EFEK METIL ESTER MINYAK JARAK PAGAR DENGAN DIMETIL ESTER TURUNAN OLEAT TERHADAP PERFORMANSI
DAN EMISI GAS BUANG DARI MESIN DIESEL.
TESIS
OLEH
MUHAMMAD SYAFII 107026017/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
EFEK METIL ESTER MINYAK JARAK PAGAR DENGAN DIMETIL
ESTER TURUNAN OLEAT TERHADAP PERFORMANSI
DAN EMISI GAS BUANG DARI MESIN DIESEL.
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
OLEH
MUHAMMAD SYAFII 107026017/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PENGESAHAN TESIS
Judul Tesis : EFEK METIL ESTER MINYAK JARAK PAGAR
DENGAN DIMETIL ESTER TURUNAN OLEAT
TERHADAP PERFORMANSI DAN EMISI GAS BUANG DARI MESIN DIESEL
Nama : MUHAMMAD SYAFII
Nomor Induk Mahasiswa : 107026017 Program Studi : Magister Fisika
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Menyetujui Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc Dr. Nimpan Bangun, M.Sc
Ketua Anggota
Ketua Program Studi, Dekan,
Dr. Nasruddin, MN.M.Eng.Sc Dr. Sutarman, M.Sc
PERNYATAAN ORISINALITAS
EFEK METIL ESTER MINYAK JARAK PAGAR DENGAN DIMETIL ESTER TURUNAN OLEAT TERHADAP PERFORMANSI DAN EMISI GAS BUANG DARI
MESIN DIESEL
TESIS
Dengan ini saya nyatakan bahwa mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satuannya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan, 2013
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : Muhammad Syafii
Nim : 107026017
Program Studi : Magister Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif ( Non-Ekslusive Royalty Free Right) atas tesis saya yang berjudul :
EFEK METIL ESTER MINYAK JARAK PAGAR DENGAN DIMETIL ESTER TURUNAN OLEAT TERHADAP PERFORMANSI DAN EMISI GAS BUANG DARI
MESIN DIESEL
Dengan Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, mengelola dalam bentuk data base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, 2013
Telah diuji pada
Tanggal : 07 Februari 2013
PANITIA PENGUJIAN TESIS
Ketua : Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc Anggota : 1. Dr. Nimpan Bangun, M.Sc
2. Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama : Muhammad Syafii, S.Pd
Tempat/Tanggal Lahir : Pondok Baru, 15 Februari 1986
Alamat : Jl. Tengku Muhammad Luddin, Blangkejeren, Kabupaten Gayo Lues.
Instansi Tempat Bekerja : SMP Negeri 3 Blangkejeren
Alamat Kantor : Jl. Arul Batin, Komplek SKB Blangkejeren
DATA PENDIDIKAN
SD : SDN 01 Buntul Kemumu Tamat : 1999
SMP : SMPS Shalahuddin Tamat : 2002
SMA : SMAS Shalahuddin Tamat : 2005
Strata-1 : UMN Al-Washliyah Medan Tamat : 2009
Strata-2 : Program Studi Ilmu Fisika Program Pascasarjan FMIPA Universitas Sumatera
Utara Medan Tamat : 2013
KATA PENGANTAR
Bismillahirahmanirrahim,
Syukur Alhamdulilah penulis Panjatkan atas kehadirat Allah SWT dan karena dengan limpahan Rahmat dan Hidayah-Nya sehingga Tesis ini dapat diselesaikan.
Penelitian ini selesai berkat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini dengan segala kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada Pemerintah Kabupaten Gayo Lues yang telah memberikan Tugas Belajar untuk
melanjutkan studi Strata-2, Program Magister Sains pada Program Studi Magister Ilmu Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam di Universitas Sumatera Utara.
Dengan Selesainya Tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada :
Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc
(CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan
menyelesaikan pendidikan program Magister Studi Ilmu Fisika di Universitas Sumatera
Utara.
Dekan Fakultas Matematika Ilmu Pengetahuan Alam, Dr. Sutarman, M.Sc, yang telah
memberi kesempatan kepada penulis menjadi mahasiswa program Magister Ilmu Fisika pada
Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Ketua Program Studi Magister Fisika, Dr. Nasruddin MN, M.Eng. Sc, Sekretaris
Program studi Ilmu Fisika Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS beserta seluruh staf edukatif
dan administratif pada Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana
FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya penulis ucapkan
kepada Bapak Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc selaku pembimbing utama dengan
penuh perhatian, telah membimbing dan memberikan arahannya, dan juga kepada Bapak Dr.
Nimpan Bangun, M.Sc yang telah meluangkan waktu, sumbangan pengalaman dan arahannya
dalam penelitian dan bimbingan sehingga Tesis ini selesai.
Kepada ayahanda (H. Zainal Abidin), ibunda (Hj. Fatimah) dan kepada abang dan
Sadikin, SH. S.Pd.I) serta seluruh keluarga tercinta yang telah memberi dukungan, doa yang penuh dengan keikhlasan sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian.
Teman satu tim, Dedi Mardiansyah, Mika Agustina Tarigan dan semua teman angkatan 2010 atas segala dukungan dan motivasinya, juga terima kasih juga kepada Paulus Osara Bali yang telah banyak membantu dalam penelitan ini. Tak lupa semua pihak yang telah mendoakan dan membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian ini yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Penulis telah berupaya semaksimal mungkin dengan baik, namun demikian penulis menyadari masih ada beberapa kelemahan dari penelitian ini. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyambut baik kritik dan saran dari pembaca demi kesempurnaan penelitan ini.
Terakhir penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu baik langsung maupun tidak langsung dan selama penyusunan penelitian ini maupun dalam presentasi penelitian ini.
Semoga Tesis ini bermanfaat baik bagi penulis maupun pembaca, amin.
Medan, 2013
EFEK METIL ESTER MINYAK JARAK DENGAN DIMETIL ESTER TURUNAN OLEAT TERHADAP PERFORMANSI
DAN EMISI GAS BUANG MESIN DIESEL.
ABSTRAK
Penelitian ini telah dilakukan untuk mempelajari efek metil ester minyak jarak dengan dimetil ester turunan oleat terhadap kinerja (performansi) dan emisi gas buang dari mesin diesel. Sebagai pembanding adalah minyak solar pertadex. Pembuatan minyak jarak dilakukan melalui tranesterifikasi dan bahan aditif dibuat dengan proses karbonilasi asam oleat. Pada penelitian ini diuji beberapa bahan bakar yakni B5, B10 dan B10mix. Masing-masing bahan bakar akan dibandingkan dengan B0 (solar pertadex). Metil ester minyak jarak pagar dengan dimetil ester turunan oleat (B5, B10, B10mix) telah diuji nilai kalornya. Kemudian dilakukan uji performansi mesin diesel yang meliputi beberapa parameter diantaranya torsi, daya, spesfik fuel consumsition, dan efisiensi thermal. Dari uji torsi didapat nilai torsi dari B0 lebih tinggi dibandingkan dengan dengan metil ester B5, B10, dan B10mix. Pada uji daya didapatkan bahwa nilai daya B0 lebih besar dibandingkan dengan B5, B0, B10mix, pada spesifik fuel consumsition nilai dari metil ester besar dibandingkan dengan B0 ( Solar pertadex). Dan pada Efisiensi thermal nilai dari B0 lebih besar dibandingkan dengan metil ester. Dari uji emisi gas buang dilihat beberapa parameter diantaranya CO, CO2, HC, O2, dan
NOx, dari hasil pengujian didapat emisi gas buang dari B5 (5% metil ester), B10 (10% metil ester) dan B10mix (10% metil ester dan 1% DMEB) lebih rendah emisinya dibandingkan dengan B0 ( 100% solar pertadex). Maka efek metil ester minyak jarak pagar dan dimetil ester turunan oleat terhadap emisi gas buang dapat diturunkan dibandingkan solar pertadex dapat menekan emisi hidrokarkabon (HC).
