BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mesin Diesel
Mesin diesel ditemukan pada tahun 1892 oleh Rudolf Diesel, yang menerima paten pada 23 Februari 1893. Diesel menginginkan sebuah mesin untuk dapat digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu batu bara. Dia mempertunjukkannya pada Exposition Universelle (Pameran Dunia) tahun 1900 dengan menggunakan minyak kacang (Biodiesel) Kemudian diperbaiki dan disempurnakan oleh Charles F. Kettering.
Mesin diesel juga disebut “Motor Penyalaan Kompresi” oleh karena
penyalaannya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara yang telah bertekanan dan bertemperatur ringgi sebagai akibat dari proses kompresi di dalam ruang bakar. Agar bahan bakar diesel dapat terbakar dengan sendirinya, maka perbandingan kompresi mesin diesel harus berkisar antara 15 – 22, sedangkan tekanan kompresinya mencapai 20 – 40 bar dengan suhu 500 – 700 0
C. Aplikasi dari motor diesel banyak pada industri-industri sebagai motor stasioner ataupun untuk kendaraan-kendaraan dan kapal laut dengan ukuran yang besar. Hal ini dikarenakan motor diesel mengkonsumsi bahan bakar ± 25% lebih rendah dari motor bensin, lebih murah dan perawatannya lebih sederhana (Kubota, S., dkk, 2001).
Mesin diesel menghasilkan tekanan kerja yang tinggi, itu sebabnya konstruksi motor diesel lebih kokoh dan lebih besar. Disamping itu, mesin diesel menghasilkan bunyi yang lebih keras, warna dan bau gas yang kurang menyenangkan. Namun dipandang dari segi ekonomi, bahan bakar serta polusi udara, motor diesel masih lebih disukai (Mathur, 1980).
Gambar 2.1 Diagram P-V Keterangan Gambar:
P = Tekanan (atm)
V = Volume Spesifik (m3/kg) T = Temperatur (K)
S = Entropi (kJ/kg.K)
Diagram T-S
Keterangan Grafik: 1-2 Kompresi Isentropik
2-3 Pemasukan Kalor pada Volume Konstan 3-4 Ekspansi Isentropik
4-1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan
Kelemahan mesin diesel dibanding mesin bensin adalah sebagai berikut :
1. Suara dan getaran pada mesin diesel jauh lebih besar dibanding suara dan getaran pada mesin bensin. Hal tersebut disebabkan oleh tekanan pembakaran maksimum pada mesin diesel hampir dua kali lebih besar daripada mesin bensin.
2. Karena tekanan pembakarannya lebih besar dari pada mesin bensin, maka mesin diesel harus dibuat dengan menggunakan jenis bahan yang tahan terhadap tekanan tinggi, selain itu, bahan yang digunakan juga harus memiliki struktur yang kuat. Hal ini berarti bahwa untuk daya kuda yang sama, mesin diesel memiliki bobot yang jauh lebih berat dibanding bobot mesin bensin, dan tentunya biaya pembuatannya pun juga pasti lebih mahal daripada biaya pembuatan mesin bensin.
3. Harga mesin diesel lebih mahal dibanding harga mesin bensin, selain itu, mesin diesel juga membutuhkan perawatan atau pemeliharaan yang lebih cermat daripada mesin bensin sebab Mesin diesel membutuhkan sistem injeksi bahan bakar yang lebih presisi dibanding sistem injeksi pada mesin bensin.
4. Mesin diesel memerlukan alat pemutar berupa motor starter dan baterai yang berkapasitas lebih besar untuk memutarnya. Hal tersebut disebabkan karena mesin diesel memiliki perbandingan kompresi yang lebih tinggi dari pada mesin bensin.
2.1.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel
menggunakan injector. Dibawah ini adalah langkah dalam proses mesin diesel 4 langkah yang dijelaskan secara sederhana:
1. Langkah Isap
Pada langkah ini piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah). Saat piston bergerak ke bawah katup isap terbuka yang menyebabkan tekanan udara di dalam silinder seketika lebih rendah dari tekanan atmosfer ,sehingga udara murni langsung masuk ke ruang silinder melalui filter udara.
2. Langkah kompresi
Pada langkah ini piston bergerak dari TMB menuju TMA dan kedua katup tertutup. Karena udara yang berada di dalam silinder didesak terus oleh piston,menyebabkan terjadi kenaikan tekanan dan temperatur,sehingga udara di dalam silinder menjadi sangat panas. Beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA, bahan bakar di semprotkan ke ruang bakar oleh injector yang berbentuk kabut.
