Journal of Mechanical Design and Testing 2(2), (2020), 125-136 DOI: http://dx.doi.org/10.22146/jmdt.v2i2.55523 e-ISSN: 2685-8029, ISSN: 2716-1293

## Karakteristik Unjuk Kerja Mesin Diesel Menggunakan Bahan Bakar B100 dan B20 Dalam Jangka Panjang
W. Saputro * , J. Sentanuhady, A.I. Majid, W. Prasidha, N.P. Gunawan, T.Y. Raditya
Departemen Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada. Jl. Grafika No.2, Kompleks UGM, Yogyakarta 55281, Indonesia, Telp. (0274) 521673 *e-mail: wiliandisaputro@mail.ugm.ac.id

## Abstrak
Penggunaan  bahan  bakar  alternatif  selalu  berkaitan  dengan  dua  masalah  global,  yaitu meningkatnya  penggunaan  minyak  mentah  dan  cadangan  minyak  yang  semakin  menurun. Disamping  itu,  sumber  energi  alternatif  menjadi  topik  yang  menarik  untuk  terus  dikaji. Indonesia adalah salah satu negara penghasil minyak kelapa sawit terbesar di dunia dengan nilai produksi mencapai 51,8 juta ton pada tahun 2019. Salah satu sumber energi alternatif yang dapat diolah dari minyak sawit adalah biodiesel. Biodiesel dapat digunakan secara langsung sebagai bahan bakar untuk mesin diesel. Tetapi biodiesel memiliki karakteristik yang berbeda dengan solar sehingga akan mempengaruhi unjuk kerja dan hal lainnya pada mesin. Oleh karena itu, penelitian ini akan menentukan pengaruh penggunaan biodiesel terhadap unjuk kerja mesin yang mencakup daya mesin, torsi, konsumsi bahan bakar spesifik (SFC), dan efisiensi termal. Bahan bakar yang digunakan adalah B100 (100% biodiesel minyak sawit) dan bahan bakar B20 (20% biodiesel minyak sawit + 80% solar) sebagai pembandingnya. Pengujian dilakukan selama 300 jam  operasi,  dengan  beban  konstan  berupa  lampu  halogen  sebesar  4  kW.  Menurut  hasil penelitian, mesin berbahan bakar B100 menghasilkan daya, torsi, dan efisiensi termal yang lebih rendah masing-masing sebesar 2,17%; 0,76%; dan 1,25% serta menghasilkan SFC yang lebih tinggi  sebesar  14,61%  bila  dibandingkan  dengan  mesin  berbahan  bakar  B20.  Hal  tersebut dikarenakan karakteristik bahan bakar B100 yang memiliki nilai kalor lebih rendah dan viskositas serta densitas lebih tinggi dibandingkan bahan bakar B20.
Kata kunci : Biodiesel, mesin diesel, minyak sawit, unjuk kerja, jangka panjang.

## Abstract
The implementation of alternative fuels is always related to two global problems, which are, the increasing use of crude oil and the decreasing of oil reserves. Moreover, the source of alternative energy has become an interesting topic to be discussed. Indonesia is one of the countries that have the largest production of palm oil in the world with a production value of 51.8 million tons in 2019. One of the alternative energy sources that can be processed from palm oil is biodiesel. Biodiesel  can  be  directly  used  as  fuel  of  Diesel  Engines.  However,  biodiesel  has  different characteristics with diesel fuel, so it will affect the performance and other things of the engine. Therefore, this study will determine the impact of the use of biodiesel towards the performance of the engine, which includes the power of the engine, torque, specific fuel consumption (SFC), and the thermal efficiency. The fuels used are B100 (100% biodiesel of palm oil) and B20 (20% biodiesel of palm oil and 80% of diesel fuel) as the comparison. The test was carried out for 300
hours of operation, with a constant load of 4 kW halogen lamps. According to the results of the study,  the  engine  with  B100  as  the  fuel  has  lower  power,  torque,  and thermal  efficiency  by 2.17%; 0.76%; and 1.25% respectively, and produces a higher SFC of 14.61% when compared to  the B20  fueled  engine.  This  is  due to the  characteristics  of B100  fuel  which  has  a  lower heating value and higher viscosity and density than B20 fuel.
Keywords : Biodiesel, diesel engine, palm oil, performance, long term.

