambar 6 Temperatur pemanasan awal 390 o C pada (a) 3 bar, (b) 4 bar, (c) 5 bar
Proses selanjutnya    dilakukan    analisis    partikel untuk mendapatkan ukuran droplet  ratarata dengan hasil pada tabel 2, 3, 4, 5 dan 6
Tabel 2 Ukuran droplet rata-rata pada temperatur 350 o C No Jarak dari ujung nosel (μm) Ukuran droplet rata-rata (μm) Tekanan 3 bar Tekanan 4 bar Tekanan 5 bar 1 7308.47 164.143 113.184 139.122 2 8245.46 160.163 117.388 135.429 3 9276.14 155.918 109.531 131.571 4 10306.83 152.143 108.408 130.429 5 11243.81 151.367 106.796 128.857 6 12274.5 147.204 106.041 126.388 7 13305.18 145.102 106.143 125.061 8 14242.17 142.755 103.633 124.633 9 15272.85 143.551 105.306 124.653 10 16303.54 141.612 101.776 122.776
Tabel 3. Ukuran droplet rata-rata pada temperatur 360 o C Jarak dari ujung nosel (  m) Ukuran droplet rata-rata (pm) No Tekanan  Tekanan 4  Tekanan 3 bar bar 5 bar 1 7308.47 164.143 100.551 79.429 2 8245.46 160.163 98.224 80.510 3 9276.14 155.918 95.551 79.224 4 10306.83 152.143 97.082 76.816 5 11243.81 151.367 95.816 75.122 6 12274.50 147.204 94.714 71.837 7 13305.18 145.102 88.816 74.020 8 14242.17 142.755 86.510 74.306 9 15272.85 143.551 88.408 74.184 10 16303.54 141.612 89.122 73.857 Tabel 4. Ukuran droplet rata-rata pada temperatur 370oC Jarak dari Ukuran droplet rata-rata (pm) No ujung nosel  Tekanan Tekanan Tekanan (  m) 3 bar 4 bar 5 bar 1 7308.47 124.67 185.39 123.76 2 8245.46 119.43 181.00 118.57 3 9276.14 117.71 178.00 117.06 4 10306.83 116.29 175.63 115.39 5 11243.81 116.45 172.55 115.00 6 12274.5 112.45 170.82 113.41 7 13305.18 111.29 168.10 110.35 8 14242.17 109.47 169.00 110.49 9 15272.85 110.61 165.98 109.14 10 16303.54 110.06 165.02 108.53
Tabel 5. Ukuran droplet rata-rata pada temperatur 380 o C Jarak dari Ukuran droplet rata-rata (pm) No ujung nosel  Tekanan Tekanan Tekanan (  m) 3 bar 4 bar 5 bar 1 7308.47 166.57 144.98 120.82 2 8245.46 162.51 143.51 119.39 3 9276.14 157.82 141.82 118.27 4 10306.83 153.47 139.16 114.63 5 11243.81 151.02 137.53 112.96 6 12274.50 148.82 136.10 111.29 7 13305.18 146.41 134.71 110.53 8 14242.17 146.14 131.51 111.00 9 15272.85 143.31 131.20 109.94 10 16303.54 145.55 131.06 108.65
Tabel 6. Ukuran droplet rata-rata pada temperatur 390 o C Jarak dari Ukuran droplet rata-rata (pm) No  ujung nosel Tekanan Tekanan  Tekanan (  m) 3 bar 4 bar 5 bar 1 7308.47 140.204 114.531  93.143 2 8245.46 133.755 113.571  90.286 3 9276.14 131.102 113.061  89.224 4 10306.83 126.776 110.265  88.449 5 11243.81 123.122 109.592  87.367 6 12274.5 121.469 110.653  86.245 7 13305.18 119.857 108.776  86.857 8 14242.17 118.837 106.49 85.02 9 15272.85 118.571 105.041  82.918 10 16303.54 115.755 105.327  86.551
Hasil  pengolahan  data  disajikan  dalam  grafik berupa  ukuran  droplet  rata-rata  pada  variasi tekanan,  seperti  yang  ditunjukkan  gambar  7,8,9,10 dan 11..
Gambar 7. ukuran droplet rata-rata pada temperatur 350 o C
Gambar 8. ukuran droplet rata-rata pada temperatur 360 o C
Gambar 9. ukuran droplet rata-rata pada temperatur
370 o C Gambar 10.. ukuran droplet rata-rata pada temperatur 380 o C
Gammbar 11.. ukuran droplet rata- rata pada temperatur 390 o C

## KESIMPULAN
Lintasan  sepanjang  semburan  dari  ujung nosel mempengaruhi ukuran droplet. Semakin jauh dari  ujung  nosel  maka  ukuran  droplet  semakin kecil.
Kenaikan  tekanan  injeksi  mengakibatkan ukuran  droplet  mengecil.  Ukuran  rata-rata  droplet
minimal  didapat  pada  temperatur  360 o C  dan tekanan 5 bar.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian  ini  didukung  oleh  Direktorat  Riset dan  Pengabdian  Masyarakat  DIKTI  dengan kontrak  nomor:  415.64  /  Un14.4.A  /  Pl  /  2017 melalui  Lembaga  Penelitian  dan  Pengabdian Kepada Masyarakat (LPPM), Universitas
Udayana  Bali,  Indonesia.  Ucapan  terima  kasih juga  diberikan  kepada  Yoga  Junaya  dari  Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Hemmat,  Y.,  Ghobadian,  B.,  Loghavi,  M.,
Kamgar,  S.  and  Fayyazi,  E.,  2013.  Biodiesel fuel  production  from  resdual  animal  fat  as  an inedible and inexpensive feedstock. International  Research  Journal  of  Applied  and Basic Sciences, 5(1), pp.84-91.