3. Langkah Usaha
Pada langkah ini kedua katup masih tertutup, akibat semprotan bahan bakar di ruang bakar akan menyebabkan terjadi ledakan pembakaran yang akan meningkatkan suhu dan tekanan di ruang bakar. Tekanan yang besar tersebut akan mendorong piston ke bawah yang menyebkan terjadi gaya aksial. Gaya aksial ini dirubah dan diteruskan oleh poros engkol menjadi gaya radial (putar).
4. Langkah Buang
Pada langkah ini, gaya yang masih terjadi di flywheel akan menaikkan kembali piston dari TMB ke TMA, bersamaan itu juga katup buang terbuka sehingga udara sisa pembakaran akan di dorong keluar dari ruang silinder menuju exhaust manifold dan langsung menuju knalpot.
Langkah isap Langkah kompresi Langkah usaha Langkah Buang
Gambar 2.3 Prinsip Kerja Mesin Diesel Sumber: https://www.researchgate.net
Proses kerja mesin diesel yaitu udara yang masuk ke dalam silinder melalui katup masuk karena hisapan piston yang bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB), kemudian ditekan atau dikompresikan oleh piston sehingga, ketika udara dikompresi suhunya akan meningkat, mesin diesel menggunakan sifat ini untuk proses pembakaran. Udara disedot ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin bensin. Beberapa saat sebelum piston pada posisi Titik Mati Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead Center), bahan bakar diesel disemprotkan ke ruang bakar dalam tekanan yang cukup tinggi melalui nozzle supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini terbakar dengan sendirinya dan terbakar dengan cepat. Penyemprotan bahan bakar ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston mendekati (sangat dekat) TMA untuk menghindari detonasi. Penyemprotan bahan bakar yang langsung ke ruang bakar di atas piston dinamakan injeksi langsung (direct injection) sedangkan penyemprotan bahan bakar kedalam ruang khusus yang
menyebabkan gas dalam ruang pembakaran mengembang dengan cepat mendorong piston ke bawah dan menghasilkan tenaga linear. Batang penghubung (connecting rod) menyalurkan gerakan ini ke crankshaft dan oleh crankshaft tenaga linear tadi diubah menjadi tenaga putar. Tenaga putar pada ujung poros crankshaft dimanfaatkan untuk berbagai keperluan.
Untuk meningkatkan kemampuan mesin diesel, umumnya ditambahkan komponen
Turbocharger atau supercharger, untuk memperbanyak volume udara yang masuk ruang bakar karena udara yang masuk ruang bakar didorong oleh turbin pada turbo/supercharger.
Intercooler untuk mendinginkan udara yang akan masuk ruang bakar. Udara yang panas volumenya akan mengembang begitu juga sebaliknya, maka dengan didinginkan bertujuan supaya udara yang menempati ruang bakar bisa lebih banyak.
Mesin diesel sulit untuk hidup pada saat mesin dalam kondisi dingin. Beberapa mesin menggunakan pemanas elektronik kecil yang disebut busi pijar (spark/glow plug) di dalam silinder untuk memanaskan ruang bakar sebelum penyalaan mesin. Lainnya menggunakan pemanas "resistive grid" dalam "intake manifold" untuk menghangatkan udara masuk sampai mesin mencapai suhu
operasi. Setelah mesin beroperasi pembakaran bahan bakar dalam silinder dengan efektif memanaskan mesin.
Dalam cuaca yang sangat dingin, bahan bakar diesel mengental dan meningkatkan viscositas dan membentuk kristal lilin atau gel. Ini dapat memengaruhi sistem bahan bakar dari tanki sampai nozzle, membuat penyalaan mesin dalam cuaca dingin menjadi sulit. Cara umum yang dipakai adalah untuk memanaskan penyaring bahan bakar dan jalur bahan bakar secara elektronik.
tinggi maka dapat mengakibatkan over voltage yang bisa merusak peralatan listrik. Mesin diesel modern menggunakan pengontrolan elektronik canggih untuk mencapai tujuan ini melalui modul kontrol elektronik (ECM) atau unit kontrol elektronik (ECU) - yang merupakan "komputer" dalam mesin. ECM/ECU menerima sinyal kecepatan mesin melalui sensor dan menggunakan algoritma dan mencari tabel kalibrasi yang disimpan dalam ECM/ECU, dia mengontrol jumlah bahan bakar dan waktu melalui aktuator elektronik atau hidraulik untuk mengatur kecepatan mesin.