## 1. PENDAHULUAN
Saat ini penggunaan bahan  bakar alternatif terutama pada mesin pembakaran dalam telah  menjadi  objek  yang  menarik  untuk  terus  dikembangkan.  Penggunaan  bahan  bakar alternatif tidak bisa lepas dari dua masalah global yaitu ketersediaan minyak mentah yang terus menurun dan masalah emisi gas buang yang semakin memprihatinkan. Minat masyarakat yang cukup  tinggi  terhadap  bahan  bakar  solar  ditunjukkan  dengan  terjadinya  kenaikan  konsumsi bahan bakar solar. Kenaikan tersebut menunjukkan bahwa jenis bahan bakar minyak solar pada tahun  2017  mengalami  peningkatan   sebesar  764,5  juta  kilo  liter.  Kenaikan  konsumsi bahan bakar solar merupakan permasalahan yang harus diantisipasi, karena solar merupakan bahan bakar minyak yang diolah dari crude oil yaitu bahan bakar yang terbuat dari fosil sehingga bukan merupakan  bahan  bakar  yang  dapat  diperbarui.  Jika  konsumsi  bahan  bakar  solar  tidak dikendalikan,  maka  keberadaan crude  oil akan  semakin  berkurang  dan  akan  habis  pada  tahun 2053.
Salah  satu  produk  dari  diversifikasi  bahan  bakar  yang  dapat  digunakan  sebagai pengganti  bahan  bakar  solar  adalah  biodiesel.  Biodiesel  merupakan  bahan  bakar  yang  dapat dihasilkan dari proses transesterifikasi. Biodiesel dapat dihasilkan dengan memanfaatkan minyak nabati, lemak hewan, minyak goreng bekas, dan alga sehingga biodiesel dapat dikatakan sebagai bahan bakar yang dapat diperbarui, mudah terurai, tidak beracun, dan ramah lingkungan . Salah satu tanaman penghasil biodiesel yang sangat potensial untuk dikembangkan di Indonesia adalah kelapa sawit.
Penelitian terkait efek pemakaian bahan bakar B100 dari Crude Palm Oil (CPO) telah dilakukan dengan total waktu pengujian selama 800 jam operasi. Pengujian dilakukan selama 12 jam per hari untuk menggerakkan paddlewheel aerator di kolam ikan. Mesin yang digunakan adalah mesin diesel Kubota RT140 direct injection dengan daya 14 horse power . Putaran mesin konstan pada 1000 rpm. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa konsumsi bahan bakar rata-rata pada  bahan  bakar  B100  lebih  tinggi  10,6%  dibandingkan  bahan  bakar  diesel.  Hal  ini  terjadi dikarenakan nilai kalor spesifik bahan bakar B100 lebih rendah 11%  dibanding bahan bakar diesel. Untuk efisiensi termal yang dihasilkan dari penggunaan bahan bakar B100 memiliki nilai yang hampir sebanding dengan bahan bakar diesel, yaitu 15,1% dan 15,3% secara berurutan.
Alloune et al ., meneliti terkait karakteristik performa mesin diesel dengan bahan bakar biodiesel yang terbuat dari Citrullus colocynthis L (CCME). Campuran bahan bakar biodiesel yang digunakan adalah B30 dan B100, serta bahan bakar diesel digunakan sebagai pembandingnya. Putaran  mesin  konstan  pada  1500  rpm  dengan  pembebanan  bervariasi.  Mesin  dihubungkan dengan  dynamometer  elektrik  sebagai  pembebanan.  Berdasarkan  hasil  pengujian,  diketahui bahwa pada pembebanan mesin rendah sampai medium yaitu 1,1 – 3,5 kW, brake thermal efficiency (BTE) pada bahan bakar B100 lebih tinggi 4,5% dibandingkan bahan bakar B30 dan lebih tinggi 9,6% dibandingkan bahan bakar diesel. Hal ini dapat terjadi dikarenakan kandungan oksigen pada  bahan  bakar  B100  lebih  tinggi  dibandingkan  bahan  bakar  B30  sehingga  meningkatkan
proses  pembakaran.  Saat  pembebanan  penuh,  BTE  pada  bahan  bakar  B100  lebih  rendah dibanding bahan bakar B30 tetapi sedikit lebih tinggi dibanding bahan bakar diesel. Brake specific fuel  consumption (BSFC)  pada  bahan  bakar  B100  lebih  tinggi  dibanding  bahan  bakar  B30  dan bahan bakar diesel untuk seluruh variasi pembebanan. Hal ini terjadi dikarenakan bahan bakar B100  memiliki  nilai  kalor  yang  lebih  rendah  sehingga  menyebabkan  konsumsi  bahan  bakar meningkat  untuk  menjaga  energi input pada  mesin.  Berdasarkan  penelitiannya  juga  diketahui penggunaan bahan bakar B100 meningkatkan efisiensi sebesar 5% dibandingkan dengan bahan bakar  diesel,  namun  bahan bakar  B100  memiliki  nilai  kalor  12%  lebih rendah  dibandingkan bahan bakar diesel. Sedangkan bahan bakar B30 memiliki nilai kalor 4% lebih rendah dari bahan bakar diesel, tetapi efisiensinya dapat meningkat sebesar 1-6% dibandingkan bahan bakar diesel dan mengakibatkan BSFC bahan bakar B30 lebih rendah dibandingkan bahan bakar diesel pada pembebanan  tinggi.  Ozsezen et  al., juga  melakukan  penelitian  terkait  dengan  karakteristik performa mesin diesel yaitu menggunakan bahan bakar waste palm oil methyl ester (WPOME) dan canola oil methyl ester (COME). Parameter yang diteliti diantaranya brake torque maksimum, brake power (BP), brake  specific  fuel  consumption (BSFC),  dan brake  thermal  efficiency (BTE).  Kondisi pengujian mesin dilakukan dengan pembebanan penuh pada putaran mesin sebesar 1500 rpm. Bahan  bakar  diesel  petroleum  (PBDF)  digunakan  untuk  pembanding  dalam  penelitian  ini. Berdasarkan hasil pengujian diketahui bahwa brake torque maksimum pada WPOME dan COME adalah 320,24 Nm dan 319,8 Nm, di mana nilai tersebut lebih rendah dibanding PBDF dengan brake torque maksimum sebesar 328,7 Nm. Untuk nilai BSFC pada WPOME diketahui lebih tinggi 7,48% dari PBDF, sedangkan untuk nilai BSFC pada COME diketahui lebih tinggi 6,18% dari PBDF. Nilai BP pada WPOME dan COME adalah 50,78 kW dan 50,71 kW, nilai tersebut lebih rendah dibanding dengan PBDF dengan BP sebesar 52,12 kW. Nilai BTE pada WPOME lebih rendah 1,42% dibandingkan PBDF, sedangkan nilai BTE pada COME lebih rendah 0,12% dibandingkan PBDF.
Meskipun secara teoritis bahan bakar biodiesel dapat digunakan langsung sebagai bahan bakar untuk mesin diesel. Namun penelitian terkait penggunaan bahan bakar biodiesel dari Crude Palm Oil (CPO) terhadap unjuk kerja mesin dalam jangka panjang masih sangat sedikit, sehingga berpotensi untuk dikembangkan lebih jauh. Hal ini dikarenakan di setiap daerah atau negara memiliki nilai karakteristik CPO yang berbeda-beda. Berdasarkan perbedaan karakteristik CPO dan  kondisi  pengujian  yang  sudah  dilakukan,  oleh  karena  itu  pada  penelitian  ini  dilakukan pengujian mesin nonstop dengan total waktu 300 jam operasi. Pembebanan menggunakan lampu halogen sebesar 4 kW, serta kecepatan mesin konstan pada 2200 rpm. Tujuan dari penelitian ini adalah  menentukan  efek  pemakaian  bahan  bakar  B100 dan  B20  terhadap  unjuk  kerja  mesin diesel yaitu daya poros mesin, torsi, specific fuel consumption (SFC), dan efisiensi termal pada jangka panjang.

