JARAK PAGAR
A. Analisa biodiesel pada Suhu Rendah
Karakteristik biodiesel pada suhu rendah menjadi faktor yang sangat penting pada daerah (region) yang memiliki empat musim. Menurut Knothe et al., (2000), pada suhu rendah bahan bakar akan membentuk kristal-kristal yang dapat menghambat saluran dan filter dalam mesin disel, yang pada akhirnya akan menimbulkan masalah pada awal proses pembakaran (atomisasi). Salah satu parameter karakteristik biodiesel pada suhu rendah yaitu titik awan dan titik tuang.
Titik awan adalah temperatur pada saat bahan bakar mulai tampak "berawan" (cloudy). Hal ini timbul karena munculnya kristal-kristal (padatan) di dalam bahan bakar. Walaupun bahan bakar masih dapat mengalir pada titik ini, keberadaan kristal-kristal tersebut dalam bahan bakar bisa mempengaruhi kelancaran aliran bahan bakar di dalam filter, pompa, dan injektor. Sedangkan titik tuang adalah temperatur terendah yang masih memungkinkan terjadinya aliran bahan bakar, namun suhu di bawah titik tuang bahan bakar tidak lagi dapat mengalir karena bahan bakar seutuhnya sudah menjadi kristal atau gel. Pengukuran nilai titik awan pada biodiesel-biodiesel terpilih pada metode 1 dan 2 juga biodiesel campuran Jarak pagar-metil laurat dapat dilihat pada Gambar 24.
Berdasarkan pada Gambar 24, titik awan pada masing-masing kisaran konsentrasi baik pada metode 1 dan 2 relatif konstan terhadap pertambahan konsentrasi Jarak pagar yaitu 9ºC pada metode 1 dan 12ºC pada metode 2. Hal ini membuktikan bahwa pada kisaran konsentrasi tersebut penambahan konsentrasi Jarak pagar dalam campuran tidak mempengaruhi perubahan titik awan yang terbentuk. Campuran Jarak pagar dengan Kelapa metode 1 memberikan penurunan titik awan sebesar 3ºC terhadap biodiesel Jarak pagar. Sedangkan campuran Jarak pagar
73 dengan Kelapa metode 2 cenderung tidak memberikan penurunan titik awan terhadap Jarak pagar.
Sedangkan campuran metil laurat dengan biodiesel Jarak pagar menunjukkan perubahan titik awan menurun hingga titik minimum -3ºC. Penurunan terjadi seiring dengan pertambahan konsentrasi Jarak pagar pada konsentrasi 50-55% Jarak pagar dalam campuran dan meningkat kembali mendekati titik awan biodiesel Jarak pagar pada 12ºC tentunya. Titik minimum tersebut merupakan titik eutektik dalam campuran yang menunjukkan nilai lebih rendah dari biodisel murni pencampurnya, diketahui nilai titik awan pada metil laurat adalah 3ºC dan biodiesel Jarak pagar 12ºC. -4 -1 2 5 8 11 14 35 40 45 50 55 60 65 70
% Konsentrasi jarak pagar/(campuran)
S u h u ( ºC )
jarak pagar-metil laurat metode 1 metode 2 Gambar 24. Perubahan titik awan biodiesel campuran terhadap
konsentrasi
Penambahan 50-55% Jarak pagar dalam campuran Jarak pagar-metil laurat memberikan penurunan titik awan sebesar 15ºC terhadap Jarak pagar. Hal ini membuktikan bahwa penambahan ester rantai pendek kedalam biodiesel Jarak pagar memberikan pengaruh positif terhadap penurunan titik awan biodiesel Jarak pagar.
Perubahan titik tuang terhadap pertambahan konsentrasi pada masing-masing teknik pencampuran pada biodiesel Jarak pagar-Kelapa ditunjukkan pada Gambar 25. Titik tuang pada metode 1 relatif konstan
74 terhadap penambahan konsentrasi Jarak pagar yaitu pada -6ºC, sedangkan pada metode 2 diperoleh penurunan nilai titik awan seiring dengan bertambahnya konsentrasi Jarak pagar yang kemudian konstan pada konsentrasi 40-55% Jarak pagar pada titik -9ºC yang tentunya akan meningkat kembali mendekati nilai titik tuang Jarak pagar ( 12ºC). Hal ini dikarenakan konsentrasi pada metode 1 dan 2 merupakan titik minimum dari kedua metode. Campuran Jarak pagar dengan Kelapa metode 1 memberikan penurunan titik tuang sebesar 6ºC terhadap biodiesel Jarak pagar. Sedangkan campuran Jarak pagar dengan Kelapa metode 2 menghasilkan penurunan titik tuang sebesar 9ºC
-18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 35 40 45 50 55 60 65 70
% Konsentrasi Jarak pagar/(campuran)
S u h u ( ºC )
jarak pagar-metil laurat metode 1 metode 2 Gambar 25. Perubahan titik tuang biodiesel campuran terhadap
konsentrasi
Perubahan titik tuang campuran Jarak pagar dengan metil laurat menurun seiring dengan bertambahnya konsentrasi Jarak pagar hingga konsentrasi 55% pada titik 18ºC dan kemudian meningkat kembali hingga mendekati titik tuang biodiesel Jarak pagar pada titik 0ºC. Campuran Jarak pagar dengan metil laurat menghasilkan penurunan titik tuang pada biodiesel Jarak pagar sebesar 18ºC.