[2] Keera, S.T., El Sabagh,  S.M.  and  Taman,  A.R., 2011.  Transesterification  of  vegetable  oil  to biodiesel  fuel  using  alkaline  catalyst.  Fuel, 90(1), pp.42-47.
[3] Qu, L., Wang, Z. and Zhang, J., 2016. Influence of  waste  cooking  oil  biodiesel  on  oxidation reactivity  and  nanostructure  of  particulate matter  from  diesel  engine.  Fuel,  181,  pp.389- 395.  Yatsufusa,  T.,  Kidoguchi,  Y.  and Nakagawa, D., 2014. Improvement of emissions and  burning   limits  in  burner  combustion  using an  injector  on  the  concept  of  fuel-water internally  rapid  mixing.  Journal  of  Energy  and Power Engineering, 8(1), p.11-19.
[4] Yunus,  N.B.M.,  Roslan,  N.A.B.,  Yee,  C.S.  and Abidin,  S.Z.,  2016.  Esterification  of  Free  Fatty
Acid  in  Used  Cooking  Oil  Using  Gelular Exchange Resin as Catalysts. Procedia Engineering, 148, pp.1274-1281.
[5] da  Silva,  M.A.V.,  Ferreira,  B.L.G.,  da  Costa Marques,  L.G.,  Murta,  A.L.S.  and  de  Freitas, M.A.V.,  2017.  Comparative  study  of  NOx emissions  of  biodiesel-diesel  blends  from soybean,  palm  and  waste  frying  oils  using methyl  and  ethyl  transesterification  routes.
Fuel, 194, pp.144-156.
[6] Attia,  A.M.  and  Hassaneen,  A.E.,  2016. Influence  of  diesel  fuel  blended  with  biodiesel produced  from  waste  cooking  oil  on  diesel engine performance. Fuel, 167, pp.316-328.
[7] Olutoye, M.A. and Hameed, B.H., 2013. A highly active clay-based catalyst for the synthesis of fatty acid methyl ester from waste cooking palm oil. Applied Catalysis A: General, 450, pp.57-62.
[8] Luu,  P.D.,  Takenaka,  N.,  Van  Luu,  B.,  Pham,
L.N.,  Imamura,  K.  and  Maeda,  Y.,  2014.  Co- solvent  method  produce  biodiesel  form  waste cooking oil with small pilot plant. Energy Procedia, 61, pp.2822-2832.
[9] Daramola,  M.O.,  Mtshali,  K.,  Senokoane,  L. and  Fayemiwo,  O.M.,  2016.  Influence  of operating  variables  on  the  transesterification  of waste  cooking  oil  to  biodiesel  over  sodium silicate  catalyst:  A  statistical  approach.  Journal of Taibah University for Science, 10(5), pp.675- 684.
[10] Ali, C.H., Qureshi, A.S., Mbadinga, S.M., Liu, J.F.,  Yang,  S.Z.  and  Mu,  B.Z.,  2017.  Biodiesel production  from  waste  cooking  oil  using  onsite produced  purified  lipase  from  Pseudomonas aeruginosa FW_SH-1: Central composite design approach. Renewable Energy, 109, pp.93-100.
[11] Ozsezen,  A.N.  and  Canakci,  M.,  2011. Determination  of  performance  and  combustion characteristics  of  a  diesel  engine  fueled  with canola and waste palm oil methyl esters. Energy Conversion  and  Management,  52(1),  pp.108- 116.
[12] Xie, H., Song, L., Xie, Y., Pi, D., Shao, C. and Lin,  Q.,  2015.  An  experimental  study  on  the macroscopic  spray  characteristics  of  biodiesel and  diesel  in  a  constant  volume  chamber. Energies, 8(6), pp.5952-5972.
[13] Wang, C., Dean, A.M., Zhu, H. and Kee, R.J., 2013.  The  effects  of  multicomponent  fuel droplet  evaporation  on  the  kinetics  of  strained opposed flow diffusion flames. Combustion and Flame, 160(2), pp.265-275.
[14] Kariuki,  J.  and  Mastorakos,  E.,  2017. Experimental  investigation  of  turbulent  flames in  uniform  dispersions  of  ethanol  droplets.
Combustion and Flame, 179, pp.95-116.
[15] Puhan,  S.,  Gopinath,  A.  and  Nagarajan,  G.,
2009.  Combustion,  performance  and  emission characteristics of a DI CI engine using biodiesel with varied fatty acid composition. International  Journal  of  Renewable  Energy Technology, 1(1), pp.81-100.
[16] Avase, S.A., Srivastava, S., Vishal, K., Ashok, H.V.  and  Varghese,  G.,  2015.  Effect  of pyrogallol as an antioxidant on the performance and emission characteristics of biodiesel derived from  waste  cooking  oil.  Procedia  Earth  and Planetary Science, 11, pp.437-444.