Kata Kunci : Solar Pertadex, Jarak Pagar, Metil Ester , Tranesterifikasi, Karbonilasi,
EFFECTS OF DISTANCE WITH OIL ESTER METHYL DIMETHYL ESTER OLEIC DERIVATIVES OF PERFORMANCE
AND DIESEL EXHAUST GAS EMISSIONS. ABSTRACT
This research has been conducted to study the effect of castor oil methyl esters with oleic acid dimethyl ester derivative of the performance and exhaust emissions from diesel engines. For comparison is pertadex diesel oil. Manufacture of castor oil through tranesterifikasi and additives made with oleic acid carbonylation process. In this study examined some of the fuel that is B5, B10 and B10mix. Each of these fuels will be compared to B0 (diesel pertadex). Jatropha oil methyl ester with dimethyl ester derivative of oleic (B5, B10, B10mix) was tested kalornya value. Then do the test performance diesel engines which include a number of parameters such as torque, power, fuel consumsition specifics, and thermal efficiency. Of the torsion test torque value obtained from B0 higher than the methyl ester B5, B10, and B10mix. In testing it was found that the value of the power power B0 greater than B5, B0, B10mix, the specific fuel value of methyl ester consumsition large compared to B0 (Solar pertadex). And the thermal efficiency of the B0 value greater than the methyl ester. Of the test exhaust emissions seen several parameters including CO, CO2, HC, O2, and NOx, from the test results obtained from the exhaust gas emissions B5 (5% methyl ester), B10 (10% methyl ester) and B10mix (10% methyl ester and 1% DMEB) lower emissions compared to B0 (100% diesel pertadex). So the effect of the methyl ester of Jatropha oil and oleic acid dimethyl ester derivative of the exhaust emissions can be reduced compared to diesel can reduce emissions pertadex hidrokarkabon (HC).
.
Keywords: Solar Pertadex, Jatropha Curcas, Methyl Ester, carbonylation, Value Calories
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR... i
ABSTRAK ... iii
ABSTRACT ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR LAMPIRAN ... x
BAB I : PENDAHULUAN ... 1
1.1.Latar belakang ... 1
1.2.Batasan masalah ... 2
1.3.Perumusan masalah ... 2
1.4.Tujuan penelitian ... 3
1.5.Hipotesa ... 3
1.6.Metodelogi penelitian ... 3
1.7.Manfaat penelitian ... 3
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1. Sumber-sumber energi ... 4
2.1.1. Kelebihan/ Keunggulan energi terbarukan ... 5
2.1.2. Kelemahan energi terbarukan ... 5
2.2. Biodiesel ... 5
2.2.1. Kelebihan bahan bakar biodiesel ... 6
2.2. 2. Kelemahan bahan bakar biodiesel ... 7
2.3. Katalis ... 7
2.4. jenis-jenis aditif bahan bakar ... 8
2.5. Pertamina Dex ... 9
2.6. Proses produksi biodiesel minyak jarak ... 9
2.7. Proses pemurnian minyak jarak pagar ... 11
2.7.1. Penghilangan gum (degumming) ... 11
2.7.2. Netralisasi asam lemak bebas (ALB)... 11
2.8. Proses tranesterifikasi minyak jarak pagar (Jatropa Curcas Oil) . 12
2.9. Sifat-sifat penting bahan bakar mesin diesel ... 13
2.10. Persyaratan kualitas biodiesel ... 14
2.11. Nilai kalor bahan bakar ... 17
2.12. Uji performansi mesin diesel dengan menggunakan minyak jarak pagar ... 17
2.12.1. Uji torsi dan daya poros ... 18
2.12.2. Spesifik fuel consumsition (SFC) ... 19
2.12.3. Efisiensi Thermal ... 20
2.13. Uji emisi gas buang ... 20
2.13.1. Emisi karbon monoksida (CO) ... 21
2.13.2. Nitrogen oksida (NOx) ... 21
2.13.3. Karbon dioksida (CO2) ... 21
2.12.4. Emisi hidrokarbon (HC) ... 22
2.12.5. Emisi oksigen (O2) ... 22
BAB III : METODE PENELITIAN ... 23
3.1. Tempat dan waktu penelitian... 23
3.2. Bahan dan alat... 24
3.3. Pembuatan dimetil ester rantai cabang (DMEB)... 25
3.3.1. Prosedur reaksi karbonilasi... 25
3.6 . Pembuatan bahan bakar biosolar dari minyak jarak pagar ... 26
3.5 . Uji performansi mesin dan emisi gas buang ... 26
3.5.1. Prosedur pengujian nilai kalor bahan bakar... 26
3.5.2. Prosedur pengujian performansi motor diesel... 30
3.5.3. Prosedur pengujian emisi gas buang... 32
BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN ... 34
4.1. Nilai kalor bahan bakar (B0, B5, B10, dan B10mix) ... 34
4.2. Uji kinerja (performansi) mesin diesel ... 35
4.2.1. Torsi ... 36
4.2.2. Daya efektif ... 37
4.2.3. Spesifik fuel consumsition (SFC) ... 39
4.2.4. Efisiensi thermal ... 40
4.3. Uji emisi gas buang mesin diesel ... 42
4.3.1. Emisi karbon monoksida (CO) ... 42
4.3.2. Emisi karbon hidrokarbon (HC) ... 44
4.3.3. Emisi Karbon dioksida (CO2) ... 45
4.3.4. Emisi Oksigen (O2) ... 47
4.3.5. Emisi Nitogen dioksida (NOx) ... 48
BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN... 50
5.1. Kesimpulan ... 50
5.2. Saran ... 50
DAFTAR TABEL
Nomor J u d u l Halaman
2.1 Kandungan asam lemak minyak jarak ... 12
2.2 Persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI-04-7182-2006 ... 14
2.3 Persyaratan mutu solar ... 15
2.4. Sifat fisika minyak solar (Automotive Diesel Oil) ... 16
2.5. Sifat fisika biodiesel ... 17
DAFTAR GAMBAR
Nomor J u d u l Halaman
3.1 Diagram Penelitian... 23
3.2 Diagram alir pengujian nilai kalor bahan bakar ... 29
3.3 Diagram alir pengujian performansi motor diesel ... 32
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor J u d u l Halaman
Lampiaran A. Sifat fisika dan kimia dari metil ester jarak pagar ... L-1
Lampiaran B. Data pengujian nialai kalor ... L-2
Lampiaran C. Hasil uji performansi mesin diesel ... L-7
Lampiaran D. Hasil emisi gas buang ... L-8
Lampiaran E. Alat-alat penelitian ... L-9
Lampiaran F. Surat keterangan penelitian di laboratorium Kimia
Anorganik Universitas Sumatera Utara ... L-13
EFEK METIL ESTER MINYAK JARAK DENGAN DIMETIL ESTER TURUNAN OLEAT TERHADAP PERFORMANSI
DAN EMISI GAS BUANG MESIN DIESEL.
ABSTRAK
Penelitian ini telah dilakukan untuk mempelajari efek metil ester minyak jarak dengan dimetil ester turunan oleat terhadap kinerja (performansi) dan emisi gas buang dari mesin diesel. Sebagai pembanding adalah minyak solar pertadex. Pembuatan minyak jarak dilakukan melalui tranesterifikasi dan bahan aditif dibuat dengan proses karbonilasi asam oleat. Pada penelitian ini diuji beberapa bahan bakar yakni B5, B10 dan B10mix. Masing-masing bahan bakar akan dibandingkan dengan B0 (solar pertadex). Metil ester minyak jarak pagar dengan dimetil ester turunan oleat (B5, B10, B10mix) telah diuji nilai kalornya. Kemudian dilakukan uji performansi mesin diesel yang meliputi beberapa parameter diantaranya torsi, daya, spesfik fuel consumsition, dan efisiensi thermal. Dari uji torsi didapat nilai torsi dari B0 lebih tinggi dibandingkan dengan dengan metil ester B5, B10, dan B10mix. Pada uji daya didapatkan bahwa nilai daya B0 lebih besar dibandingkan dengan B5, B0, B10mix, pada spesifik fuel consumsition nilai dari metil ester besar dibandingkan dengan B0 ( Solar pertadex). Dan pada Efisiensi thermal nilai dari B0 lebih besar dibandingkan dengan metil ester. Dari uji emisi gas buang dilihat beberapa parameter diantaranya CO, CO2, HC, O2, dan
NOx, dari hasil pengujian didapat emisi gas buang dari B5 (5% metil ester), B10 (10% metil ester) dan B10mix (10% metil ester dan 1% DMEB) lebih rendah emisinya dibandingkan dengan B0 ( 100% solar pertadex). Maka efek metil ester minyak jarak pagar dan dimetil ester turunan oleat terhadap emisi gas buang dapat diturunkan dibandingkan solar pertadex dapat menekan emisi hidrokarkabon (HC).