Titik minimum yang terjadi merupakan kondisi konsentrasi ideal komposisi metil ester pada biodiesel. Penelitian Imahara et al. (2006) yang berkaitan dengan penentuan hubungan titik awan campuran metil
75 ester dengan titik leleh, menemukan titik minimum pada pencampuran metil ester jenuh rantai sedang dengan metil ester jenuh rantai panjang, yang dikarenakan adanya kesetimbangan padat-cair. Selain itu, Imahara et al., (2006) pun menegaskan bahwa nilai titik awan pada umumnya ditentukan oleh ester jenuh dan tidak ditentukan oleh metil ester tak jenuh, karena metil ester jenuh pada suhu dingin akan membentuk awan terlebih dahulu jika dibandingkan dengan ester tak-jenuh. Selain itu, pada penelitian Lee et al., (1996) ditegaskan bahwa dengan mereduksi jumlah metil ester jenuh pada biodiesel akan memberikan pengaruh pada penurunan nilai titik awan biodiesel.
Sehingga keberadaan metil ester jenuh dalam biodiesel sangat berperan dalam penentuan karakteristik biodiesel pada suhu rendah, karena yang menentukan titik awan pada biodiesel adalah kandungan metil ester jenuh yang terdapat didalamnya. Keberadaan metil laurat pada komposisi tertentu dalam campuran biodiesel mampu memberikan penurunan nilai titik awan dan tuang pada biodiesel Jarak pagar murni. Selain itu, pencampuran juga mampu mereduksi jumlah metil ester rantai panjang pada biodiesel Jarak pagar dan digantikan dengan meningkatnya jumlah metil ester rantai sedang pada biodiesel Kelapa. Seperti yang ditunjukkan pada Lampiran 3 yang menunjukkan distribusi metil ester dalam biodiesel campuran.
Berdasarkan uji keragaman (Lampiran 5) menunjukkan bahwa konsentrasi Jarak pagar dalam campuran memberikan pengaruh pada titik awan yang berbeda pada tingkat kepercayaan 95%. Uji lanjut Duncan, dapat disimpulkan bahwa konsentrasi 50-65% Jarak pagar metode 1, 35-55% Jarak pagar metode 2, dan 35-70% Jarak pagar–metil laurat memberikan pengaruh yang sama dan mempunyai nilai titik awan yang paling rendah, dan berbeda nyata terhadap konsentrasi lainnya.
Uji keragaman untuk titik tuang (Lampiran 6) juga menunjukkan konsentrasi Jarak pagar dalam campuran memberikan pengaruh pada nilai titik tuang dengan tingkat kepercayaan 95%. Berdasarkan pada uji lanjut Duncan, dapat disimpulkan bahwa konsentrasi 50-70% konsentrasi
76 Jarak pagar metode 1, 35-65% Jarak pagar metode 2, dan 35-50%, 60-70% Jarak pagar - metil laurat memberikan pengaruh yang sama dan mempunyai nilai titik tuang terendah, dan berbeda nyata terhadap konsentrasi lainnya.
B. Analisa Sifat Fisikokimia 1. Viskositas Kinematik
Viskositas kinematik merupakan hasil perbandingan antara viskositas dinamik dengan kerapatan massa pada suhu pengukuran viskositas, yang pada umumnya dinyatakan dengan waktu yang dibutuhkan untuk mengalir pada jarak tertentu. Pada aplikasinya karakteristik ini sangat penting karena mempengaruhi kinerja injektor pada mesin diesel. Selain itu, viskositas juga berperan dalam proses atomisasi bahan bakar. Nilai viskositas pada masing-masing metode pencampuran dapat dilihat pada Gambar 26.
Nilai viskositas untuk biodiesel murni Jarak pagar dan Kelapa masing-masing adalah 8,55 mm2/detik dan 5,67 mm2/detik pada suhu 40ºC. Nilai viskositas untuk biodiesel Jarak pagar lebih tinggi dibandingkan dengan biodiesel Kelapa hal ini dikarenakan kandungan ester lemak tidak jenuh yang terdapat pada biodiesel Jarak pagar lebih tinggi dibandingkan dengan biodiesel Kelapa. Ester lemak tidak jenuh memiliki nilai viskositas lebih tinggi dibandingkan dengan ester lemak jenuh pada panjang rantai yang sama. Dalam hal ini biodiesel Kelapa didominasi oleh metil laurat yang merupakan asam lemak jenuh sedangkan biodiesel Jarak pagar didominasi oleh oleat ester yang merupakan asam lemak tak jenuh.