2.1.2 Performansi Mesin Diesel 1. Nilai Kalor Bahan Bakar.
Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). 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 (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen 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. Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong (Tokio O.1994) yang ditunjukkan pada persamaan di bawah ini:
HHV = 33950 + 144200 (H2- ) + 9400 S ... .(2.1) Dimana:
HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)
Pengujian kalorimeter bom dilakukan untuk mendapatkan nilai kalor daripada bahan bakar. Nilai kalor bahan bakar didapat dengan melihat perbedaan suhu air sebelum dan sesudah proses pengeboman bahan bakar berlangsung, atau dapat dituliskan dalam persamaan :
HHV= (t2- t1-tkp) x Cv ... (2.2) Dimana:
HHV = High Heating Value (Nilai Kalor Atas) t2 = Suhu air setelah penyalaan (oC)
t1 = Suhu air sebelum penyalaan (oC)
tkp = Kenaikan temperature akibat kawat penyala ( 0.05oC) Cv = Panas jenis kalorimeter bom (73529.6 kj/kg oC)
Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya.
Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :
LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2) ... ... (2.3) Dimana:
LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)
Dalam pengujian bahan bakar dengan Kalori meter bom, hasil HHV yang didapatkan masih merupakan nilai bruto kalori bahan bakar maka untuk nilai netto kalori bahan bakar yang kita gunakan, kita gunakan nilai LHV (Low Heating value) dari bahan bakar dengan persamaan :
LHV = HHV – 3240 kj/kgoC……… ...………(2.4)
Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV), (Lampiran).
2. Daya Poros
Daya mesin adalah besarnya kerja mesin selama waktu tertentu. Pada motor bakar daya yang berguna adalah daya poros, dikarenakan poros tersebut menggerakan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator , yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak selanjutnya menggerakan semua mekanisme, sebagian daya indikator dibutuhkan untuk mengatasi gesekan mekanik, seperti pada torak dan dinding silinder dan gesekan antara poros dan bantalan.
Semakin tinggi frekuensi putar motor makin tinggi daya yang diberikan hal ini disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi semakin banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama, menurut rumus Willard W.(1997) besar daya poros ditunjukkan pada persamaan berikut :
Dimana : PB = daya ( W ) T = torsi ( Nm )
n = putaran mesin ( Rpm ) 3. Torsi
Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Selama proses usaha maka tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menimbulkan suatu gaya yang luar biasa kuatnya pada torak. Gaya tersebut dipindahkan kepada pena engkol melalui batang torak , dan mengakibatkan adanya momen putar atau torsi pada poros engkol. Untuk mengetahui besarnya torsi digunakan alat dynamometer. Biasanya motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer
dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara menghubungkan poros motor pembakaran dengan poros dynamometer dengan menggunakan kopling elastik. Untuk mencari nilai torsi Menurut Willard W.(1997) ditunjukkan oleh persamaan 2.6 di bawah ini.
T =
... (2.6) 4. Laju Aliran Bahan Bakar (mf)
Laju aliran bahan bakar merupakan banyaknya bahan bakar yang habis terpakai selama satu jam pemakaian, dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini (Willard W.1997).
………..………..(2.7)
dimana:
sgf = spesifik gravitasi
Vf = Volume bahan bakar yang diuji (liter)
5. Rasio udara bahan bakar (AFR)
Menurut John B.(1998) rasio udara bahan bakar (AFR) dari masing-masing jenis pengujian dihitung berdasarkan rumus berikut :
………..………...………..(2.8)
dimana:
AFR = air fuel ratio
ma = laju aliran massa udara.
Besarnya laju aliran udara (ma) diperoleh dengan membandingkan besarnya tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow manometer terhadap kurva viscous flow meter calibration. Rentang AFR yang normal untuk mesin berpenyalaan kompresi (mesin diesel) dengan bahan bakar
diesel adalah18 ≤ AFR ≥ 70 (Willard W, 1997).
6. Efisiensi Volumetris
Menurut Willard W.(1997) Efisiensi volumetris untuk motor bakar 4 langkah dihitung dengan persamaan berikut:
………..………..(2.9)
dimana:
ma = laju aliran udara (kg/jam)
ρa = Kerapatan udara (kg/m3 )
7. Daya Aktual
Daya aktual didapat dengan mengalikan daya hasil pembacaan dengan efisiensi volumetris dan efisiensi mekanikal, menurut Willard W.(1997) persamaan daya actual ditunjukkan pada persamaan 2.10 berikut:
Pa = Wb x ηv x ηm……..….………..…..(2.10)
dimana: besar efisiensi mekanis (ηm) adalah 0.75 – 0.95 untuk mesin diesel dan yang diambil untuk perhitungan ini adalah 0.75
8. Efisiensi Termal Aktual
Efisiensi termal aktual adalah perbandingan antara daya aktual dengan laju panas rata-rata yang dihasilkan bahan bakar, yang dapat dihitung dengan persamaan berikut (Willard W.1997):
η ….………....………...……..…..(2.11)
dimana:
ηa = efisiensi termal aktual
LHV = nilai kalor pembakaran (kJ/kg)
Dengan nilai LHV untuk masing-masing sesuai dengan variasi persentase biodiesel yang didapat melalui percobaan kalori meter bom.
9. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)
Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi yang penting di dalam suatu motor bakar. Parameter ini biasa dipakai sebagai ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya kuda yang dihasilkan. Menurut John B.(1998) Untuk mencari konsumsi bahan bakar spesifik ditunjukkan oleh persamaan 2.12 di bawah ini:
Dengan :
SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.h) PB = daya (W)
ṁ = konsumsi bahan bakar t = waktu (jam)
10. Heat Loss dan Persentase Heat Loss
Heat loss in exhaust atau dapat dikatakan sebagai besar kehilangan energi yang terjadi akibat adanya aliran gas panas buang dari exhaust manifold ke lingkungan. Gas buang ini berupa aliran gas panas.
Besarnya Heat Loss dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.13 di bawah ini (A. Çengel, 2006).
Heat Loss = (ma x mf) x (Te – Ta ) x Cp ………...…(2.13) dimana:
Te = suhu gas keluar exhaust manifold Ta = Suhu lingkungan (27oC)
Cp= Panas spesifik udara sebagai gas ideal saat 300 K ( 1.005 KJ/kg.K)
Untuk mengetahui persentase heat loss, maka dilakukan perbandingan antara besarnya heat loss dengan energi yang dihasilkan dalam pembakaran bahan bakar dimana ditunjukkan pada persamaan 2.14 berikut
% Heat Loss = –
…………...….………..…(2.14) 11. Efisiensi Thermal
dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga sebagai efisiensi termal brake (thermal efficiency, ηb).
Jika daya keluaran PB dalam satuan KW, laju aliran bahan bakar mf dalam satuan kg/jam, maka untuk mencari effesiensi termal ditunjukkan pada persamaan 2.15 di bawah ini (Willard W1997):
ηb =
3600……… (2.15)
2.2 Biodiesel
2.2.1 Sejarah Biodiesel
Transesterifikasi minyak nabati pertama kali dilakukan pada tahun 1853 oleh 2 orang ilmuwan, yaitu E. Duffy dan J. Patrick. Hal ini terjadi sebelum mesin diesel pertama ditemukan. Baru pada tanggal 10 Agustus 1893 di Augsburg, Jerman, Rudolf Diesel mempertunjukan model mesin diesel penemuannya pada world fair tahun 1898 di Paris, Prancis. Rudolph Diesel memamerkan mesin dieselnya yang menggunakan bahan bakar kacang tanah. Dia mengira bahwa penggunaan bahan bakar biomassa memang masa depan bagi mesin ciptaannya. Namun pada tahun 1920, mesin diesel diubah supaya dapat menggunakan bahan bakar fosil (Petro Diesel) dengan viskositas yang lebih rendah dari biodiesel. Penyebabnya karena pada waktu mesin itu petro diesel relatif lebih murah dari pada biodiesel.
2.2.2 Definisi Biodiesel
Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono--alkil ester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar dari mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui seperti minyak sayur atau lemak hewan.Biodiesel juga merupakan salah satu energy terbarukan jenis Bahan Bakar Nabati (BBN) yang dapat menggantikan Bahan Bakar Minyak (BBM) jenis minyak solar tanpa memerlukan modifikasi pada mesin dan menghasilkan emisi yang lebih bersih.
Sebuah proses dari transesterifikasi lipid digunakan untuk mengubah minyak dasar menjadi ester yang diinginkan dan membuang asam lemak bebas. Setelah melewati proses ini, tidak seperti minyak sayur langsung, biodiesel memiliki sifat pembakaran yang mirip dengan diesel (solar) dari minyak bumi, dan dapat menggantikannya dalam banyak kasus. Namun, dia lebih sering digunakan sebagai penambah untuk diesel petroleum, meningkatkan bahan bakar diesel petrol murni ultra rendah belerang yang rendah pelumas.