Kata Kunci : Solar Pertadex, Jarak Pagar, Metil Ester , Tranesterifikasi, Karbonilasi,
EFFECTS OF DISTANCE WITH OIL ESTER METHYL DIMETHYL ESTER OLEIC DERIVATIVES OF PERFORMANCE
AND DIESEL EXHAUST GAS EMISSIONS. ABSTRACT
This research has been conducted to study the effect of castor oil methyl esters with oleic acid dimethyl ester derivative of the performance and exhaust emissions from diesel engines. For comparison is pertadex diesel oil. Manufacture of castor oil through tranesterifikasi and additives made with oleic acid carbonylation process. In this study examined some of the fuel that is B5, B10 and B10mix. Each of these fuels will be compared to B0 (diesel pertadex). Jatropha oil methyl ester with dimethyl ester derivative of oleic (B5, B10, B10mix) was tested kalornya value. Then do the test performance diesel engines which include a number of parameters such as torque, power, fuel consumsition specifics, and thermal efficiency. Of the torsion test torque value obtained from B0 higher than the methyl ester B5, B10, and B10mix. In testing it was found that the value of the power power B0 greater than B5, B0, B10mix, the specific fuel value of methyl ester consumsition large compared to B0 (Solar pertadex). And the thermal efficiency of the B0 value greater than the methyl ester. Of the test exhaust emissions seen several parameters including CO, CO2, HC, O2, and NOx, from the test results obtained from the exhaust gas emissions B5 (5% methyl ester), B10 (10% methyl ester) and B10mix (10% methyl ester and 1% DMEB) lower emissions compared to B0 (100% diesel pertadex). So the effect of the methyl ester of Jatropha oil and oleic acid dimethyl ester derivative of the exhaust emissions can be reduced compared to diesel can reduce emissions pertadex hidrokarkabon (HC).
.
Keywords: Solar Pertadex, Jatropha Curcas, Methyl Ester, carbonylation, Value Calories
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar belakang
Banyak negara saat ini sedang mengembangkan energi yang berbasis sumber energi terbarukan sebagai pengganti energi fosil.Pada hakekatnya energi dapat dikelompokakan menjadi 3 bagian yaitu energi fosil, energi fisil dan energi terbarukan. Energi fosil sejak lama telah digunakan seperti bahan bakar petroleum maupun energi diesel (minyak solar). Penggunaan energi fisil atau energi nuklir misalnya Plutonium masih sangat terbatas untuk pengadaan energi listrik. Energi terbarukan yang banyak terdapat dialam seperti energi matahari, gelombang laut, air, dan bioenergi berpotensi untuk dikembangkan untuk mengurangi ketergantungan terhadap energi fosil.
Penggunaan energi fosil telah menimbulkan masalah dari 2 sisi yaitu ketersedianya sudah semakin kecil dan menimbulkan efek pencemaran udara dan globar warming karena menghasilkan gas sulfur oksida (SOx) dan nitrogen oksida (NOx). Penggunaan energi fosil menghasilkan karbon dioksida (CO2), yang sangat lama tertimbun diudara yang sulit kembali
menjadi bentuk fosil. Keadaan penumpukan diudara menimbulkan pemanasan global atau disebut global worming (Gupta, R.B dan Dermibas, A. 2010). Upaya untuk mengurangi laju pencemaran udara dan efek pemanasan global telah banyak dilakukan salah satunya pengunaan bahan bakar biodiesel yaitu suatu bahan bakar yang ramah lingkungan.
Biodiesel merupakan bahan bakar yang bersumber lemak atau minyak nabati maupun hewan. Minyak dengan proses tranesterifikasi menghasilkan metil ester asam lemak atau
Fatty Acid Methyl Ester yang disebut dengan FAME. Dalam penggunaannya FAME sebagai
bahan bakar dicampur dengan sebagian minyak solar seperti B5 dan lain- lain, Sehingga biodiesel bisa digunakan sebagai bahan bakar campuran solar.
Penelitian ahkir-ahkir ini telah melaporkan pembuatan dimetil ester rantai cabang yang disebut DMEB dan telah digunakan bersama metil ester turunan minyak kelapa sawit untuk membuat biodiesel. Dari hasil pengujian performansi mesin diesel dan uji emisi gas buang hasil pembakaran mesin diesel diperoleh penggunaan bahan bakar biodisel ini lebih efektif dibandingkan dengan minyak diesel. (Bangun, N. 2011).
Mengingat begitu pentingnya penggunaan bahan bakar alternatif seperti biodiesel dari minyak jarak pagar, perlu adanya studi lanjutan mengenai penggunaan minyak jarak pagar dan campuran dimetil ester rantai cabang (DMEB) terhadap kinerja (performansi) dan emisi gas buang dari mesin diesel.
1.2. Batasan masalah
Dalam penelitian ini, masalah dibatasi dengan sampel yang digunakan B0, B5, B10 dan B10mix dari minyak pagar dengan menguji sifat kinerja (performansi) dan emisi gas buang dari mesin diesel.
1.3. Perumusan masalah
Dengan demikian dari uraian diatas permasalahan dapat dirumuskan sebagai berikut: Bagaimanakah kinerja (performansi) mesin diesel dan emisi gas buang dari hasil pembakaran mesin diesel dengan menggunakan B0, B5, B10 dan B10mix dari minyak jarak pagar.
Apakah B10mix mempunyai kinerja (performansi) lebih tinggi dari tiga jenis lainnya. Apakah B10mix menghasilkan emisi gas buang lebih baik dari tiga jenis lainnya.
1.4. Tujuan penelitian
Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui pengaruh metil ester minyak jarak pagar terhadap kinerja (performansi) mesin diesel dan emisi gas buang hasil pembakaran mesin diesel dengan menggunakan biodiesel dari minyak jarak pagar.
1.5. Hipotesa
1.6. Metodologi penelitian
Minyak jarak pagar akan ditranesterifikasi mengunakan katalis dan metanol sehingga didapatkan metil ester.
Metil ester yang diproleh akan dibuat sebagai bahan bakar B5, B10 dan B10mix. Pembuatan bahan bakar DMEB dilakukan dengan cara karbonilasi asam oleat kemudian diubah menjadi dimetil ester rantai cabang (DMEB). (Bangun, N. 2010).
1.7. Manfaat penelitian
1. Sebagai bahan informasi bahwa minyak jarak pagar layak untuk dijadikan sebagai energi alternatif pada bahan bakar mesin diesel.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sumber-sumber energi
Sumber energi dari alam dapat diklasifikasikan sebagian berikut yakni energi fosil, fisil, dan energi terbarukan. Energi fosil adalah energi yang diambil dari sumber yang hanya tersedia dalam jumlah terbatas di bumi dan tidak dapat diregenerasi. Sumber-sumber energi ini akan berakhir cepat atau lambat dan berbahaya bagi lingkungan, dan energi terbarukan adalah energi yang dihasilkan dari sumber alami seperti matahari, angin, dan air dan dapat dihasilkan berulang kali karena dapat diperbaharui (Permana, A.D. 2011).
Bahan bakar fosil terbentuk dari sisa-sisa organik tanaman dan hewan, yang mati ribuan tahun lalu dan tetap terkubur dalam pasir dan lumpur. Beberapa tahun kemudian, lapisan pasir dan lumpur semakin menumpuk di atasnya dan berubah bentuk menjadi batuan karena panas dan tekanan. Sisa tumbuhan dan hewan yang terkubur di dalamnya berubah menjadi bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil harus diekstraksi dari kedalaman bumi di mana mereka terbentuk. Bahan bakar fosil adalah sumber daya yang terbatas, bahan bakar fosil juga menyebabkan polusi udara, air dan tanah, dan menghasilkan gas rumah kaca yang berkontribusi terhadap pemanasan global atau global warming (Purnomo, N.A. 2011)
Energi terbarukan adalah sumber-sumber energi yang berasal dari alam yang didapatkan melalui proses alamiah. Sumber daya energi terbarukan, seperti angin, matahari dan tenaga air, dan bioenergi sebagai energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar fosil menghasilkan sedikit atau mengurangi pencemaran udara atau efek pemanasan global, namun demikian energi terbarukan mempunyai kelebihan dan kekurangan seperti energi fosil.
2.1.1. Kelebihan/keunggulannya energi terbarukan 1. Banyak terdapat di alam.
2. Dapat dilestarikan atau diperbaharui. 3. Ramah lingkungan (rendah polusi).
4. Tidak memerlukan perawatan yang banyak dibandingkan dengan sumber-sumber energi fosil dan mengurangi biaya operasi.
5. Membantu mendorong perekonomian dan menciptakan peluang kerja.
2.1.2. Kelemahan energi terbarukan 1. Biaya awal sangat besar.
2. Pasokan Sebagian besar energi terbarukan tergantung kepada kondisi cuaca. Saat ini, energi konvensional menghasilkan lebih banyak volume yang bisa digunakan dibandingkan dengan energi terbarukan.
3. Energi tambahan yang dihasilkan energi terbarukan harus disimpan, karena infrastruktur belum lengkap agar bisa dengan segera menggunakan energi yang belum terpakai, dijadikan cadangan di negara-negara lain dalam bentuk akses terhadap jaringan listrik.