Berdasarkan Knothe dan Steidsley (2005), diketahui bahwa viskositas kinematik untuk metil laurat sebesar 2,43 mm2/detik sedangkan untuk oleat ester sebesar 4,51 mm2/detik. Hal ini membuktikan bahwa biodiesel Jarak pagar yang didominasi oleh oleat ester memiliki nilai viskositas lebih besar dibandingkan dengan biodiesel Kelapa yang didominasi oleh metil laurat.
77 Berdasarkan data yang disajikan pada Gambar 26 terlihat bahwa semakin besar konsentrasi biodiesel Jarak pagar dalam campuran akan menghasilkan nilai viskositas kinematik yang tinggi pula. Hal ini menunjukkan bahwa peranan metil ester dominan pada biodiesel mempengaruhi karakteristik fisik biodiesel tersebut. Nilai viskositas pada pencampuran berada pada kisaran 3,89-5,89 mm2/detik. Berdasarkan standar yang ditetapkan nilai viskositas kinematik dinyatakan dalam bentuk kisaran yaitu 2,4-6,0 mm2/detik pada suhu 40ºC. Biodiesel hasil pencampuran tersebut memiliki nilai viskositas yang sesuai dengan standar yang ditetapkan untuk biodiesel.
3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 35 40 45 50 55 60 65 70
% Konsentrasi jarak pagar/(campuran)
mm
2 /de
ti
k
jarak pagar-metil laurat metode 1 metode 2 Gambar 26. Perubahan viskositas biodiesel campuran terhadap
konsentrasi
Kecepatan alir bahan bakar melalui suatu injektor pada mesin diesel akan mempengaruhi atomisasi bahan bakar dalam ruang pembakaran. Selain itu, viskositas juga berpengaruh secara langsung terhadap kemampuan bahan bakar tersebut bercampur dengan udara. Dengan demikian, viskositas bahan bakar yang tinggi, tidak baik digunakan sebagai bahan bakar. Selain itu, nilai viskositas juga memberikan pengaruh pada sifat pelumasan bahan bakar.
Berdasarkan hasil uji keragaman (Lampiran 7) menunjukkan bahwa konsentrasi Jarak pagar memberikan pengaruh pada viskositas
78 yang berbeda pada tingkat kepercayaan 95%. Dari hasil uji lanjut Duncan, dapat disimpulkan bahwa konsentrasi 50-60% Jarak pagar metode 1, 35-55% Jarak pagar metode 2, dan 40%,45%, 65%, 70% Jarak pagar dalam campuran jarak pagar-metil laurat memberikan pengaruh yang sama dan mempunyai viskositas yang paling rendah, dan berbeda nyata terhadap konsentrasi lainnya.
2. Densitas
Berat jenis menunjukkan perbandingan berat per satuan volume, karakteristik ini berkaitan dengan nilai kalor dan daya yang dihasilkan oleh mesin diesel per satuan volume bahan bakar. Berat jenis pada biodiesel diukur dengan menggunakan metode ASTM D445 yang dinyatakan dalam satuan kilogram per meter kubik (kg/m3).
0.8500 0.8550 0.8600 0.8650 0.8700 0.8750 0.8800 35 40 45 50 55 60 65 70
% Konsentrasi jarak pagar/(campuran)
g/
cm
3
jarak pagar-metil laurat metode 1 metode 2 Gambar 27. Perubahan densitas pada biodiesel campuran
terhadap konsentrasi
Nilai densitas pada biodiesel Jarak pagar, biodiesel Kelapa dan metil laurat masing-masing adalah 0,8765, 0,8805, 0,8727 gr/cm3. Berdasarkan pada Gambar 27 dapat diketahui bahwa perubahan nilai densitas pada biodiesel pencampuran cenderung linear menurun seiring dengan meningkatnya konsentrasi Jarak pagar dalam campuran.
79 Hasil pencampuran Jarak pagar dengan metil laurat menunjukkan nilai densitas lebih rendah dibandingkan dengan pencampuran Jarak pagar-Kelapa. Hal ini membuktikan bahwa kandungan metil laurat yang terdapat dalam campuran memberikan pengaruh yang cukup signifikan terhadap penurunan nilai densitas campuran.
Nilai densitas pencampuran berada pada kisaran 0,8602 – 0,8772 gr/cm3. Berdasarkan standar ASTM D 6751 dan SNI nilai- nilai tersebut masih berada pada batas aman yang mengsyaratkan nilai densitas biodiesel harus berada pada kisaran 0,8500 – 0,8900 gr/cm3.