Produksi biodiesel (metil ester) harus memenuhi persyaratan atau spesifikasi yang sudah ditetapkan oleh suatu negara untuk daat dipakai sebagai bahan bakar standar ASTM D 6751-02, dan Eropa berdasarkan EDIN 51606 dan juga Indonesia SNI (Surendro, 2010) untuk menjamin konsistensi kualitas biodiesel yang memenuhi spesifikasi pada kondisi proses pengolahan dan pemurnian produk setelah produksi. Nama biodiesel telah disetujui oleh Department of Energi (DOE), Environmental Protection Agency (EPA) dan American Society of Testing Material (ASTM), biodiesel merupakan bahan bakar alternatif yang menjanjikan yang dapat diperoleh dari minyak tumbuhan, lemak binatang atau minyak bekas melalui esterifikasi dengan alkohol.
yang mana ”XX” menyatakan persentase komposisi biodiesel yang terdapat
dalam campuran. B20 berarti terdapat biodiesel 20% dan minyak solar 80 %. Biodiesel merupakan bahan bakar alternative yang menjanjikan yang dapat diperoleh dari minyak tumbuhan, lemak binatang atau minyak bekas melalui esterifikasi dengan alcohol. biodiesel dapat digunakan tanpa modifikasi ulang mesin diesel. Karena bahan bakunya berasal dari minyak tumbuhan atau lemak hewan, biodiesel digolongkan sebagai bahan bakar yang dapat diperbarui. Komponen karbon dalam minyak atau lemak berasa dari karon dioksida diudara, sehingga biodiesel dianggap tidak menyumbang pemanasan global sebanyak bahan bakar fosil. Mesin diesel yang beroperasi dengan menggunakan biodiesel menghasilkan emisi karbon monoksida, hidrokarbon yang tidak terbakar, partikulat, dan udara beracun yang lebih rendah dibandingkan dengan mesin diesel yang menggunakan bahan bakar petroleum.
Dibandingkan dengan solar, biodiesel memiliki kelebihan diantaranya (Hambali, 2007) :
1. Bahan bakar ramah lingkungan karena menghasilkan emisi yang jauh lebih
baik (free sulphur, smoke number rendah)
2. Cetane number lebih tinggi sehingga efisiensi pembakaran lebih baik dibandingkan dengan minyak kasar
3. Memiliki sifat pelumasan terhadap piston mesin 4. Dapat terurai (biodegradable)
5. Merupakan renewable energy karena terbuat dari bahan alam yang dapat diperbaharui
6. Meningkatkan independensi suplai bahan bakar karena dapat diproduksi secara lokal
Menurut Syah (2006), karakteristik emisi pembakaran biodiesel dibandingkan dengan solar adalah sebagai berikut :
3. Emisi debu berkurang 40-60%
4. Emisi karbon monoksida (CO) berkurang 10-50% 5. Emisi hidrokarbon berkurang 10-50%
6. Hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH = polycyclic aromatic hydrocarbon) berkurang, terutama PAH beracun seperti : phenanthren
berkurang 98%, benzofloroanthen berkurang 56%, benzapyren berkurang 71%, serta aldehidadan senyawa aromatik berkurang 13%.
Karateristik dan standar daripada biodiesel ditunjukkan pada Tabel 2.1 di bawah ini:
Tabel 2.1 Standar biodiesel Sumber www.bsn.go.id
2.2.3. Pembuatan biodiesel
pada alat yang digunakan untuk mengkonversi menghasilkan biodiesel menjadi bahan bakar ditunjukkan pada gambar 2.4
Gambar 2.4 Diagram Alir Proses Pembuatan Biodiesel Sumber (R.C. Costello, 2007)
2.2.3.1 Esterifikasi
Ester merupakan salah satu gugus dari fungsi dari senyawa karbon. Ester adalah senyawa dengan gugus fungsi – COO – dengan struktur R – COO – R, dimana R merupakan suatu rantai karbon atau atom H, sedangkan R merupakan rantai karbon. Ester mempunyai rumus umum CnH2nO2. Pemberian nama ester terdiri dari dua kata yaitu gugus alkil (berasal dari alkoksi) diikuti dengan nama asam karboksilatnya dengan menghilangkan kata asam. Gugus atom yang terikat pada atom O (Gugus R) diberi nama alkil dan gugus R – COO – H diberi nama alkanoat.
reaksi kesetimbangan, jadi memerlukan katalis untuk mempercepat tercapainya keadaan setimbang. Katalis-katalis yang cocok adalah zat yang berkarakter asam kuat, dan karena ini asam sulfat, asam sulfonat organic atau resin penukar kation asam kuat merupakan katalis terpilih dalam praktek industrial
2.2.3.2 Transesterifikasi
Transesterifikasi adalah pertukaran alkohol dengan suatu ester untuk membentuk ester yang baru. Reaksi ini bersifat reversible dan berjalan lambat tanpa adanya katalis. Penggunaan alcohol atau mengambil alih salah satu produk adalah langkah untuk mendorong reaksi kearah kanan atau produk.