4. Kurangnya tradisi dan pengalaman energi terbarukan merupakan teknologi yang masih berkembang. (Elizabeth, G. 2011).
2.2. Biodiesel
Biodiesel merupakan jenis bahan bakar yang termasuk ke dalam bahan bakar nabati (BBN), bahan bakunya bisa berasal dari berbagai sumber daya alam yang dapat diperbaharui dan sering disebut dengan FAME (Fatty Acid Methyl Ester) yang di gunakan untuk menggerakan mesin-mesin diesel sebagai pengganti solar. Bahan bakar nabati ini berasal dari minyak nabati yang di konversi melalui reaksi kimia, sehingga secara kimia sifatnya sudah berubah dari sifat aslinya. Biodesel merupakan salah satu jenis bahan bakar cair yang berasal dari pengolahan tumbuhan yang diproses melalui proses tranesterifikasi (Musanif, J. 2006).
Beberapa hasil penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa minyak kelapa dapat dibuat untuk biodiesel, baik sebagai campuran dengan minyak solar atau 100% minyak kelapa. Sementara penggunaan bahan baku ini untuk industri akan makin besar, sehingga terjadi distorsi kebutuhan beberapa bahan baku industri dan pengembangan energi alternatif yang pada akhirnya memicu kenaikan harga komoditas tersebut. oleh karenanya dibutuhkan upaya terpadu dalam mencari dan mengembangkan bahan baku minyak nabati sebagai bahan bakar alternatif yang tidak berfungsi sebagai bahan baku konsumsi industri dan makanan.
masyarakat mengenal tanaman jarak sebagai tanaman semak pembatas pagar yang belum dimanfaatkan secara maksimal (Suhartanta dan Arifin, Z. 2008).
2.2.1. Kelebihan bahan bakar biodiesel
Sejauh ini, keuntungan terbesar didapatkan dengan penggunaan biodiesel adalah sifatnya yang bisa diperbaharui dan tidak beracun, penggunaan bahan bakar biodiesel dapat mengurangi emisi karbon dioksida disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil.
Bahan bakar biodiesel ini tidak mengandung bahan kimia beracun, seperti belerang, yang menyebabkan terjadinya emisi berbahaya. Bahkan, jika digunakan setiap hari untuk menggantikan bahan bakar fosil bahaya seperti hujan asam bisa dikurangi atau dihilangkan.
Selain itu, tidak perlu merubah atau memodifikasi mobil diesel yang dimiliki untuk menggunakan bahan bakar biodiesel. Bahan bakar ini dapat dengan mudah dioperasikan pada mesin diesel standar.
2.2.2. Kelemahan bahan bakar biodiesel
Kandungan energi biodiesel diketahui 11% lebih kecil dari bahan bakar diesel yang berbasis minyak bumi, ini berarti kapasitas mesin yang gunakan akan menurun jauh ketika menggunakan biodiesel.
Nilai Kalori dari biodiesel masih lebih rendah dibandingakan dengan minyak bumi dan biodiesel memiliki viskositas yang tinggi di bandingakan energi fosil.
Biodiesel memiliki kualitas oksidasi yang kurang baik sehingga biodiesel dapat menyebabkan beberapa masalah serius ketika disimpan. Bila disimpan untuk waktu yang lebih lama, biodiesel cenderung berubah menjadi gel yang dapat menyebabkan penyumbatan berbagai komponen mesin. biodiesel ini juga dapat mengakibatkan pertumbuhan mikroba, sehingga menyebabkan beberapa kerusakan pada mesin. Dampak paling serius yang dihadapi dengan penggunaan biodiesel adalah kelangkaan pangan akibat dialihkannya tanaman yang biasa dikonsumsi untuk dijadikan bahan bakar. Tanaman seperti tebu, jagung, kelapa sawit dan beberapa jenis komoditas lainnya cenderung mengalami kenaikan harga yang cukup signifikan akibat dijadikan biodiesel. (Sumiarso, L. 2006).
2.3. Katalis
Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk. Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi. Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivasi yang lebih rendah. Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi. Suatu zat yang dapat meningkatkan laju reaksi tanpa zat tersebut terkonsumsi dalam proses reaksi. Konsep dasar ini berasal dari pendekatan secara kimiawi terhadap katalis, yaitu bahwa reaksiter katalisis adalah proses siklis dimana katalis membentuk kompleks dengan reaktan, kemudian katalis terdesorpsi dari produk akhirnya kembali ke bentuk semula. (Panjoto ,U dan Endang W.L. 2007).
2.4. Jenis- jenis aditif bahan bakar.
Salah satu solusi penghematan bahan bakar minyak lainnya adalah penggunaan bahan aditif yaitu suatu bahan yang ditambahkan ke dalam bahan bakar minyak (BBM) yang bertujuan untuk meningkatkan kinerja pembakaran atau menyempurnakan pembakaran dalam ruang bakar mesin. Beberapa contoh aditif yang sudah pernah dibuat diantaranya metil ester turunan minyak kacang, asam dekanoat, dan etanol, bahan ini telah menurunkan partikulat mencapai 10-15% namun mash terdapat peningkatan terhadap emisi nitrogen oksida (NOx)
sebesar 3 % ( Mc Cormick, R.L. 1997).
Untuk itu harus ada upaya lain untuk membuat aditif baru salah satunya adalah aditif asam oleat. Asam oleat merupakan surfaktan anionik yang mempunyai gugus karboksilat sebagai gugus polar (hidrofilik) yang larut dalan air dan alkil rantai panjang gugus yang tak larut dalam air (hidrofobik). Asam lemak tak jenuh asam oleat menjadi dimetil ester bercabang. Pembentukan dimetil ester bercabang ini dapat dibuat melalui reaksi karbonilasi metil oleat dengan katalis PdCl2, kokatalis CuCl2 dan adanya CO membentuk senyawa
3-oktil–undekana-dikarboksilat anhidrid , seperti pada reaksi berikut ini, (Bangun, N dan Siahaan, D. 2007).
PdCl2/CuCl2 H
CH3 (CH2)7 CH=CH (CH2)7 COOH H3C—(CH2)7— C—CH2—(CH2 )7 --- C = O
CO O = C O
Anhidrid melingkar 3-oktil- undekana- dikarbosilat anhidrid
H CH3OH/H2SO4 H
H3C—(CH2)7—C—CH2—(CH2 )7 --- C = O CH3– (CH2)7 – C--- CH2(CH2) 7 COOCH3
O = C O COOCH3
Anhidrid melingkar 3-oktil- undekana- dikarbosilat anhidrid Dimetil ester rantai bercabang (DMEB)
2.5. Pertamina dex (Solar pertadex)
Teknologi kendaraan bermotor di dunia saat ini semakin mengarah pada keunggulan di bidang keselamatan dan kelestarian lingkungan hidup, sampai dengan saat ini ada tiga standar terbesar dalam pengujian standar emisi yaitu US Federal, JIS standar dan standar euro. Standar Euro merupakan standar emisi yang telah mengalami beberapa perubahan yang sesuai dengan kemampuan teknologi dan kualitas bahan bakar yang semakin ramah lingkungan dengan pengurangan kadar timbal dan sulfur dalam bahan bakar.
Kementerian Negara Lingkungan Hidup telah mengeluarkan peraturan Pada tangal 23 september 2003 yang membatasi polusi udara dari kendaraan bermotor untuk pencemar seperti CO, HC, NOx dan PM yang mengacu pada standar euro II yang dituangkan dalam Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. 141 Tahun 2003. Pertamina Dex, merupakan bahan bakar mesin diesel yang telah Solar murni kualitas 1 (Satu) yang memenuhi standar emisi euro II yang memiliki bilangan setana >53 dan kandungan Sulfur maksimal 300 ppm, sehingga bahan bakar ini berpotensi untuk meningkatkan kinerja mesin dan mengatasi permasalahan pencemaran akibat bahan bakar fosil. (Girsang, J.M. 2012). 2.6. Proses produksi biodesel minyak jarak.