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1. Experimental Set-Up
Penelitian ini menggunakan dua unit mesin yang bertipe sama yaitu mesin diesel Kubota seri RD 65 DI NB dengan kapasitas volume silinder 376 cc dan juga menggunakan pelumas yang sama yaitu Pertamina Meditran SX Bio SAE 15W-40. Masing-masing mesin dihubungkan dengan  generator  listrik  berkapasitas  5  kW  dengan  efisiensi  diasumsikan  sekitar  80%  yang digunakan untuk menyalakan empat lampu halogen yang masing-masing memiliki daya sebesar 1  kW  kemudian  dirangkaikan  paralel,  sehingga  daya  totalnya  sebesar  4  kW  yang  berfungsi sebagai pembebanan mesin. Daya poros diukur dengan membagi total daya output pembebanan
dengan efisiensi generator. Kedua mesin diatas menggunakan dua bahan bakar yang berbeda, yaitu bahan bakar B100 dan B20, yang semuanya diuji selama 300 jam operasi dengan kecepatan konstan 2200 rpm. Gambar skematis alat pengujian dapat dilihat pada Gambar 1.

## Gambar 1. Skematis alat pengujian.
Kemudian peralatan ini dihubungkan dengan peralatan pendukung seperti buret untuk mengukur konsumsi bahan bakar per satuan waktu, sensor rpm, peralatan untuk mengukur arus dan  tegangan,  serta  digital  infrared  termogun  untuk  mengukur  suhu  komponen  mesin. Selanjutnya  guna  mengukur  emisi  bahan  bakar  digunakan exhaust  gas  analyzer dengan  merek Tecnotest, model Stargas 898. Pengukuran konsumsi bahan bakar menggunakan teknik manual dengan  buret  yang  memiliki  kapasitas  20  ml,  kemudian  diukur  waktu  mesin  menghabiskan bahan  bakar  20  ml  tersebut  dengan  menggunakan  stopwatch.  Suhu cylinder  block diukur menggunakan  digital  infrared  termogun  yang  dilakukan  setiap  4  jam  operasi  dengan menembakan  langsung  sinar  inframerah  pada  komponen  mesin  tersebut.  Pengukuran  data lainnya seperti putaran mesin, tegangan, dan arus juga dilakukan setiap 4 jam operasi.

## 2.2. Karakteristik Bahan Bakar B100 dan B20
Bahan bakar yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahan bakar B100 dan B20. B100  merupakan  bahan  bakar  biodiesel  murni  dari Crude  Palm  Oil (CPO)  yang  merupakan produk dari PT. Pelita Agung Industri, sedangkan B20 merupakan campuran bahan bakar yang terdiri  dari  20%  biodiesel  minyak  sawit  dan  80%  bahan  bakar  diesel  fosil,  yang  merupakan produk dari PT. Pertamina, Sifat fisik dan kimia bahan bakar B100 dan B20 disajikan pada Tabel 1.