Produk yang diinginkan dari reaksi transesterifikasi adalah ester metil asam-asam lemak. Terdapat beberapa cara agar kesetimbangan lebih ke arah produk, yaitu:
a. Menambahkan metanol berlebih ke dalam reaksi b. Memisahkan gliserol
c. Menurunkan temperatur reaksi
Tahapan reaksi transesterifikasi pembuatan biodiesel selalu menginginkan agar didapatkan produk biodiesel dengan jumlah yang maksimum. Beberapa kondisi reaksi yang mempengaruhi konversi serta perolehan biodiesel melalui transesterifikasi adalah sebagai berikut (Freedman, 1984):
a. Perbandingan fraksi mol antara minyak dengan alkohol
Secara stoikiometri, jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi adalah 3 mol untuk setiap 1 mol trigliserida untuk memperoleh 3 mol alkil ester dan 1 mol gliserol. Perbandingan alkohol dengan minyak nabati 4,8:1 dapat menghasilkan konversi 98% (Bradshaw and Meuly, 1944).
b. Jenis katalis
c. Bahan baku minyak mentah
d. Temperatur
Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan pada temperatur 30 - 65° C (titik didih methanol sekitar 65° C). Semakin tinggi temperatur, konversi yang diperoleh akan semakin tinggi untuk waktu yang lebih singkat.
2.3 Biodiesel dengan Lemak Ayam
2.3.1. Ayam Broiler (Gallus Gallus Domesticus)
Ayam broiler (pedaging) adalah jenis ras unggulan hasil persilangan dari ras ayam yang memiliki produktivitas tinggi, terutama dalam produksi daging ayam. Ayam broiler dapat diklasifikasikan sebagai berikut
Kerajaan : Animalia Filum : Chordota Kelas : Aves Ordo : Galliformis Famili : Phasianidae Genus : Gallus
Spesies : Gallus Domesticus Sumber : Wikipedia.co.id
terhadap suatu infeksi penyakit dan sulit beradaptasi (Murtidjo, 1987: 5). Ciri-ciri ayam broiler antara lain: ukuran badan relatif besar, padat, kompak, berdaging penuh, produksi telur rendah, bergerak lamban, dan tenang serta lambat dewasa kelamin. Ayam ras pedaging disebut juga broiler, merupakan jenis ras unggulan hasil persilangan dari bangsa-bangsa ayam yang memiliki daya. Produktivitas tinggi, terutama dalam memproduksi daging ayam. Ayam broiler baru populer di Indonesia sejak tahun 1980-an dimana pemegang kekuasaan mencanangkan penggalakan konsumsi daging ruminansia yang pada saat itu semakin sulit keberadaannya. Ayam broiler telah dikenal masyarakat Indonesia dengan berbagai kelebihannya. Pemeliharaan yang relatif singkat dan menguntungkan, menyebabkan banyak peternak baru serta peternak musiman yang bermunculan di berbagai wilayah Indonesia (Prihatman, 2000).
2.3.2. Produksi Ayam Broiler Dalam Negeri
Ayam Broiler dapat dalam dipanen dalam waktu singkat (35-45 hari). Ayam broiler memiliki berat sekitar 1,5 kg per ekor . Dengan waktu pemeliharaan yang relatif singkat dan menguntungkan, maka banyak peternak baru serta peternak musiman yang bermunculan diberbagai wilayah Indonesia. Sumber : Wikipedia.co.id
Tabel 2.2 menunjukkan produksi unggas di Indonesia dari tahun 2012 - 2016 Tabel 2.2 Produksi Unggas 2012 – 2016 di Indonesia (dalam ton)
No Jenis Tahun
2012 2013 2014 2015 2016
1 Ayam Buras 197.084 194.620 184.637 190.739 196.136
2 Ayam Ras Petelur 1.139.946 1.224.400 1.224.3120 1.372.829 1.428.195
3 Ayam Ras Pedaging 1.400.470 1.497.873 1.544.379 1.628.307 1.689.584
2.3.3. Kandungan Kimia Ayam Broiler
Daging ayam mengandung gizi yang tinggi, protein pada ayam yaitu 18,2 g / 100 g daging ayam broiler, sedangkan lemaknya berkisar 25,0 g. (Depkes, 1996). Untuk memperjelas zat yang dikandung daging ayam broiler, maka dapat dilihat pada tabel.
