## E FFECT O F J ATROPHA B IODIESEL B LEND T O E FFICIENCY V OLUMETRIC O F D IRECT I NJECTION D IESEL E NGINE

## P ENGARUH C AMPURAN B IODIESEL J ATROPHA T ERHADAP E FISIENSI V OLUMETRIK M

## ESIN DI ESEL D IRECT I NJECTION
Jhonni Rentas Duling 1 )
1) Study Programme of Mechanical Engineering Education, Department Of Technology Education And Vocational, University of Palangka Raya, Kampus Unpar Tunjung Nyaho, Jalan Yos Sudarso, Palangka Raya, Kalimantan Tengah 73112
email: r3ntas@gmail.com

## ABSTRACT
Problems oil reserves are dwindling caused the crisis, the effects of the crisis has been felt in the  last  few  years.  It  encourages  researchers  to  participate  in  developing  renewable  fuels. This  study,  try  blend  Biosolar  Pertamina  with  jatropha  biodiesel.  The  purpose  of  this  study was  to  determine  the  effect  of  the  composition  of  jatropha  into  Pertamina  Biosolar  to volumetric  efficiency  of  direct  injection  diesel  engine  4- stroke,  4-cylinder  with  a  cylinder volume  is  2.8  liters.  The  composition  of  the  fuel  for  the  experiment  is D100  (  Biosolar Pertamina 100% ) ; D90J10 ( Biosolar 90% Jatropha 10%) ;  D80J20 ( Biosolar Pertamina 80% Jatropha  20%)  dan  D70J30  (  Biosolar  70%  Jatropha  30%  ). The  method  used  is  experiment. Results  of  the  study  are (1)  Effect  increase  the  percentage  of biodiesel  jatropha to  engine diesel power is the power at all loads to be decreased. Values drop in brake power at each of the largest load variation occurs in the mixture D70J30 with a value decline of 0.75%, 5.28%, 10.37% and 9.85% of the power with fuel D100. (2) Effects of jatropha biodiesel percentage increase also resulted in torque at all loads going down. the lowest decline in every variation is incurred on fuel D70J30 brake power is calculated from the value D100, with a value decline of 0.74%, 5.02%, 9.40%, and 8.96%. (3) Effect throughout the fuel mixture of the volumetric efficiency of diesel engines is causing decreased volumetric efficiency, the biggest decline was 6.33%, 6.61%, 6.33%, and 6.19% in the fuel D80J20 volumetric efficiency is calculated from the value D100. Suggested solutions to overcome the problems of a decrease in volumetric efficiency  is  by  placing  the  intake  valve  settings,  so  that  when  air  intake  into  the  cylinders could  be  longer  and  with  the  modification  that  with  the  addition  of  a  supercharger  or turbocharger, more preferably also added intercooler.
Key words: Biosolar, Biodiesel Jatropha, volumetric efficiency.