## Tabel 1. Standar spesifikasi bahan bakar
No Parameter Uji Metode Uji Satuan Hasil Uji B100 Hasil Uji B20 1 Massa jenis pada 40 °C ASTM D 1298-12b kg m -3 862,4 - 2 Massa jenis pada 15 °C - kg m -3 - 845,7 3 Viskositas kinematik pada 40 °C ASTM D 445-06 mm 2 /s 4,53 2,92 4 Angka setana ASTM D6980-12 61,0 56,7 5 Titik nyala ASTM D 93-02 °C 177 65 6 Residu karbon ASTM D 4530-07 % (mm -1 ) - nihil (dalam contoh asli) 0,040 - (dalam 10% ampas distilasi) 0,160 - 7 Suhu distilasi 90% ASTM D 1160-06 °C 350 344 8 Kestabilan oksidasi EN 15751-2009 Menit 1200 - Periode induksi >2880 Metode Rancimat 9 Warna ASTM D 1500 Colour ASTM 1,0 1,1 10  Kadar Ester metil Calculation % (mm -1 ) 98,24 - 11  Kandungan FAME - % v/v - 20 12  Kadar air ASTM D 6304 ppm 267 159,63

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Daya dan Torsi
Pengujian daya dan torsi mesin terhadap waktu operasi dituangkan dalam bentuk grafik seperti pada Gambar 2. Berdasarkan hasil analisis hingga 300 jam operasi diperoleh nilai daya rata-rata yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar B100 lebih rendah 2,17% dibandingkan mesin berbahan bakar B20. Mesin berbahan bakar B100 memiliki nilai daya rata-rata sebesar 3,88  kW  dan  mesin  berbahan  bakar  B20  memiliki  nilai  daya  rata-rata  sebesar  3,96  kW. Selanjutnya analisis torsi hingga 300 jam operasi diperoleh nilai rata-rata torsi yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar B100 lebih rendah 0,76% dibandingkan mesin berbahan bakar B20. Mesin berbahan bakar B100 memiliki nilai torsi rata-rata sebesar 16,43 Nm dan mesin berbahan bakar B20 memiliki nilai torsi rata-rata sebesar 16,55 Nm.

## Gambar 2. Grafik daya dan torsi terhadap waktu operasi
Nilai daya dan torsi yang lebih rendah pada mesin berbahan bakar B100 dikarenakan bahan bakar B100 memiliki energy content yang lebih rendah, bahan bakar B100 memiliki energy content sebesar  39,9  MJ/kg  sedangkan  bahan  bakar  B20  memiliki energy  content sebesar  43,8 MJ/kg.  Nilai energy  content tersebut  didasarkan  dari  referensi  yang  memiliki  kesamaan  jenis tumbuhan sumber dari biodiesel tersebut, yaitu jenis Elaeis Guineensis (kelapa sawit), berasal dari PT. Phatum Company yang juga menyediakan B100 dan dari perusahaan lokal di Malaysia. Bila dilihat dari hasil proses pembakaran B100 dalam bentuk emisi gas buang, dapat dikatakan pembakaran B100 ini terjadi dalam kondisi pembakaran sempurna, hal ini ditunjukkan dengan  grafik  pada  Gambar  3,  di  mana  emisi  gas  buang  CO  (karbon  monoksida)  dari pembakaran mesin berbahan bakar B100 lebih rendah bila dibandingkan dengan emisi akibat pembakaran B20. Hal tersebut dikarenakan bahan bakar B100 memiliki kandungan oksigen yang lebih  tinggi  dibandingkan  bahan  bakar  B20,  di  mana  kandungan  oksigen  bahan  bakar  B100 sebesar 11% wt dan bahan bakar B20 sebesar 2,6% wt. Kandungan oksigen yang lebih tinggi akan  menjadikan  pembakaran  menjadi  lebih  sempurna.  Pembakaran  yang  sempurna  akan menghasilkan  emisi  gas  buang  yang  lebih  rendah,  dimana  CO  akan  dioksidasi  menjadi  CO 2 (karbon dioksida). Secara teoritis, bahan bakar B100 memiliki karakteristik fisik viskositas dan densitas  yang  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  bahan  bakar  B20,  berdasarkan  Tabel  1  nilai densitas  bahan  bakar  B100  adalah  862,4  kg/m 3 dan  nilai  viskositasnya  adalah  4,53  mm 2 /s, sedangkan nilai densitas bahan bakar B20 adalah 845,7 kg/m 3 dan nilai viskositasnya adalah 2,92 mm 2 /s. Nilai viskositas dan densitas yang lebih tinggi ini akan membuat droplet dari proses atomisasi bahan bakar menjadi lebih besar bila dibandingkan dengan bahan bakar yang memiliki nilai viskositas dan densitas yang lebih rendah misalnya bahan bakar B20. Diameter droplet dari atomisasi yang besar akan menyebabkan surface contact (luas total permukaan kontak per satuan massa bahan bakar) antara bahan bakar dan udara menjadi lebih kecil sehingga permukaan yang tersedia untuk reaksi pembakaran menjadi lebih sedikit. Hal ini akan menyebabkan pembakaran antara bahan bakar dan udara di dalam ruang bakar menjadi kurang sempurna. Pada umumnya pembakaran yang kurang sempurna akan menghasilkan power dan torsi yang lebih rendah serta emisi gas buang CO yang lebih besar. Akan tetapi pada kasus pembakaran bahan bakar B100
ini, efek dari tingginya viskositas dan densitas tidak mempengaruhi secara signifikan terhadap perubahan emisi gas buang bila dibandingkan dengan efek akibat tingginya kandungan oksigen dalam bahan bakar B100.