Tabel 2.3. Komposisi Kimia Daging Ayam dalam 100 g bahan
Komponen Jumlah
Kalori (g) 30,20
Protein (g) 18,20
Lemak (g) 25,00
Karbohidrat (g) 0,00
Kalsium (mg) 14,00
Fosfor (mg) 200,00
Besi (mg) 1,50
Vitamin A (SI) 810,10
Vitamin B1 (mg) 0,08
Vitamin C (mg) 0,00
Air (g) 55,90
Bdd (%) 58,00
Sumber : Departemen Kesehatan RI., (1996)
Menurut Soeparno (1994), Daging broiler mengandung protein 21%, lemak 19%, dan zat mineral 3,2%.
Table 2.4 Komposisi asam lemak ayam hasil analisis GCMS Jenis asam lemak Jumlah relatif asam lemak (%)
Asam Kaproat (C6:0) Tak terdeteksi
Asam Kaprrilat (C8:0) Tak terdeteksi
Asam Kaprat (C10:0) Tak terdeteksi
Asam Miristat (C14:0 0,74
Asam Palmitoleat (C16:1) 7,01
Asam Palmitat (C16:0) 27,74
Asam Linolenat (C18:3) 1,2
Asam Linoleat (C18:2) 16,36
Asam Oleat (C18:1) 38,35
Asam Stearat (C18:0) 5,56
Asam Arakidonat (C20:4) 0,87
Asam Arakidat (C20:1) 0,41
Jumlah asam lemak jenuh (SPA) 33,54
2.3.4. Gambaran Umum Rumah Potong Ayam
Rumah potong ayam adalah kompleks bangunan dengan desain dan konstruksi khusus yang memenuhi persyaratan teknis dan higiene tertentu serta digunakan sebagai tempat memotong ayam bagi konsumsi masyarakat umum. Untuk membangun RPA,diperlukan persyaratan lokasi dan tersedianya sarana yang cukup memadai, hal ini tercantum dalam SNI 01-6160-1999.
Adapun Persyaratan Lokasi RPA (SNI 01-6160-1999) adalah sebagai berikut: 1. Tidak bertentangan dangan rancangan umum tata ruang (RUTR),rencana
detail tata ruang (RDTR) setempat dan atau rencana bagian wilayahkota (RBWK).
2. Tidak berada di bagian kota yang padat penduduknya, tidak menimbulkan gangguan atau pencemaran lingkungan.
3. Tidak berada dekat industri logam atau kimia, tidak berada di daerah banjir, bebas dari asap, bau, debu dan kontaminan lainnya.
4. Memiliki lahan yang cukup luas untuk pengembangan.
Dalam proses produksi Rumah Pemotongan Ayam dihasilkan limbah cair yang berasal dari darah ayam, proses pencelupan, pencucian ayam dan peralatan produksi. Limbah cair mengandung (Biological Oxygen Demand) BOD, (Chemical Oxyge Demand) COD, (Total Suspended Solid) TSS, minyak dan lemak yang tinggi, dengan komposisi berupa zat organik. Pembuangan air limbah (Efluen) yang mengandung nutrien yang tinggi ke perairan akan menimbulkan eutrofikasi dan mengancam ekosistem aquatik. Untuk mencegah hal itu maka diperlukan cara agar komposisi padatan organik tersuspensi dapat dikurangi (Moses Laksono, 2010).
2.3.5. Transesterifikasi Limbah Lemak Ayam.
menambah pelumas mesin, menambah ketahanan mesin dan mengurangi frekuensi pergantian mesin. Keuntungan lain dari biodiesel yang cukup signifikan adalah emisi yang rendah dan mengandung oksigen sekitar 10-11% (Lotero, 2004). Biodiesel dapat dibuat dengan proses esterifikasi dari minyak nabati yang mengandung asam lemak bebas tinggi. Namun, permasalahan yang sering dihadapi adalah mahalnya harga minyak nabati yang digunakan dalam pembuatan biodiesel. Oleh karena itu, lemak ayam boiler dapat digunakan sebagai alternatif bahan baku pembuatan biodiesel karena mempunyai kandungan asam lemak bebas yang relatif rendah dan harganya murah. Pada penelitian ini, biodiesel dibuat dari lemak ayam boiler yang diperoleh melalui proses transesterifikasi dengan metanol. Kandungan asam lemak bebas yang relatif rendah dalam lemak ayam broiler padat diubah menjadi metil ester (biodiesel) dengan metanol dan katalis Kalium Hidoksida (KOH) melalui proses transesterifikasi.