## ABSTRAK
Permasalahan  cadangan  minyak  bumi yang  semakin  menipis, telah terjadi  di  seluruh  penjuru dunia,  efek  krisis sudah  terasa dalam  beberapa tahun terakhir ini. Hal ini  mendorong  peneliti untuk  turut  serta mengembangkan  bahan  bakar  yang  dapat  diperbaharui.  Penelitian  ini, mencoba mencampur Biosolar Pertamina dengan jatropha biodiesel. Tujuan dari penelitian ini adalah  untuk  mengetahui pengaruh  penambahan  komposisi  jatropha  ke  dalam  Biosolar Pertamina terhadap  efisiensi  volumetric motor  diesel  injeksi  langsung 4  langkah,  4  silinder dengan volume 2,8 liter. Komposisi bahan bakar yang diteliti adalah D100 ( Biosolar Pertamina 100% ) ; D90J10 ( Biosolar 90% Jatropha 10%) ;  D80J20 ( Biosolar Pertamina 80% Jatropha 20%) dan D70J30 ( Biosolar 70% Jatropha 30% ). Metode yang digunakan adalah eksperimen. Hasil penelitian adalah (1) Efek pertambahan persentase biodiesel jatropha terhadap daya adalah daya  pada  semua  beban jadi menurun.  Nilai  penurunan brake  power pada  setiap  variasi beban  terbesar  terjadi  pada  campuran  D70J30,  sebesar  0.75%,  5.28%,  10.37%  dan  9.85% terhadap  daya  dengan  bahan  bakar  D100.  (2) Efek  pertambahan  persentase  jatropha biodiesel  juga  mengakibatkan  torque  di  semua  beban  akan  turun,  penurunan  terendah  di setiap variasi beban terjadi pada bahan bakar D70J30 dihitung dari nilai brake power D100, sebesar 0.74%, 5.02%,  9.40%,  dan 8.96%  (3)  Efek  seluruh  campuran  bahan  bakar  terhadap volumetric  efficiency mesin  diesel  adalah  menyebabkan  volumetric efficiency  menurun, penurunan terbesar , sebesar 6.33%, 6.61%, 6.33%, dan 6.19% terjadi pada D80J20 dari bahan
bakar  D100.  Solusi  yang  disarankan  untuk  mengatasi  permasalahan  penurunan volumetric efficiency adalah dengan merapatkan setelan katup intake, sehingga waktu pemasukan udara ke dalam silinder bisa bertambah panjang dan dengan modifikasi yaitu dengan penambahan supercharger atau turbocharger, lebih baik lagi di tambah juga intercooler.
Kata-kata kunci: Biosolar, Biodiesel Jatropha, volumetric efficiency.

## 1. PENDAHULUAN
Efek  Krisis  minyak  sekarang  ini  makin  terasa, khususnya  di  bidang  transfortasi  dan  industri  yang banyak  menggunakan  motor  diesel. Untuk  mencari solusi  kesulitan  bahan  bakar  motor  diesel  maka diperlukan  penelitian  khusus  tentang  “ PENGARUH CAMPURAN  BIODIESEL JATROPHA  TERHADAP EFISIENSI  VOLUMETRIK  MESIN  DIESEL  DIRECT INJECTION” .

## 2. KAJIAN LITERATUR
a. Biodiesel Bahan  bakar  alternatif  yang  dapat  diperbaharui adalah biodiesel. Biodiesel dibuat dari tanaman sumber pangan dan tanaman bukan sumber pangan. Biodiesel dari  tanaman  sumber  pangan  tidak  dikembangkan karena  akan  mengganggu  ketahanan  pangan.  Bahan dasar biodiesel dari bahan non pangan adalah mahua, alga,  pungamia,  biji  karet,  jatropha  (jarak  pagar)  dan lain-lainnya  ( Ayhan Demirbas,  2009).  Penelitian  ini menggunakan  biodiesel  jatropha  yang  mempunyai potensi  besar  dikembangkan  di  Indonesia  karena  bisa hidup di lahan kritis dan tandus.
Kelebihan  biodiesel  jatropha  dibandingkan  solar adalah  memiliki  rantai  hidrokarbon  yang  sederhana, tidak  mengandung  belerang,  struktur  molekulnya mengandung  oksigen,  titik  nyala  yang  tinggi, mempunyai  sifat  pelumasan  yang  baik,  sehingga menarik untuk diteliti.