## Gambar 3. Grafik emisi karbon monoksida terhadap waktu operasi
Hasil pengujian ini sesuai dengan hasil pengujian yang telah dilakukan Mofijur et al ., mereka melakukan penelitian terkait daya yang dihasilkan oleh campuran bahan bakar B5 dan B10  dari  kelapa  sawit  dengan  bahan  bakar  solar  sebagai  pembandingnya.  Berdasarkan  hasil penelitiannya, daya yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar B0 lebih tinggi sebesar 1,38% dibandingkan mesin  berbahan  bakar B5  dan  lebih  tinggi  sebesar  3,16% dibandingkan  mesin berbahan  bakar  B10  dan  daya  yang  dihasilkan  mesin  berbahan  bakar  B5  lebih  tinggi dibandingkan  mesin  berbahan  bakar  B10.  Selain  itu,  penelitian  yang  telah  dilakukan  oleh Ozsezen et  al .,  yaitu  terkait  efek  penggunaan  bahan  bakar  biodiesel  terhadap  torsi  yang dihasilkan, biodiesel yang digunakan adalah minyak goreng bekas dan bahan bakar solar sebagai pembandingnya.  Berdasarkan  hasil  penelitiannya,  torsi  yang  dihasilkan  oleh  mesin  berbahan bakar minyak goreng bekas lebih rendah dibandingkan mesin berbahan bakar solar.
Gambar 4. Grafik suhu cylinder block terhadap waktu operasi
Berdasarkan Gambar 2 dapat dilihat bahwa daya dan torsi mesin berbahan bakar B100 dan B20 cenderung mengalami sedikit peningkatan seiring bertambahnya waktu operasi. Hal tersebut  dikarenakan  suhu  pembakaran  pada cylinder  block (Gambar  4)  yang  mengalami peningkatan  seiring  berjalannya  waktu  operasi  dan  menyebabkan  daya  yang  dihasilkan  lebih tinggi. Suhu rata-rata cylinder block mesin berbahan bakar B20 adalah 132,04 °C dan pada mesin berbahan bakar B100 adalah 130,4 °C. Tetapi setelah waktu operasi tertentu, daya dan torsi relatif  konstan  dan  terdapat  penurunan  yang  dihasilkan  akibat  pembentukan  deposit  pada komponen mesin,  keausan, serta  menurunnya  kualitas pelumas  yang  digunakan. Pada  waktu operasi  jam  ke  16  hingga  52  dan  waktu  operasi  jam  ke  260,  diketahui  daya  dan  torsi  mesin berbahan  bakar  B100  mengalami  penurunan.  Hal  itu  terjadi  dikarenakan  gangguan  pada belt mesin berbahan bakar B100 sehingga menurunkan transmisi torsi.