Jarak pagar dipandang menarik sebagai sumber biodiesel karena kandungan minyaknya yang tinggi, Tanaman jarak pagar dikenal sebagai tanaman yang cukup kuat, dan mudah beradaptasi terhadap lingkungan tumbuhnya. Tanaman jarak disebut juga pioner dari tanaman penahan erosi karena dari tanaman ini mampu menahan air dan tanah, sehingga usaha untuk penghijauan dengan jarak pagar sangat bermampaat.
untuk menurunkan viskositas minyak atau lemak agar dapat memenuhi spesifikasi sebagai bahan bakar . Terdapat berbagai metode reaksi transesterifikasi melalui berbagai variasi bahan baku, jenis alkohol, katalis, temperatur reaksi, waktu reaksi, jenis reaktor dan proses pemisahan. Secara umum terdapat dua tantangan dalam pengembangan proses produksi biodiesel dari minyak jarak yaitu :
1. Tranesterifikasi digunakan untuk mengubah minyak dasar menjadi ester yang diinginkan dan membuang asam lemak bebas atau tranesterifikasi merupakan proses reaksi kesetimbangan sehingga diperlukan alkohol untuk mendorong reaksi sehingga dihasilkan metil ester. Reaksi dari transesterifikasi memiliki sifat reversibel dan ketidaklarutan antara minyak dan alkohol maka reaksinya harus dijaga agar kesetimbangan reaksinya bergeser ke arah produk sehingga perolehan biodiesel atau fame nya tinggi. Untuk mendapatkan biodesel yang baik biodiesel atau gliserol harus dipisahkan. Reaksi yang tidak sempurna dapat menyebabkan rendahnya mutu atau kualitas dari biodiesel karena terdapat zat pengotor seperti Trigliserida, Digliserida, Monogliserida dan kehilangan reaktan.
2. Menggunakan membran reaktor. Membran reaktor memadukan proses reaksi dan proses pemisahan produk dalam satu tahap yang simultan sehingga terjadi pengadukan bahan baku secara kontinu dan menjaga proses perpindahan massa yang besar antara fasa yang saling tidak larut, membran reaktor dapat melakukan pemisahan reaktan yang tidak bereaksi dan produk yang dihasilkan secara kontinu sehingga kesetimbangan reaksi bergeser ke arah produk dan perolehan produk biodiesel tinggi. Minyak jarak pagak sebelum dimasukkan kedalam reaktor terlebih dahulu ditambahkan katalis dalam larutan metanol, sedangkan hasil produksi dari reaktor tersebut adalah biodesel yang memenuhi syarat sebagai bahan bakar. Hasil produksi reaktor adalah biodesel yang masih memerlukan pemurnian dan pencucian sehingga diperoleh boidesel yang memenuhi syarat sebagai bahan bakar. Proses pemurnian minyak meliputi penghilangan gum (degumming), Netralisasi atau penghilangan asam lemak. (Sibarani, H. 2011).
2.7.Proses pemurnian minyak jarak pagar 2.7.1. Pengilangan gum (Degumming)
esterifikasi/transesterifikasi untuk produksi biodiesel. Aplikasi teknologi membran untuk memisahkan gum merupakan alternatif teknik pemisahan gum yang dianggap ramah lingkungan dan hemat energi. Untuk mendapatkan efisiensi pemisahan gum yang tinggi, diperlukan kajian kondisi operasi membran (Sumangat, D. dan Harimurti, N. 2008)
2.7.2. Netralisasi asam atau pemisahan asam lemak bebas (ALB)
Proses pemisahan kandungan asam lemak bebas (ALB) bisa dilakukan dengan beberapa pilihan proses, yaitu :
1. Memisahkan ALB sebelum proses dan menggunakan transesterifikasi katalis basa konvensional.
2. Menggunakan katalis asam untuk mengkonversi minyak dan ALB menjadi metil ester. 3. Mengkonversi seluruh minyak menjadi asam lemak dan menggunakan jalur esterifikasi
katalis asam untuk mengkonversi asam lemak menjadi metil ester atau kedalam bentuk metil ester asam lemak (FAME = Fatty Acid Methyl Ester) .(Nasikin, M. dan Nurhayti, W. 2010).
Minyak dari biji jarak dapat diekstrak dengan cara mekanik ataupun ekstraksi dengan pelarut seperti heksan. Minyak jarak memiliki komposisi trigliserida yang mengandung asam lemak oleat dan linoleat.Kandungan asam lemak pada minyak. jarak pagar dilihat pada Tabel 2.1 berikut :
Tabel 2.1. Kandungan asam lemak minyak jarak
No Nama Asam Komposisi (% w Berat) 2.8.Proses transesterifikasi minyak jarak pagar (Jatropha Curcas Oil)
yang biasanya dilakukan secara sederhana dengan mencampurkan raktan-reaktan. Reaksi ini berjalan sangat lambat sehingga diperlukan katalis untuk mempercepat reaksi agar dapat digunakan secara komersial. Penggunaan katalis hanya mempecepat terjadinya kesetimbangan akan tetapi tidak dapat mengeser komposisi kesetimbangan. Asam kuat dan basa kuat banyak digunakan sebagai katalis.
Tranesterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas menjadi ester. Tranesterifikasi mereaksikan minyak lemak dengan alkohol. Reaksi esterifikasi dari asam lemak menjadi metil ester adalah :
RCOOH + CH3OH RCOOH3 + H2O
Asam Lemak Metanol Metil Ester Air
Faktor-faktor yang berpengaruh pada reaksi tranesterifikasi adalah waktu reaksi, pengadukan, katalisator, dan suhu reaksi. Transesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) adalah tahap konversi dari trigliserida minyak nabati menjadi alkyl ester, melalui reaksi dengan alkohol, dan menghasilkan produk samping yaitu gliserol.
Reaksi transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester adalah :
Proses transesterifikasi dipengaruhi oleh beberapa faktor. yaitu :
1. Suhu proses transesterifikasi akan berlangsung lebih cepat bila suhu dinaikkan mendekati titik didih alkohol yang digunakan semakin tinggi.
2. Kecepatan pengadukan
Kecepatan pengadukan akan menaikkan pergerakkan molekul dan menyebabkan terjadinya difusi antara minyak atau lemak sampai terbentuk metil ester.
3. Lama Reaksi
4. Jenis katalis
Proses transesterfikasi memerlukan katalis untuk mempercepat laju pembentukan ester. Katalis biasa yang digunakan adalah katalis asam atau katalis basa. Reaksi transesterifikasi dapat dikatalis homogen meliputi alkali dan asam.
2.9.Sifat-sifat penting dari bahan bakar mesin diesel
Untuk mengetahui dan mengenal biodiesel ini akan menganalisa beberapa sifat-sifat fisisnya yang dapat dipergunakan sebagai tolak ukur kualitas bahan bakar biodiesel. Bahan bakar motor diesel mempunyai sifat yang sama dengan biodesel sehingga dapat mempengaruhi prestasi kerja dari mesin diesel diantaranya: Penguapan (Volatilitas), residu karbon., viskositas ukuran yang menunjukkan kemampuan minyak untuk untuk dapat bertahan atau mempertahankan kekentalan terhadap perubahan temperatur selama proses kerja minyak dalam mesin atau suatu ukuran dari tahanan didalam minyak itu sendiri untuk mengalir, kandungan belerang, abu dan endapan, titik nyala (flash point), titik kabut (cloud point), sifat korosif, mutu penyalaan dan kadar air. (Darmanto, S. 2006).
2.10. Persyaratan kualitas biodiesel
Bahan bakar nabati (Biofuel) jenis biodiesel sebagai bahan bakar alternatif yang digunakan sebagai campuran bahan bakar solar harus memenuhi standar dan mutu, maka dalam pembuatan biodesel harus memiliki standar dan mutu biodiesel. Dibawah ini adalah Tabel 2.2 standar mutu atau kualitas biodiesel berdasarkan SNI-04-7182-2006.
Tabel 2.2. Persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI-04-7182-2006.
No Parameter dan Satuannya Batas Nilai Metode Uji Metode Setara 1 Massa jenis pada 400C, kg/m3 850-890 ASTM D 1298 ISO 3675 2 Viscositas kinematika pada 400C,
9 Temperatur distilasi 90%, 0C Maks. 360 ASTM D 1160 - 10 Abu tersulfatkan, % berat Maks. 0,02 ASTM D 874 ISO 3987 11 Belerang, ppm-b (mg/kg) Maks. 100 ASTM D 5453 ISO 20884 12 Fosfor, ppm-b (mg/kg) Maks. 10 AOCS Ca 12-55 FBI- A05-03 13 Angka Asam, mg-KOH/g Maks. 0,8 AOCS Cd 3-63 FBI- A02-03 14 Gliserol bebas,%-berat Maks. 0,02 AOCS Ca 14-56 FBI- A02-03 15 Gliserol total, %-berat Maks.0,24 AOCS Ca 14-56 FBI- A02-03
16 Kadar ester alkil, % berat Min. 96,5 - FBI- A03-03
17 Angka iodium, g-12 (100g) Maks.115 AOCS Cd 1-25 FBI- A04-03
(Sumiarso, L. 2006).