## b. Performa Motor Diesel
Performa  motor  yang  dihitung  dan  diamati  di dalam penelitian ini adalah:
- Torsi dan Daya Torsi yang dihasilkan mesin adalah : T = F x b (2.1) Dimana dalam satuan SI, yaitu : T = torsi ( Nm) F = gaya penyeimbangan (N) b = jarak lengan torsi (m) Adapun  daya  yang  dihasilkan  mesin  atau  diserap oleh dinamometer adalah hasil perkalian dari torsi dan kecepatan sudut.
P = 2 10 (2.2) Dimana dalam satuan SI, yaitu : P = daya (kW) T = torsi ( Nm) n = Putaran kerja (rpm)
- Efisiensi Volumetric (η v )
Sistem intake  manifold , intake  port , intake valve membatasi  jumlah  udara  pada  sebuah mesin  dapat menginduksi.  Parameter  yang digunakan  untuk  mengukur  efektivitas  proses induksi  mesin  adalah  efisiensi volumetric η v . Efisiensi volumetric hanya  digunakan  dengan mesin  siklus  empat-langkah  yang  memiliki proses  induksi  yang  berbeda.  Hal  ini didefinisikan sebagai laju aliran volume udara sistem intake dibagi  dengan  tingkat  di  mana volume  dipindahkan  oleh  piston  (Heywood,
1988): = ̇ ρ (2.3) Dimana dalam satuan SI, yaitu : η v = efisiensi volumetrik ṁ a = laju aliran massa udara ( kg/jam) V d =  volume  silinder  /  displacement volume (dm 3 ) ρ a = massa jenis udara ( kg/ kW. jam) N = putaran mesin (rpm)
Laju  aliran  massa  inlet  dapat  diambil  sebagai massa  jenis  atmosfer  udara  atau mungkin diambil  sebagai  kerapatan  udara  di  inlet manifold. Nilai maksimum dari η v untuk mesin normal berada di kisaran 80 sampai 90 persen. Efisiensi volumetric untuk  mesin  diesel  agak lebih tinggi daripada mesin bensin. (Heywood, 1988)
c. Biosolar Pertamina Biosolar  Pertamina  adalah  solar  yang  dihasilkan oleh  Pertamina,  pada  tahun  2013  mempunyai komposisi sebagai berikut :
Dari  Tabel  di  atas,  dapat  diketahui  persentase Fatty  Acid  Methyl  Ester (FAME) pada  Biosolar  Pertamina sebesar 10 % v/v , FAME adalah biodiesel dari minyak sawit.
d. Jatropha Biodiesel
Jatropha  Biodiesel  adalah  biodiesel  yang  terbuat  dari pressing  (penekanan)  biji  buah  jarak  pagar,  yang  di r esterifikasi dengan komposisi seperti di bawah ini :
e. Spesifikasi Motor Diesel
Motor  diesel  yang  digunakan  di  dalam  penelitian  ini  adalah  Motor  Diesel  Isuzu,  dengan spesifikasi  sebagai berikut :

## 3. METODE PENELITIAN
A. Metode Penelitian Metode yang dilakukan adalah metode penelitian eksperimental ( true experimental research ) yaitu jenis  penelitian  ini  dapat  dipakai  untuk  menguji  efek  dari  suatu  perlakuan  atau  desain  baru  dengan membandingkan satu atau lebih terhadap kelompok lain tanpa perlakuan.