## 3.2 Specific Fuel Consumption (SFC) dan Efisiensi Termal
Perhitungan specific fuel consumption (SFC) dan efisiensi termal terhadap waktu operasi dituangkan dalam bentuk grafik seperti pada Gambar 5. Specific fuel consumption adalah rasio antara laju aliran massa bahan bakar dan tenaga mesin. Pengukuran SFC diperoleh dengan mengukur waktu yang dibutuhkan oleh masing-masing mesin untuk menghabiskan 20 ml baik bahan bakar B100 dan B20 di dalam buret. Perhitungan SFC didasarkan pada densitas bahan bakar yaitu 862,4 kg/m 3 untuk bahan bakar B100 dan 845,7 kg/m 3 untuk bahan bakar B20 sesuai Tabel 1. Berdasarkan hasil analisis hingga 300 jam operasi diperoleh nilai SFC rata-rata yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar B100 lebih tinggi 14,6% dibandingkan mesin berbahan bakar B20. Mesin berbahan bakar B100 memiliki nilai SFC rata-rata sebesar 0,317 kg/(kW.jam) dan mesin berbahan bakar B20 memiliki nilai SFC rata-rata sebesar 0,276 kg/(kW.jam).
Selanjutnya  efisiensi termal didefinisikan  sebagai  hasil  dari  sebuah heat  engine sebagai fungsi input termal melalui injeksi bahan bakar. Perhitungan efisiensi termal didasarkan pada asumsi  nilai  kalor  kedua  bahan  bakar.  Bahan  bakar  B100  memiliki energy  content sebesar  39,9 MJ/kg dan bahan bakar B20 memiliki energy content sebesar 43,8 MJ/kg. Berdasarkan hasil analisis
hingga  300  jam  operasi  diperoleh  nilai  efisiensi  termal  rata-rata  yang  dihasilkan  oleh  mesin berbahan  bakar  B100  lebih  rendah  1,25%  dibandingkan  mesin  berbahan  bakar  B20.  Mesin berbahan  bakar  B100  memiliki  nilai  efisiensi  termal  rata-rata  sebesar  28,49%  dan  mesin berbahan bakar B20 memiliki nilai efisiensi termal rata-rata sebesar 31,05%.
Gambar 5. Grafik specific fuel consumption dan efisiensi termal terhadap waktu operasi
Nilai  rata-rata  SFC  yang  lebih  tinggi  pada  mesin  berbahan  bakar  B100  dikarenakan bahan bakar B100 memiliki karakteristik energy content yang lebih rendah, memiliki kandungan oksigen yang lebih tinggi, dan nilai densitas yang lebih tinggi dibandingkan bahan bakar B20. Dengan demikian energy content yang lebih rendah dan densitas bahan bakar yang lebih tinggi membutuhkan aliran massa bahan bakar yang lebih besar untuk mencapai output energi yang sama dari mesin, yang mengarah ke peningkatan SFC untuk mengimbangi energi kimia yang berkurang dalam bahan bakar. Peningkatan SFC dipengaruhi oleh kadar campuran biodiesel yang  terkandung  dalam  suatu  bahan  bakar,  semakin  tinggi  persentasi  campuran  biodiesel menyebabkan lebih banyak aliran massa bahan bakar yang dikonsumsi untuk perpindahan yang sama dari plunger di pompa injeksi bahan bakar, sehingga meningkatkan SFC.
Berdasarkan Gambar 5 dapat dilihat bahwa SFC mesin berbahan bakar B100 dan B20 cenderung mengalami penurunan seiring bertambahnya waktu operasi. Hal tersebut dikarenakan faktor suhu pembakaran pada cylinder block kedua mesin yang semakin meningkat, peningkatan tersebut dibuktikan melalui grafik suhu cylinder block pada Gambar 4. Suhu di ruang bakar yang tinggi  akan  menghasilkan  pembakaran  yang  lebih  baik,  kemudian  tekanan  menjadi  semakin meningkat  dan  mengakibatkan  performa  mesin  seperti  daya,  torsi,  dan  efisiensi  termal  yang semakin tinggi. Pengurangan konsumsi bahan bakar juga dapat diakibatkan oleh faktor-faktor seperti:  (1)  fenomena microexplosion (2)  peningkatan  udara  yang  masuk  dikarenakan meningkatnya  momentum  semprotan  (3)  pembakaran  premix  karena ignition  delay (4) meningkatnya campuran rasio udara karena kandungan oksigen di dalam bahan bakar dan (5) menghasilkan lebih banyak gas yang merupakan hasil produk pembakaran karena adanya air dan emulsi .
Rendahnya  nilai  efisiensi  termal  pada  mesin  berbahan  bakar  B100  dikarenakan  nilai specific fuel consumption yang lebih tinggi akibat energy content yang lebih rendah pada bahan bakar B100. Energy  content yang  lebih  rendah  mengakibatkan  mesin  berbahan  bakar  B100 membutuhkan konsumsi bahan bakar yang lebih tinggi dalam menghasilkan kerja yang sama. Peningkatan konsumsi bahan bakar dan penurunan daya mesin mengakibatkan efisiensi termal menjadi menurun. Panas atau tenaga yang dihasilkan oleh bahan bakar dapat diprediksi melalui besarnya konsumsi bahan bakar, sedangkan kerja mekanis dapat ditetapkan dari pengukuran daya mesin. Oleh karena itu, nilai efisiensi termal dipengaruhi oleh nilai konsumsi bahan bakar spesifik. Nilai efisiensi termal yang lebih rendah pada mesin berbahan bakar B100 menunjukkan proses konversi energi kimia menjadi energi mekanis pada bahan bakar B100 sedikit lebih buruk dibandingkan bahan bakar B20. Hasil pengujian ini sesuai dengan hasil pengujian yang telah dilakukan  oleh  Suthisripok  and  Semsamran,  dimana  mereka  melakukan  penelitian  tentang efisiensi  termal  yang  dihasilkan  dari  penggunaan  bahan  bakar  B100  bersumber  dari  minyak kelapa sawit dan bahan bakar solar sebagai pembandingnya. Berdasarkan hasil penelitiannya, efisiensi termal yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar B100 lebih rendah dibandingkan mesin berbahan bakar solar. Mesin berbahan bakar B100 menghasilkan efisiensi termal sebesar 15,1%  dan  mesin  berbahan  bakar  solar  menghasilkan  efisiensi  termal  sebesar  15,3%.  Nilai efisiensi  termal  yang  lebih  tinggi  pada  penelitian  ini  bila  dibandingkan  dengan  penelitian Suthisripok and Semsamran dikarenakan putaran mesin pada penelitian ini lebih tinggi yaitu sebesar 2200 rpm sedangkan pada penelitian Suthisripok and Semsamran sebesar 1000 rpm. Saat putaran mesin meningkat kualitas pembakaran menjadi lebih baik, hal tersebut dikarenakan penguapan bahan bakar meningkat akibat suhu pembakaran di ruang bakar yang lebih tinggi. Hal tersebut sesuai dengan penelitian Nagaraja et al., yang menyatakan bahwa saat rpm mesin meningkat,  efisiensi  termal  mesin  juga  akan  meningkat  dikarenakan  terjadinya  peningkatan kualitas  pembakaran.  Berdasarkan  Gambar  5  dapat  dilihat  bahwa  efisiensi  termal  mesin berbahan bakar B100 dan B20 cenderung mengalami peningkatan seiring bertambahnya waktu operasi.  Hal  tersebut  dikarenakan  fungsi  efisiensi  termal  berbanding  lurus  dengan  daya  dan berbanding terbalik terhadap jumlah bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam ruang pembakaran. Sehingga  apabila  daya  meningkat,  serta  jumlah  bahan  bakar  yang  diinjeksikan  semakin berkurang, maka efisiensi termal pada mesin akan meningkat dan begitu juga sebaliknya.