Menurut Tjukup Marnoto, Abdulah Efendi, 2011, pembuatan biodiesel dari minyak hewani dan spirtus dengan katalisator kapur tohor CaO dilakukan dengan reaktor batch reaksi transesterifikasi lemak hewani dan spirtus dengan rasio minyak: spirtus 1:6 pada suhu 70oC, berat katalis 5-6% dari berat minyak dan waktu reaksi 90 menit. Metil ester yang dihasilkan berdasarkan sifat fisik adalah viskositas kinetik pada 40oC ,1.42 mm/cst, dan densitas 0.853.
Hendar Harahap, 2008, transesterifikasi Refined Bleached Deodorized Palm Oil (RBDPO) menggunakan metanol dengan katalis Litium hidroksida dilakukan menggunakan reaktor batch, dengan variasi katalis 0.2%, 0.5%, 1%, dan 1.8% kinetika reaksi dilakukan pada kondisi maksimum dan diperoleh hasil optimum katalis 0.5%, rasio molar RBDPO terhadap metanol 1:14, suhu 65oC dan waktu reaksi 30 menit dengan konversi metil ester sebesar 99.9165% dan sifat fisik metil ester viskositas kinetik 40oC adalah 4.472 dan densitas 0.8180.
2.4 Bahan Bakar Hidrokarbon
Bahan bakar adalah suatu materi yang bisa terbakar dan bisa diubah menjadi energi. Bahan bakar hidrokarbon adalah bahan bakar yang didominasi oleh Susunan unsur Hidrogen dan Karbon. Senyawa hidrokarbon dikenal mudah terbakar karena karbon dan hidrogen mudah bereaksi dengan oksigen dalam
reaksi pembakaran. Sifat mudah terbakar hidrokarbon membuat mereka sangat
berguna sebagai bahan bakar dan merupakan sumber energi utama saat ini.
Campuran hidrokarbon dalam minyak mentah terdiri atas berbagai senyawa hidrokarbon, misalnya senyawa alkana, aromatik, naftalena, alkena, dan alkuna. Senyawa-senyawa ini memiliki panjang rantai dan titik didih yang berbeda-beda. Semakin panjang rantai karbon yang dimilikinya, semakin tinggi titik didihnya. Agar dapat digunakan untuk berbagai keperluan, komponen-komponen minyak mentah harus dipisahkan berdasarkan titik didihnya. Metode yang digunakan adalah distilasi bertingkat seperti pada gambar 2.5
Gambar 2.5 Fraksi – fraksi pada pengolahan minyak bumi mentah Sumber : id.wikipedia.org/wiki/ Crude_Oil_Distillation 2.4.1 Dexlite
(FAME) sebanyak 20% dengan zat adiktif di dalamnya. Kandungan cetane number dexlite minimal 51 dan sulfur maximal 1200 ppm (www.pertamina.com/news-room/seputar.../dexlite).
2.4.2 Karakteristik Dexlite
Dapat menyala dan terbakar sesuai dengan kondisi ruang bakar adalah syarat umum yang harus dipenuhi oleh suatu bahan bakar. Dexlite sebagai bahan bakar memiliki karakteristik yang dipengaruhi oleh banyak sifat-sifat seperti Cetane Number (CN), residu karbon, belerang, abu dan endapan, titik nyala,sifat korosi.
a. Cetane Number (CN)
Mutu penyalaan yang diukur dengan indeks yang disebut Cetana. Mesin diesel memerlukan bilangan cetana sekitar 50. Bilangan cetana bahan bakar adalah persen volume dari cetana dalam campuran cetana dan alpha-metyl naphthalene. Cetana mempunyai mutu penyalaaan yang sangat baik dan alphametyl naphthalene mempunyai mutu penyalaaan yang buruk. Bilangan cetana 51 berarti bahan bakar cetana dengan campuran yang terdiri atas 51% cetana dan 49% alpha- metyl naphthalene. Angka CN yang tinggi menunjukkan bahwa minyak dexlite dapat menyala pada temperatur yang relatif rendah.
b. Residu karbon.
Residu karbon adalah karbon yang tertinggal setelah penguapan dan pembakaran habis Bahan yang diuapkan dari minyak, diperbolehkan residu karbon maksimum 0,10 %.
C. Belerang atau Sulfur.
d. Kandungan abu dan endapan.
Kandungan abu dan endapan dalam bahan bakar adalah sumber dari bahan mengeras yang mengakibatkan keausan mesin. Kandungan abu maksimal yang diijinkan adalah 0,01% dan endapan 0,05%.
e. Titik nyala.
Titik nyala merupakan suhu yang paling rendah yang harus dicapai dalam pemanasan minyak untuk menimbulkan uap terbakar sesaat ketika disinggungkan dengan suatu nyala api. Titik nyala minimum untuk bahan bakar diesel adalah 60 o
C.
f. Sifat korosif.