## B. Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian
C. Tempat Penelitian Penelitian  dilakukan  di  Laboratorium  Thermofluid Teknik Mesin, Universitas Diponegoro, Semarang.
D. Variabel Penelitian
1. Variabel bebas yaitu :
1. Campuran  bahan  bakar : D100 ;  D90J10  ;
D80J20 ; D70J30
2. Beban : bukaan katup : 0%, 25%, 50%, 75%, 100%
3. Putaran mesin diesel : 2000 Rpm
2. Variabel terikat yaitu :
1. Temperatur exhaust
2. Temperatur intake manifold
3. Temperatur mesin diesel
4. Temperatur ruangan 5. Tekanan manometer intake manifol
6. Waktu per 30 ml bahan bakar
7. Opacity
F.  Langkah Penelitian
Pengujian  dilakukan  dengan  langkah-langkah sebagai berikut:
1. Pengujian pertama dilakukan untuk bahan bakar Biosolar Pertamina D100 dengan putaran mesin konstan  2000  Rpm  dan  variasi  bukaan  katup beban dari 25%, 50%, 75% dan 100%.Pengujian ini  dimaksudkan  untuk  mengetahui  pengaruh prestasi mesin diesel seperti brake power, brake torque, Volumetric Efficiency.
2. Pengujian kedua dilakukan dengan bahan bakar
D90J10 pada  putaran  mesin  2000  Rpm  juga diberikan variasi katup beban yang sama dengan percobaan yang pertama.
3. Pengujian ketiga dilakukan dengan bahan bakar D80J20, juga dilakukan pada putaran 2000 Rpm dan variasi  beban  seperti  pengujian  pertama dan kedua.
4. Pengujian  keempat  dilakukan  dengan  bahan bakar D70J30, juga dilakukan pada putaran 2000 Rpm dan variasi beban seperti sebelumnya.
Untuk memperoleh nilai variabel-variabel pengujian dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:
1. Beban Alat: Dynamometer
Langkah pengujian:
a. Pasang dynamometer.
b. Pasang  saluran  air  dari  pompa  air  ke dynamometer , pastikan tidak ada kebocoran.
c. Hidupkan  mesin dan  distabilkan hingga keadaan stabil pada putaran 2000 rpm.
d. Lakukan  pembebanan  yang  diinginkan dengan mengatur debit air yang masuk ke dynamometer .
e. Lakukan pencatatan pada tiap-tiap variasi. f. Tiap variasi dilakukan pengujian 2 kali.
2. Nilai temperatur Alat: Thermocouple dan Display
Langkah pengujian:
a. Hidupkan  mesin dan putaran distabilkan hingga keadaan stabil pada 2000 rpm.
b. Pada  tiap  titik thermocouple ,  temperatur udara  terbaca  dengan  menggunakan Display.
c. Catat hasil pembacaan pada display .
d. Lakukan pencatatan pada tiap-tiap variasi. e. Tiap variasi dilakukan pengujian 2 kali. 3. Laju massa udara Alat : Orifice  plate  flowmeter Manometer air raksa Persiapan: Pasang orifice plate flowmeter pada saluran intake manifold.
Langkah pengujian:
a. Hidupkan  mesin dan putaran distabilkan hingga keadaan stabil pada 2000 rpm.
b. Baca  dan  catat  nilai  h  pada  manometer intake manifold . c. Lakukan pencatatan pada tiap-tiap variasi. d. Tiap  variasi  dilakukan  pengujian  2  kali.

## G. Setup Penelitian

## Gambar 3.2. Setup eksperiment

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
A.  Hasil Penelitian
1. Efek terhadap daya mesin diesel
Dari hasil pengujian dan perhitungan diperoleh data sebagai berikut :
Bahan Bakar Beban 25% 50% 75% 100% D100 8.66808 kW 15.02898 kW 17.65959 kW 17.78896 kW D90J10 8.65514 kW 14.48992 kW 16.49522 kW 17.20678 kW D80J20 8.62495 kW 14.2743 kW 16.4521 kW 16.55991 kW D70J30 8.60339 kW 14.2743 kW 15.99929 kW 16.19335 kW
Jika digambarkan sebagai berikut:

## 2. Efek Terhadap Torsi Mesin Diesel
Dari hasil pengujian diperoleh data : Bahan Bakar Beban 25% 50% 75% 100% D100 41.40801 Nm 71.79448 Nm 84.3611 Nm 84.97912 Nm D90J10 41.34621 Nm 69.21936 Nm 78.79882 Nm 82.19799 Nm D80J20 41.202 Nm 68.18931 Nm 78.59282 Nm 79.10784 Nm D70J30 41.099 Nm 68.18931 Nm 76.42971 Nm 77.35676 Nm

## 3. Efek Terhadap Volumetric Efficiency
Dari data hasil pengamatan kemudian dilakukan perhitungan diperoleh data sebagai berikut: Bahan Bakar Beban 25% 50% 75% 100% D100 89.50777% 89.78128% 89.50777% 89.64463% D90J10 83.96964% 83.96964% 83.96964% 83.84039% D80J20 83.84039% 83.84039% 83.84039% 83.71093% D70J30 83.71093% 83.96964% 83.96964% 83.84039%
Digambar dalam bentuk grafik sebagai berikut:

## B.  Pembahasan
1. Efek terhadap daya mesin diesel
- Dari  grafik  Daya  VS  Load,  dapat  dilihat  untuk semua campuran bahan bakar, daya meningkat dengan  naiknya  beban, kenaikan  signifikan terjadi  dari  beban  25%  ke  50%,  rata-rata  naik 5.87 kW dari daya pada beban 25%. Dari beban 50%  sampai  beban  75%  terjadi  kenaikan,  rata- rata  2.1kW  dari  daya  pada  beban  50%.  Untuk beban 75% ke 100% masih terjadi kenaikan daya walaupun  kecil  yaitu  0.258kW  dari  daya  pada beban 75%.
- Dari grafik Daya VS Load dapat dilihat pengaruh pertambahan  persentase  biodiesel  jatropha terhadap  daya  yaitu  semakin  bertambah persentase biodiesel Jatropha, daya pada semua beban akan menurun, hal ini disebabkan karena heating  value yang  rendah  dibandingkan  diesel fuel (Philip.  K,  2002). Nilai penurunan brake power pada setiap variasi beban terbesar terjadi pada  campuran  D70J30,  sebesar  0.75%,  5.28%, 10.37% dan 9.85% terhadap daya dengan bahan bakar D100.
2. Efek Terhadap Torsi Mesin Diesel
- Dari  grafik Daya  VS  Torque dapat  dilihat torque akan bertambah seiring bertambahnya beban pada semua campuran, dari beban 25% sampai 50% terjadi kenaikan rata-rata torque 28Nm  pada  seluruh  campuran.  Untuk  beban 50% ke 75% terjadi kenaikan rata-rata torque 10Nm  pada  seluruh  campuran.  Untuk  beban 75% ke 100% terjadi kenaikan rata-rata torque 1.36 Nm dari beban 75%.
- Pertambahan persentase  jatropha  biodiesel juga  mengakibatkan  torque  di  semua  beban akan  turun dari  torque  dengan  bahan  bakar Diesel  fuel  karena  campuran  bahan  bakar diesel fuel dan  jatropha  mempunyai heating value yang  rendah  dibandingkan  diesel fuel (Philip.  K,  2002).  Sebab  lain  adalah  angka cetane  untuk  jatropha  rendah  dibandingkan angka cetane diesel fuel . Penurunan terendah di  setiap  variasi  beban  terjadi  pada  bahan bakar  D70J30  dihitung  dari  nilai brake  power D100, sebesar 0.74%, 5.02%, 9.40%, dan 8.96%
3. Efek Terhadap Volumetric Efficiency
- Penurunan  terbesar  nilai volumetric  efficiency sebesar  6.33%,  6.61%,  6.33%,  dan 6.19% terjadi pada D80J20 dari bahan bakar diesel.
- Terjadi  penurunan  nilai volumetric  efficiency bahan  bakar  campuran  pada  semua  tingkat beban  karena  type  bahan  bakar  (  Heywood, 1988)  dan Nilai  kalor  bahan  bakar  campuran lebih  rendah  dari  nilai  kalor  diesel  fuel  (Y.V. Hanumantha Rao, 2009).
-
Penurunan volumetric  efficiency sangat  besar sampai  rendah  dari  kisaran volumetric efficiency biasanya di mesin diesel yaitu antara 84% - 90%,  tentunya  berpengaruh  langsung terhadap  penurunan  daya  mesin,  untuk mengatasi turunnya volumetric efficiency pada mesin  diesel,  langkah  awal tanpa modifikasi adalah  dengan  merapatkan  setelan  katup intake,  sehingga  waktu  pemasukan  udara  ke dalam  silinder  bisa  bertambah,  diharapkan volumetric efficiency bisa meningkat, selain itu ada  solusi  dengan  modifikasi  yaitu  dengan penambahan supercharger atau turbocharger, lebih baik lagi di tambah juga intercooler.