## 3.3 Price to Power
Hingga  saat  ini  harga  jual  bahan  bakar  B100  belum  ditentukan  secara  nasional dikarenakan bahan bakar B100 belum dijual secara komersial, walaupun demikian kita dapat membeli bahan bakar B100 namun dalam jumlah yang besar. Oleh sebab itu, analisis price to power dilakukan untuk menentukan harga jual bahan bakar B100 yang direkomendasikan bagi para konsumen. Perhitungan dilakukan, dengan asumsi bahwa harga kW/jam bahan bakar B100 sama dengan harga bahan bakar acuan, misalnya B20.
Penentuan harga jual yang direkomendasi untuk bahan bakar B100 yang dibandingkan bahan  bakar  B20  (dexlite)  dilakukan  dengan  menggunakan  data specific  fuel  consumption (SFC) kedua jenis bahan bakar. Nilai SFC rata-rata bahan bakar B100 dan B20 setelah 300 jam waktu operasi adalah 0,32 kg/(kW.jam) dan 0,28 kg/(kW.jam) secara berururtan. Serta densitas untuk bahan bakar B100 dan B20 adalah 0,86 kg/l dan 0,85 kg/l seperti ditunjukkan pada Tabel 1. Harga jual bahan bakar B20 (dexlite) non subsidi oleh PT. Pertamina (Persero) per Desember 2019 adalah Rp10.200/l. Berdasarkan informasi tersebut, kemudian dihitung harga bahan bakar B20  untuk  tiap  kW.jam  menggunakan  persamaan  1.  Di  mana  A 1 :  harga  bahan  bakar  acuan
(Rp/l), B 1 : SFC bahan bakar acuan (kg/(kW.jam)), ρ 1 : densitas bahan bakar acuan (kg/l), B 2 : SFC bahan bakar rekomend asi (kg/(kW.jam)), dan ρ 2 : densitas bahan bakar rekomendasi (kg/l).
Harga rekomendasi = A 1 × B 1 ×ρ 2 B 2 ×ρ 1 = 10.200× 0,276×0,8624 0,317×0,8547 = Rp8.961/l (1)
Berdasarkan  hasil  perhitungan  di  atas,  didapatkan  harga  jual  maksimal  yang direkomendasikan untuk bahan bakar B100 adalah Rp8.961/l, harga jual tersebut lebih rendah 12,15% dibandingkan harga jual bahan bakar B20, hal ini dikarenakan SFC pada bahan bakar B100 lebih tinggi sebesar 14,61% dengan catatan harga diatas belum mempertimbangkan biaya yang  belum  dikeluarkan  akibat  perawatan.  Bila  dilakukan  perbandingan  perhitungan  biaya dengan solar industri yang diasumsikan 100% solar, maka perlu dilakukan beberapa asumsi yaitu SFC bahan bakar B100 lebih tinggi 17% dibandingkan dengan SFC solar industri, dengan asumsi memiliki densitas sebesar 844 kg/m 3 dan harga jualnya sebesar Rp13.500/l. Berdasarkan data- data tersebut, dengan menggunakan Persamaan 1 didapatkan harga rekomendasi bahan bakar B100 untuk menggantikan solar industri adalah  Rp11.500/l. Harga rekomendasi yang didapat lebih rendah 15,2% dibandingkan dengan solar industri.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan,  dapat  ditarik  kesimpulan  bahwa penggunaan bahan bakar B100 secara umum akan menghasilkan daya, torsi, dan efisiensi termal yang lebih rendah walaupun tidak signifikan, yaitu masing-masing sebesar 2,17%; 0,76%; dan 1,25%. Akan tetapi bila membandingkan nilai SFC-nya, bahan bakar B100 menghasilkan SFC yang  lebih  tinggi  sebesar  14,6%  bila  dibandingkan  mesin  berbahan  bakar  B20.  Hal  tersebut dikarenakan  karakteristik  bahan  bakar  B100  yang  memiliki energy  content yang  lebih  rendah, memiliki nilai viskositas, dan densitas yang lebih tinggi dibandingkan bahan bakar B20. Nilai viskositas dan densitas yang lebih tinggi pada bahan bakar B100 memengaruhi rasio atomisasi yang terbentuk, sehingga mengurangi laju pencampuran bahan bakar dan udara. Nilai viskositas yang lebih tinggi membuat kondisi atomisasi bahan bakar menjadi buruk dan ukuran droplet yang  lebih  besar  yaitu  berupa  evaporasi  yang  lebih  miskin  serta  berpengaruh  pada  proses pencampuran  udara  dan  bahan  bakar  saat  proses  pembakaran  berlangsung,  sehingga menghasilkan pembakaran yang tidak sempurna. Berdasarkan hasil analisis price to power harga jual maksimal yang direkomendasikan untuk bahan bakar B100 adalah Rp8.961/liter, di mana harga  jual  tersebut  lebih  rendah  12,15%  dibandingkan  harga  jual  bahan  bakar  B20,  dengan catatan harga diatas belum mempertimbangkan biaya yang dikeluarkan akibat perawatan.