Secara umum kualitas bahan bakar solar dalam kaitannya dengan kinerja dan umur pakai mesin dapat dilihat pada parameter bilangan cetana, kandungan sulfur, kandungan partikulat, kandungan air dan sifat kelumasannya. Bahan bakar solar dengan kandungan sulfur, partikulat dan air yang rendah hanya mungkin dihasilkan dari proses kilang yang
diperhatikan untuk menghindari kerusakan alat dan kerugian lainnya yang mungkin timbul akibat penggunaan bahan bakar tersebut.
Selain itu sifat fisis juga berpengaruh pada kualitas penyalaan. Bahan bakar sangat besar pengaruhnya terhadap hasil dari suatu pembakaran. Bahan bakar yang baik mempunyai sifat mudah terbakar dan hasil pembakarannva dapat menghasilkan tenaga yang baik serta polusi yang ditimbulkan kecil (sedikit). Sebaliknya bahan bakar yang kurang baik antara lain akan menjadikan pembakaran yang tidak sempuma serta dapat menyebabkan timbulnya knocking, tenaga mesin kecil yang disertai timbulnya asap hitam. (Sunardi, 2009).
Sifat fisika minyak solar (Automotive minyak solar) dapat lihat pada Tabel 2.4. berikut ini.
Tabel. 2.4. Sifat fisika minyak solar (Automotive Diesel Oil)
No Sifat Minyak Solar Metode
ASTM
Min Maks
1 Spesific gravity 60/60o F 0,820 0,87 D1298
2 Colour astm 3,0 D-11500
3 pour point, OF 6,5 D-97
4 Sulfur content, % wt 0,5 D-1551
5 Flash Point, oF 150 D-93
6 Viscosity 1,6 (kinematik) 5,8 (cSt, 100F) D-455
7 Sediment, % wt 0,01 D-473
8 Ash content, % wt 0,01 D-473
9 Coradson carbon residue, wt 0,1 D-189
10 Water content 0,05 D-95
(Sumiarso, L. 2006).
Tabel.2.5. Sifat fisika biodiesel
No Parameter Nilai
1 Specpic gravity (gr/ml) 0,87 – 0,89 2 Kinematik Viscositas@400C cSt 3,7 - 5,8
3 Cetana Number 46 - 70
4 Higher heating value (btu/1b) 16,98 - 17,996
5 Sulfur,wt% 0,0 - 0,0024
6 Cloud Point0C -11 - 16
7 Iodine Number (g-I2/100g) 60 - 135
8 Lower heating Value (btu/Ib) 15,700 - 16,735
(Sumiarso, L. 2006).
2.11. Nilai kalor bahan bakar
Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besanya panas yang ditimbulkan jika suatu bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar. Berdasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor bawah. Nilai kalor atas merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksprimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Nilai kalor bawah merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air dan umumnya hidrogen uap air. kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15% yang berarti setiap satu satuan bahan bakar 0,15 bagian merupakan hidrogen. (Naibaho, K. 2009).
2.12. Uji kinerja mesin diesel dengan menggunakan minyak jarak pagar.
pagar dengan berbagai komposisi ditambah bahan aditif, jarak pagar dengan aditif asam oleat akan diperbandingkan dengan penggunaan minyak solar pertadex.
Performansi mesin diesel yang ingin diketahui adalah torsi, daya, spesifik fuel compusition dan effisiensi thermal yang dihasilkan oleh mesin diesel yang menggunakan bahan bakar biodiesel serta yang menggunakan bahan bakar minyak solar pertadex dan gas buang yang dihasilkan oleh mesin diesel dengan menggunakan bahan bakar yang berbeda yakni B5 dan B10 dan B10 + aditif asam oleat.
Sebagai studi awal maka penelitian yang akan dilakukan pada mesin diesel adalah dengan menggunakan minyak jarak pagar sebagai bahan dasar biodiesel didasari pada hipotesa atau dugaan awal bahwa biodiesel yang berbahan dasar minyak jarak pagar dan mengkombinasikan dengan campuran minyak solar dan tidak mempengaruhi kinerja mesin diesel.
2.12.1.Uji torsi dan daya poros
Torsi dalam fisika, juga disebut momen (gaya), adalah vektor semu yang mengukur kecenderungan suatu gaya untuk memutar objek tentang beberapa sumbu (pusat). Besarnya torsi didefinisikan sebagai produk gaya dan panjang lengan tuas (radius). Sama seperti gaya adalah mendorong atau menarik, torsi dapat dianggap sebagai twist. Satuan untuk torsi adalah newton meter (Nm). Torsi dapat dihitung dengan menggunakan alat Torquemeter . (Riansah, M. dan Suardjaja, I.M. 2004) .
Torsi merupakan mesin untuk menggerakkan kendaraan dari kondisi diam. sedangkan tenaga dengan satuan daya kuda lebih kepada kemampuan tertinggi yang dapat diraih mesin tersebut. Dalam praktiknya, torsi lebih berperan bila dibandingkan dengan tenaga mesin, karena semakin besar torsi yang dimiliki maka kenderaan akan terasa ringan dan lebih hemat bahan bakar. Untuk itu, mobil yang memiliki torsi lebih besar akan lebih mudah digunakan ketika jalan tanjakan atau diisi beban penuh. bila torsi maksimum diraih pada putaran mesin yang cukup rendah. Sedangkan tenaga mesin lebih terasa ketika melaju dijalan bebas hambatan hingga batas rpm maksimum. sehingga tenaga mesin akan meningkat seiring tingginya putaran mesin.
Daya poros atau daya efektif merupakan daya yang dihasilkan sesuatu mesin pada poros keluarannya atau biasa dikenal dengan break horse power yang dihitung dengan rumus:
.
2.12.2. Specific fuel consumption (SFC)
Specific Fuel Consumption (SFC) sebagai parameter yang biasa digunakan sebagai ukuran nilai ekonomis pemakai bahan bakar perjam untuk setiap daya yang dihasilkan, harga yang paling rendah dari SFC dikatakan sebagai efesiensi yang paling tinggi demikian sebaliknya harga yang paling tinggi dari SFC merupakan efesiensi yang paling rendah dari kenderaan tersebut. banyaknya jumlah bahan bakar yang dikonsumsi dapat dihitung dengan persamaan dibawh ini. (Pulkrabek, W. 1997).
3619080
Efesiensi termal suatu mesin didefenisikan sebagai perbandingan antara energi keluaran dengan energi kimia yang masuk atau yang dukandung bahan bakar dalam bentuk bahan bakar yang dihisap kedalam ruang bakar, dan dapat ditentukan dengan persamaan:
QHV = Nilai kalor bawah bahan bakar ( kcal / kg )
mf = laju aliran bahan bakar ke ruang bakar (kg/s) 2.13. Uji emisi gas buang
Alat transportasi kendaraan bermotor yang selama ini mendukung perekonomian masyarakat dalam segala bentuk aktifitas, namun tidak selamanya kenderaan bermotor yang kita gunakan menjanjikan harapan yang positif, karena kenderaan atau alat transportasi tersebut menyimpan berbagai permasalahan bahkan sebagai ancaman bagi pengguna dan juga terhadap masyarakat lingkungan sekitarnya salah satu adalah emisi gas buang yang dihasilakan dari kenderaan bermotor tersebut.
Pencemaran udara yang terus terjadi selama ini dan pemanasan global yang mencuat ahkir-ahkir ini menunjukkan bahwa begitu pentingnya dilakukan upaya penurunan atau pengurangan emisi gas buang baik melalui melalui studi atau penelitian mengenai energi penggerak kendaraan bermotor atau upaya lainnya.
Proses pembakaran kenderaan bermotor solar atau mesin diesel sangat besar dalam menyumbangkan atau menghasilkan sejumlah emisi gas buang di antaranya adalah senyawa hidrokarbon (HC) tidak terbakar, karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), senyawa
nitrogen oksida (NOx), dan asap (Wijaya. K dan Bagus, G. 2002).
Mesin diesel merupakan penyumbang polusi udara, salah satu penyebabnya adalah proses pembakaran didalam mesin yang kurang sempurna dan kondisi bahan bakar. Berikut ini beberapa zat- zat pencemaran udara yang disebabkan oleh kenderaan bermotor dan masalah yang ditimbulkannya bagi masyarakat dan lingkungan sekitar kita yakni:
2.13.1.Emisi karbon monoksida (CO)
Asap dari kendaraan bermotor merupakan salah satu sumber utama terbentuknya karbon monoksida (CO). Pencemaran udara dan lingkungan disebabkan karena emisi dari kenderaan atau transportasi umum yang berbahan bakar solar. Terdapat hubungan antara emisi karbon monoksida dengan perbandingan bahan bakar udara, peningkatan perbandingan bahan bakar berpengaruh terhadap penurunan emisi karbon monoksida (Riansah. M, dkk.2004).