## 5. KESIMPULAN

## A. Kesimpulan
- Efek seluruh campuran bahan bakar  terhadap beban,  semakin  naik  beban  maka  daya semakin  naik kenaikan  signifikan  terjadi  dari beban 25% ke 50%, rata-rata naik 5.87 kW dari daya pada beban 25%. Dari beban 50% sampai beban  75%  terjadi  kenaikan,  rata-rata  2.1kW dari daya pada beban 50%. Untuk beban 75% ke  100%  masih  terjadi  kenaikan  daya walaupun kecil yaitu  0.258kW dari daya pada beban 75%.
- Efek pertambahan  persentase  biodiesel jatropha  terhadap  daya  yaitu  semakin bertambah  persentase  biodiesel  Jatropha, daya  pada  semua  beban  akan  menurun. Nilai penurunan brake  power pada  setiap  variasi beban terbesar terjadi pada campuran D70J30, sebesar  0.75%,  5.28%,  10.37%  dan  9.85% terhadap daya dengan bahan bakar D100.
- Efek  seluruh  campuran  terhadap torque seiring  naiknya  beban adalah bertambah  naik dari beban 25% sampai 50% terjadi kenaikan rata-rata  torque  28Nm  pada  seluruh campuran.  Untuk  beban  50%  ke  75%  terjadi kenaikan rata-rata torque 10Nm pada seluruh campuran.  Untuk  beban  75%  ke  100%  terjadi kenaikan rata-rata torque 1.36 Nm dari beban 75% pada seluruh campuran.
- Efek  pertambahan  persentase  biodiesel jatropha  terhadap  torque  yaitu semakin bertambah  persentase  biodiesel  Jatropha, torque pada semua beban akan menurun. Nilai penurunan torque pada  setiap  variasi beban terbesar  terjadi  pada  campuran  D70J30, sebesar 0.74%, 5.02%,  9.40%,  dan 8.96% terhadap torque dengan bahan bakar D100.
- Efek seluruh campuran bahan bakar terhadap volumetric  efficiency mesin  diesel  adalah menyebabkan  volumetric  efficiency  menurun, penurunan  terbesar  nilai volumetric  efficiency
sebesar  6.33%,  6.61%,  6.33%,  dan 6.19% terjadi pada D80J20 dari bahan bakar D100.

## B. Saran.
- Karena terjadi penurunan volumetric efficiency sangat  besar  sampai  rendah  dari  kisaran volumetric  efficiency biasanya  di  mesin  diesel yaitu  antara  84% - 90%, ini berpengaruh langsung  terhadap  penurunan  daya  mesin, untuk mengatasi
turunnya
volumetric efficiency pada  mesin  diesel,  langkah  awal tanpa  modifikasi  adalah  dengan  merapatkan setelan  katup  intake,  sehingga  waktu pemasukan  udara  ke  dalam  silinder  bisa bertambah panjang,  diharapkan volumetric efficiency bisa meningkat, selain itu ada solusi dengan  modifikasi  yaitu  dengan  penambahan supercharger atau turbocharger, lebih baik lagi di tambah juga intercooler.

## 6. REFERENSI
Demirbas  A.,  “ Progress  and  recent  trends in  biodiesel fuels ”  International  Journal  of  Energy Conversion and Management, Elsevier;2009; 40 ; 14–34. Heywood,  Dr.John  B.,  “ Internal  combustion  engine fundamentals” , By Mc.Grew-Hill;1988. Philip Kristanto, Ricky Winaya., ,” Penggunaan Minyak Nabati Sebagai Bahan Bakar Alternatif Pada
Motor Diesel Sistim Injeksi Langsung, ” Jurnal Teknik Mesin ;2002; Vol. 4, (2), pp. 99 – 103.
Y.  V.  Hanumantha  Rao.  “ Use  of  Jatropha  Oil  Methyl Ester and Its Blends as an Alternative Fuel in Diesel  Engine ”. Journal of  the  Brazilian
Society  of  Mechanical  Sciences
and Engineering.;2009.