## 5. ACKNOWLEDGEMENT
Penulis  berterima  kasih  atas  dampingan  staf  dan  fasilitas  yang  telah  diberikan diantaranya:
• Pembiayan oleh RTA (Rekognisi Tugas Akhir) dan ICA UGM
• Laboratorium Konversi Energi, Departemen Teknik Mesin dan Industri, Universitas Gadjah Mada

## 6. DAFTAR PUSTAKA
BPH  Migas,  “Kuota  dan  Realisasi  Jenis  BBM  Tertentu  Tahun  2017”,  Available  from: http://www.bphmigas.go.id/kuota-dan-realisasi-jenis-bbmtertentu#tahun2017 Aji,  S.,  Kusmaningrum.,  and  Herni  M,  F.,  “Optimisasi  Keuntun gan  Menggunakan  Linear Programming di PT Pertamina Refinery Unit (RU) VI Balongan”, Jurnal Online Institut Teknologi Nasional, Vol.1, No.3., 2014.
Kuncahyo, P., M. Fathallah, A.Z., and Semin, “Analisa Prediksi Potensi Bahan Baku Biodiesel Sebagai  Suplemen Bahan Bakar  Motor  Diesel  di Indonesia”,  Jurnal  Teknik  POMITS, Vol.2, No.1, pp. 62-66, 2013.
Suthisripok  and  Semsamran,  “The  Impact  of  Biodiesel B100  on  a  Small  Agricultural  Diesel Engine”, Tribology International, Vol 128: 397 -409, 2018. Alloune, R., Balis trou, M., Awad, S., Loubar, K., and Tazerout, M., “Performance, Combustion and  Exhaust  Emissions  Characteristics  Investigation  Using  Citrullus  colocynthis  L. Biodiesel in DI Diesel Engine”, Journal of the Energy Institute, Vol. 91, pp. 434– 444, 2018.
Oz sezen et al., “Variable Valve Timing and Its Impacts on Air Parameters of an SI Engine”,
Journal of the Faculty of Engineering and Architecture, Gazi University, 2009.
Borhanipour, M., Karin, P., Tongroon, M., Chollacoop, N., and Hanamura, K., “Comparison Study on Fuel Properties of Biodiesel from Jatropha, Palm and Petroleum Based Diesel Fuel”, SAE Technical Paper, 2014.
Liaquat, A. M., Masjuki, H.H., Kalam, M.A., Fazal, M.A., Khan, F.A., Fayaz, H., and Varman,
M., “Impact of Palm Biodiesel Blend on Injector Deposit Formation”, Applied Energy, Vol.111, pp. 882-893, 2013.
Kegl, B., Kegl, M., and Pehan, S., “Green Diesel Engines Biodiesel Usage in Diesel Engines”, Springer, London.
Mofijur, M., Masjuki, H.H., Kalam, M.A., Atabani, A.E., Rizwanul Fattah, I.M., and Mobarak, H.M.,  “Comparative  Evaluation  of  Performance  and  Emission  Characteristics  of Moringa oleifera and Palm Oil Based Biodiesel in a Diesel Engine”, Industrial Crops and Products, Vol.   53, pp. 78-84, 2014.
Rakopoulos D, Rakopoulos C, Kakaras E, Giakoumis E. Effects of ethanol – diesel fuel blends on  the  performance  and  exhaust  emissions  of  heavy  duty  DI  diesel  engine.  Energy Convers Manage 2008; 49:3155 – 62.
Gulzar M., Masjuki H.H., Kalam M.A, Varman M., and Fattah R.I.M., Oil Filter Modification for  Biodiesel-Fueled  Engine:  A  Pathway  to  Lubricant  Sustainability  and  Exhaust Emissions Reduction, Energy Conversion and Management 91 (2015) 168 – 175. Tripathi RK. and Gupta S., 2018, Evaluation of Engine Performance and Effect on Material of Engine  Hardware  Due  to  Prolonged  Use  of  Neat  Jatropha  Oil  and  Their  Blends  in Indirect Injection Diesel Engines, proceedings 5 (2018) 28392 – 28401 M.  Abu-Zaid,  An  experimental  study  of  the  evaporation  characteristics  of  emulsion  liquid droplets, Heat Mass Transf. 40 (9) 737 – 741.
Nagaraja S, Soorya Prakash K, Sudhakaran R, Sathish Kumar M, Investigation on the emission quality, performance and combustion characteristics of the compression ignition engine fueled  with  environmental  friendly  corn  oil  methyl  ester-diesel  blends,  Ecotoxicol Environ Saf 2016; 134:455 – 61.   https://doi.org/10.1016/j. ecoenv.2016.01.023