2.13.2.Nitrogen oksida (NOx)
Nitrogen oksida (NOx) merupakan gas yang paling beracun. Gas ini dibentuk dalam motor khusus pada suhu tinggi. Diudara luar masih menyatu dengan zat asam ,sehingga terjadi nitrogen oksida (NOx) Dibawah pengaruh sinar matahari akan timbul kabut NOx yang
dapat menimbulkan rasa nyeri pada mata dan selaput lain. Gas ini juga akan merusak tumbuh - tumbuhan. (Buyung, S. 2011).
2.13.3.Karbon dioksida (CO2)
Karbon dioksida tidak berwarna dan tidak beraroma, gas ini terjadi bila bahan bakar atau unsur C tidak mendapat ikatan yang cukup dengan O2 artinya udara yang masuk ke
ruang silinder kurang atau suplai bahan bakar berlebihan. Karena itu strategi penurunan kadar karbon monoksida akan tergantung pada pengendalian emisi seperti pengggunaan bahan katalis yang mengubah bahan karbon monoksida menjadi karbon dioksida dan penggunaan bahan bakar terbarukan yang rendah polusi bagi kendaraan bermotor. Biodiesel diharapkan dapat mengurangi tingkat gas-gas penyebab pemanasan global seperti CO2, karena CO2 yang
dihasilkan dari pembakaran akan diserap kembali oleh tanaman penghasil biodiesel tersebut. (Istadi, 2011).
2.13.4.Emisi hidrokarbon (HC)
HC (Hidrokarbon) warna kehitam-hitaman dan beraroma cukup tajam , gas ini terjadi
apabila proses pembakaran pada ruang bakar tidak berlangsung dengan baik atau suplai bahan bakar berlebihan. Pada mesin, Hidrokarbon (HC) terbentuk dari berbagai sumber. Salah satunya bahan bakar yang tidak terbakar secara sempurna, tidak terbakarnya minyak pelumas silinder adalah salah satu penyebab munculnya hidrokarbon. Hidrokarbon terdapat pada proses penguapan bahan bakar pada tangki, karburator, serta kebocoran gas yang melalui celah antara silinder dan torak yang masuk ke dalam poros engkol yang biasa disebut
blow by gases atau Gas lalu. ( Wijaya.K dan Bagus.G. 2002)
2. 13.5. Emisi Oksigen (O2)
Oksigen atau zat asam adalah yang dapat dengan mudah bereaksi dengan hampir semua unsur lainnya sehingga menjadi oksida. Pada temperatur dan tekanan standar, dua atom unsur ini berikatan menjadi dioksigen, yaitu senyawa gas diatomik dengan rumus O2
melimpah ketiga di alam semesta berdasarkan massadan unsur paling melimpah.Gas oksigen yang kita hirup mulai sudah mulai tercemar diatmosfer bumi, akibat pembakaran hasil transportasi maupun industri yang berdampak pada kesehatan dan lingkungan, (Khairuddin dan Abdullah. 2009).
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilakukan dilaboratorium kimia anoganik FMIPA USU Medan untuk pembuatan biodiesel, B5, B10, dan B10 Mix. Kemudian untuk pengujian performansi mesin dan emisi gas buang dilakukan di Laborotorium teknik mesin Fakultas Teknik USU medan, penelitian ini diberlangsung selama 10 bulan.
Diagram penelitian
Gambar.3.1. Diagram Penelitian
Data
Uji performansi (Torsi, Daya,SFC dan Efisiensi thermal)
Uji Emisi Gas Buang
FAME
Minyak Jarak Pagar
Pembuatan B5, B10 dan B10 dengan aditif Asam Oleat
3.2. Bahan dan Alat Bahan- bahan
Metil ester minyak jarak yang sudah ditransesterifikasi dan telah diuji sifat fisis dan kimianya (Mardiansyah, D. dan Tarigan, M. 2012) mengandung komposisi kimia seperti pada lampiran A. Minyak solar buatan Pertamina DEX dan dimetil ester rantai bercabang (DMEB) dibuat di laboratorium Kimia Anorganik FMIPA USU menurut prosedure yang dilaporkan ( Bangun, N dan Siahaan, D 2007).
Alat-alat
1. Reaktor autoclave 2. Magnetik stirer 3. Termokontrol
4. Beaker Glass 250 ml 5. Pipet tetes
3.3. Pembuatan dimetil ester rantai bercabang (DMEB)
Pembuatan DMEB telah dibuat melalui karbonilasi asam oleat. Secara umum reaksi dilakukan dengan autoclave bervolume 100 ml dilengkapi dengan pengukur tekanan. (Bangun, N dan Siahaan (2007)
3.3.1. Prosedur reaksi karbonilasi
Kedalam Autoclave dimasukkan campuran asam oleat 0,354 mol, katalis PdCl2
0,00354 mol, kokatalis CuCl2 0,0106 mol, asam formiat 0,0106 mol, Aerosil (SiO2) 200 mg
dan THF 500 ml, kemudian dimasukkan O2 50 psi dan CO 50 psi. Kemudian reaksi dibiarkan
pada suhu kamar sambil diaduk dengan stir atau pengaduk magnet. Setelah 3 jam reaksi diberhentikan, larutan campuran reaksi diuapkan pelarut THF. Kedalam residu dimasukkan 20 ml dietel eter kemudian diekstraksi dan disaring. Larutan pekat hasil reaksi yang diperoleh diekstraksi dengan n- heksan 20 ml kemudian dilewatkan melalui penyaring silika gel . larutan yang dihasilkan dikumpulkan kemudian diuapkan maka diperoleh cairan kental, cairan ini di esterifikasi dengan metanol.
3.3.2. Karbonilasi asam oleat menjadi anhidrid
Kedalam reaktor karbonilasi berkapasitas 2 liter, dimasukkan campuran 100 gr asam oleat bersama 0,627 gr katalis PdCl2, 1,810 CuCl2 gr, 0,487 gr asam formiat, 200 mg SiO2
dan 500 ml THF kering. Tekanan Gas CO dan O2 dipertahankan 50 sampai 100 psi. Setelah
penyerapan gas terhenti, maka campuran reaksi didistilasi untuk memisahkan THF dan cairan kental yang diperoleh diekstraksi dengan n-heksan, dicuci dengan aquadest. Fraksi n-heksan kemudian ditambahkan natrium sulfat anhidrat selanjutnya disaring dan didistilasi. Hasil residu itu cairan kental kemudian didestilasi vakum 1700C menghasilkan cairan. Cairan ini selanjutnya ditambahkan asam sulfat (H2SO4) dan metanol (CH3OH) menghasilkan ester
rantai cabang (DMEB).
3.4. Pembuatan bahan bakar biosolar dari minyak jarak pagar
Untuk menguji kemampuan bahan aditif ini maka disediakan 4 jenis bahan bakar masing-masing 3 liter sebagai berikut:
Pembuatan B0 : 100% solar pertadex
Pembuatan B10 : Dicampurkan 300 ml minyak jarak (10%) dengan 2700 ml solar pertamina dex (90%), kemudian campuran ini diaduk homogen.
Pembuatan B10mix : dicampurkan 300 ml minyak jarak (10%) dicampurkan 2674 ml solar pertamina dex(89%) dan 26 ml aditif DMEB (1%) kemudian campuran ini diaduk homogen.
3.5. Uji performansi mesin dan emisi gas buang
Pengujian ini dilakukan di Fakultas Teknik mesin menggunakan mesin diesel TD110-TD115 test bed and instrumentation for Small Engines. Parameter performansi mesin yang diuji adalah putaran maksimum, torsi maksimum, daya maksimum, konsumsi bahan bakar spesifik dan efesiensi thermal, dan parameter uji emisi gas buang adalah CO2, CO, HC, O2
dan NOx diperoleh data pada lampiran.
3.5.1. Prosedur pengujian nilai kalor bahan bakar
Untuk menentukan besarnya nilai kalor dari bahan bakar maka digunakan alat uji berupa ―Bom Kalorimeter‖.
Peralatan yang digunakan meliputi:
o Kalorimeter sebagai tempat air pendingin dan tabung bom o Tabung bom sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji o Tabung gas oksigen
o Alat ukur tekanan gas oksigen (manometer) untuk mengukur jumlah oksigen yang dimasukkan kedalam tabung bom
o Termometer dengan akurasi pembacaan skala hingga 0,010C
o Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin o Spit untuk menentukan jumlah (volume) dari bahan bakar
o Pengatur penyalaan (saklar) untuk menghubungkan/memutuskan aliran listrik ke tangkai penyala pada tabung bom
o Kawat penyala (busur nyala) untuk menyalakan bahan bakar yang diuji o Cawan untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom
o Pinset untuk memasang busur nyala pada tangkai penyala dan cawan pada dudukan.
Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji sebanyak 0,2 ml dengan mempergunakan spit, menggulung dan memasang kawat penyala pada tangkai penyala yang ada pada penutup bom dan menempatkan cawan yang telah berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala, serta mengatur posisi kawat penyala agar berada tepat diatas permukaan bahan bakar yang berada didalam cawan dengan menggunakan pinset. Setelah ban bakar berada di dalam cawan kemudian meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan berisi bahan bakar pada tabungan serta dikunci dengan “ring-O”
sampai rapat. kemudian melakukan hal-hal sebagai berikut : 1. Mengisi bom dengan Oksigen (tekanan 30 bar).
2. Mengisi tabung kalometer dengan air pendingin sebanyak 1250 ml. 3. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter.
4. Menghubungkan tangkai penyala pada tutup bom ke kabel sumber air listrik. 5. Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang dilengkapi alat pengaduk. 6. Menghubungkan dan mengatur posisi pengaduk pada elektromotor.
7. Menempatkan termometer pada kalorimeter melalui lubang pada tutup kalorimeter. 8. Menghidupkan elektromotor selama 5 (lima) menit kemudian membaca dan mencatat
temperatur air pendingin pada termometer.
9. Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar.
10. Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan lampu indikator sementara elektromotor pengaduk terus bekerja.
11.Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingin setelah 5 (lima) menit dari penyalaan berlangsung.
12.Mematikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk pengujian berikutnya.
Gambar.3.2. Diagram alir pengujian nilai kalor bahan
Mulai
HHVRata - rata =
5
5
1 i
i HHV
( J/kg)
Melakukan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit
Mencatat temperatur air pendingin T1 (OC)
Menyalakan bahan bakar
Melanjutkan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit
Mencatat kembali temperatur air pendingin T2 (OC)
Menghitung HHV bahan bakar :
HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv x 1000 ( J/kg ) o Berat sampel bahan bakar
0,20 gram
o Volume air pendingin: 1250
ml
Tekanan oksigen 30 Bar
3.5.2. Prosedur pengujian performansi motor diesel
Uji Performansi motor bakar diesel yang dilakukan menggunakan mesin uji “TD110
-TD115 test bed and instrumentation for small engines”
Mesin uji ini juga dilengkapi dengan unit instrumentasi yang terdiri dari :
o Tachometer, untuk mengukur putaran mesin
o Torquemeter, untuk mengukur torsi
o Exhaust temperature meter, untuk mengukur temperatur gas buang
o Air Flow manometer, untuk mengukur tekanan udara masuk
o Fast Flow Pipette, untuk menentukan volume bahan bakar yang akan diuji (terdiri
dari 3 tabung, masing-masing berkapasitas 8,16 dan 32 ml)
Selain mesin uji “TD110-TD115 test bed and instrumentation for small engines”, dalam pengujian ini digunakan beberapa peralatan tambahan, antara lain
o Stopwatch untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin uji untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume tertentu
o Pompa untuk mensirkulasikan air pendingin
Sebelum pengujian dilakukan pengkalibrasian terhadap torquemeter yang terdapat pada unit instrumentasi mesin uji dengan langkah-langkah sebagai berikut:
1. Menghubungkan unit instrumentasi mesin ke sumber arus listrik 2. Memutar tombol span searah jarum jam sampai ke posisi maksimum 3. Mengguncangkan / menggetarkan mesin pada bagian lengan beban
4. Memutar tombol zero sehingga jarum pada torquemeter menunjukkan angka nol 5. Memastikan bahwa penunjukan angka nol oleh jarum torquemeter telah akurat
dengan mengguncangkan / menggetarkan mesin kembali. 6. Menggantungkan beban 1,5 kg pada lengan beban.
7. Mengguncangkan / menggetarkan mesin sampai posisi jarum torquemeter angka yang tetap.
8. Memutar tombol span sampai jarum torquemeter angka pembacaan yang benar 9. Melepaskan beban dari lengan beban
1. Menghidupkan pompa air pendingin dan memastikan sirkulasi air pendingin mengalir dengan lancar melalaui mesin
2. menghidupkan mesin dengan cara menarik tali stater.
3. Melakukan pemanasan pada mesin selama 15 – 20 menit pada putaran rendah (1000 rpm)
4. Mengatur putaran mesin pada 1600 rpm dengan menggunakan tuas kecepatan dan memastikan melalui tachometer.
5. Menggantungkan beban sebesar 0,5 kg pada lengan beban.
6. Menutup saluran bahan bakar dari tangki dengan memutar katup saluran bahan bakr sehingga permukaan bahan bakar didalam pipette turun.
7. Menentukan waktu yang dibutuhkan oleh mesin untuk menghabiskan 8 (delapan) ml bahan bakar dengan menggunakan stopwatch dan memperhatikan ketinggian permukaan bahan bakar di dalam pipette.
8. Mencatat torsi melalui pembacaan torquemeter, temperatur gas buang melalui pembacaan exhaust temperature meter dan tekanan udara masuk melalui pembacaan
air flow meter.
9. Membuka katup bahan bakar sehingga pipette kembali terisi oleh bahan bakar yang berasal dari tangki
Diagram pengujian performansi motor diesel dapat dilihat pada gambar
Gambar.3.3. Diagram alir pengujian performansi motor diesel
3.5.3. Prosedur pengujian emisi gas buang
Uji emisi gas buang yang meliputi CO, HC, O2, SOx dan CO2 yang terdapat pada
hasil pembakaran bahan bakar. Pengujian ini dilakukan bersamaan dengan pengujian kerja motor bakar diesel dimana gas buang yang dihasilkan oleh mesin uji pada saat pengujian diukur untuk mengetahui kadar emisi dalam gas buang. Pengujian emisi gas buang yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan alat auto logic gas analizer.
Mulai
Selesai
o Volume Uji bahan bakar : 100 ml o Temperatur udara :27 OC
o Tekanan udara: 1 bar o Putaran: 1600 rpm o Beban: 0,5 kg
o Mencatat waktu yang dibutuhkan untuk
menghabiskan 100 ml bahan bakar.
o Mencatat Torsi
o Mencatat temperatur gas buang
o Mencatat tekanan udara masuk mm H2O
Menganalisa data hasil pembacaan alat ukur dengan rumus empiris
Gambar.3.4. Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar diesel
Menyambungkan perangkat autogas analyzer ke komputer
Mulai
Mengosongkan kandungan gas dalam auto logic gas analizer
Memasukkan gas fitting kedalam knalpot motor bakar
Menunggu lebih kurang 2 menit hingga
pembacaan stabil dan melihat
Mengulang pengujian dengan beban dan
putaran mesin yang berbeda
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian tentang performansi dan emisi bahan bakar mesin dilakukan dengan memakai 4 jenis bahan bakar. Keempat bahan ini diuji nilai kalor menggunakan bom kalorimater, sedangkan performansi mesin menggunakan mesin diesel TD110 - TD115 Test Bed and Instrument for small engines dan Emisi gas diuji dengan menggunakan auto gas
analyzer di Departement Tehnik Mesi Fakultas Tehnik USU
.
4.1. Nilai kalor bahan bakar
Nilai kalor bahan bakar menunjukkan kandungan energi dalam bentuk panas yang dimiliki oleh setiap kilogram atau liter bahan bakar yang dihasilkan pada saat proses pembakaran. Nilai kalor bahan bakar perlu untuk diketahui karena dapat mempengaruhi kinerja (performansi) dari mesin, semakin tinggi nilai kalor dari bahan bakar maka semakin baik kinerja dari mesin diesel, tapi bila nilai kalor dari bahan bakar rendah maka kinerja yang dihasilkan mesin diesel akan mengalami penurunan, hal ini sangat dipengaruhi oleh viskositas sebagai penentuan penyuplaian minyak (Putra.A.K. 2008).
Dari hasil pengujian didapat nilai kalor dari masing-masing bahan bakar B0(Solar Pertadex), dan bahan bakar biodiesel terdiri dari metil ester minyak jarak pagar yakni B5, B10, dan B10mix, seperti terlihat pada Tabel 4.1 berikut ini.
Tabel 4.1. Nilai kalor bahan bakar (B0, B5, B10, dan B10mix)
No Bahan Bakar Nilai Kalor Atas
(kj/kg)
Nilai kalor Bawah (kj/kg)
1 B0 47.064 43.824
2 B5 46.640 43.400
3 B10 44.096 40.856
4 B10mix 43.778 40.538
Keterangan :
B0 = 100 % solar pertadex atau 0% metil ester