Analisa uji ragam pada Lampiran 8, menunjukkan bahwa penambahan konsentrasi Jarak pagar memberikan pengaruh pada nilai densitas pada selang kepercayaan 95%. Berdasarkan hasil uji lanjut Duncan, dapat disimpulkan bahwa konsentrasi 50-70% Jarak pagar metode 1, 35-55% Jarak pagar metode 2, dan 35-70%Jarak pagar-metil laurat memberikan pengaruh yang sama dan mempunyai densitas yang paling rendah, dan berbeda nyata terhadap konsentrasi lainnya.
3. Bilangan Iod
Bilangan iod pada biodiesel menunjukkan tingkat ketidakjenuhan senyawa-senyawa penyusun biodiesel. Di satu sisi, keberadaan senyawa lemak tak jenuh meningkatkan performansi biodiesel pada temperatur rendah, karena senyawa ini memiliki titik leleh (melting point) yang lebih rendah (Knothe, 2005) sehingga berkorelasi pada titik awan dan titik tuang yang juga rendah. Namun di sisi lain, banyaknya senyawa lemak tak jenuh di dalam biodiesel memudahkan senyawa tersebut bereaksi dengan oksigen di atmosfer dan bisa terpolimerisasi membentuk material menyerupai plastik (Azam et al., 2005). Oleh karena itu, batasan maksimal bilangan iod yang diperbolehkan untuk biodiesel, yakni 115 berdasarkan pada standard Eropa (EN 14214).
80 Sebuah penelitian yang dilakukan di Mercedez-Benz (Environment Canada, 2006) menunjukkan bahwa biodiesel dengan angka iodin lebih dari 115 tidak bisa digunakan pada kendaraan diesel karena menyebabkan deposit karbon yang berlebihan. Pengukuran nilai bilangan iod pada masing-masing pencampuran biodiesel dapat dilihat pada Gambar 28.
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 35 40 45 50 55 60 65 70
% Konsentrasi jarak pagar/(campuran)
g r I2 /1 0 0 g r
jarak pagar-metil laurat metode 1 metode 2 Gambar 28. Perubahan bilangan iod pada biodiesel campuran
terhadap konsentrasi
Nilai bilangan iod pada biodiesel Jarak pagar murni adalah 82,53 g I2/100 gram biodiesel, sedangkan nilai bilangan iod pada biodiesel Kelapa adalah 9,41 g I2/100 gram biodiesel. Nilai bilangan iod pada biodiesel Jarak pagar lebih besar jika dibandingkan dengan biodiesel Kelapa hal ini menunjukkan bahwa pada biodiesel Jarak pagar mengandung asam lemak tak jenuh yang cukup besar. Asam lemak tidak jenuh mampu menyerap sejumlah iod dan membentuk suatu persenyawaan yang jenuh. Besarnya jumlah iod yang diserap menunjukkan banyaknya ikatan rangkap atau ikatan tidak jenuh yang terdapat pada biodiesel. Berdasarkan hasil analisis kromatografi gas yang ditunjukkan oleh Tabel 16 diperoleh kandungan asam lemak tak jenuh yang dikandung oleh biodiesel Jarak pagar sebesar 33,44%
81 (bobot), sedangkan pada biodiesel Kelapa diketahui bahwa kandungan asam lemak tak jenuh sebesar 1,84 % (bobot).
Begitupula dengan hasil yang ditunjukkan pada Gambar 26, dapat diketahui bahwa nilai bilangan iod hasil pencampuran akan meningkat seiring dengan semakin tingginya konsentrasi biodiesel Jarak pagar dalam campuran. Hal ini menunjukkan bahwa keberadaan biodiesel Jarak pagar dalam campuran memberikan pengaruh pada peningkatan nilai bilangan iod. Bilangan iod pada biodiesel murni maupun biodiesel campuran masih memenuhi standar Eropa dan SNI yang masing-masing mensyaratkan nilai bilangan iod pada biodiesel tidak boleh melebihi 115 dan 120 g I2/100 g biodiesel.
Berdasarkan hasil uji keragaman (Lampiran 9) menunjukkan bahwa konsentrasi Jarak pagar dalam campuran memberikan pengaruh pada nilai bilangan iod yang berbeda pada tingkat kepercayaan 95%. Uji lanjut Duncan menunjukkan bahwa konsentrasi 50% dan 65% Jarak pagar metode 1, 35-55% Jarak pagar metode 2, dan 35%, 45-55%, 70% Jarak pagar-metil laurat memberikan pengaruh yang sama dan mempunyai nilai bilangan iod yang paling rendah, dan berbeda nyata terhadap konsentrasi lainnya.