DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JANUARI

(1)

PENGARUH DIAMETER BATANG TERHADAP WAKTU PEMISAHAN BIODIESEL DAN GLISEROL SERTA KAJIAN AWAL PENENTUAN GELEMBUNG

DENGAN METODE PENGAPUNGAN BATANG (BOUYANCY WEIGHING-BAR METHOD)

SKRIPSI

Oleh

MANGITUA JHONI 110405045

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JANUARI 2017

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PENGARUH DIAMETER BATANG TERHADAP WAKTU PEMISAHAN BIODIESEL DAN GLISEROL SERTA KAJIAN AWAL PENENTUAN GELEMBUNG

DENGAN METODE PENGAPUNGAN BATANG (BOUYANCY WEIGHING-BAR METHOD)

SKRIPSI

Oleh

MANGITUA JHONI 110405045

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

JANUARI 2017

(3)

i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

PENGARUH DIAMETER BATANG TERHADAP WAKTU PEMISAHAN BIODIESEL DAN GLISEROL SERTA KAJIAN AWAL PENENTUAN

GELEMBUNG DENGAN METODE PENGAPUNGAN BATANG (BOUYANCY WEIGHING-BAR METHOD)

Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.

Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.

Medan, Januari 2017

Mangitua Jhoni NIM. 110405045

(4)

PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI

Skripsi dengan judul :

dibuat sebagai kelengkapan persyaratan untuk mengikuti ujian skripsi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Mengetahui, Medan, Desember 2016

Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing

Ir. Renita Manurung, M.T Dr. Eng. Rondang Tambun, S.T.,M.T NIP. 19681214 199702 2 002 NIP.19720412 200012 1 004

(5)

ii

PENGESAHAN SKRIPSI

Skripsi dengan judul:

Dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada siding ujian skripsi pada 21 Desember 2016 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Mengetahui, Medan, Januari 2017

Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing

Ir. Renita Manurung, M.T Dr. Eng. Rondang Tambun, S.T.,M.T NIP.19681214 199702 2 002 NIP.19720412 200012 1 004

Dosen Penguji I DosenPenguji II

Dr. Taslim, M.Si Mersi Suriani Sinaga, S.T.,M.T NIP. 19650115 199003 1 002 NIP.19680806 199802 2 001

(6)

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul “Pengaruh Diameter Batang Terhadap Waktu Pemisahan Biodiesel dan Gliserol serta Kajian Awal Penentuan Gelembung dengan Metode Pengapungan Batang (Bouyancy Weighing-Bar Method)”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi manfaat dalam dunia industri kimia khususnya dalam industri biodiesel.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

1. Dr. Eng. Rondang Tambun, S.T.,M.T selaku Dosen Pembimbing Penelitian 2. Dr. Taslim, M.Si selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran dan

masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.

3. Mersi Suriani Sinaga, S.T.,M.T selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.

4. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

5. Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

6. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia.

7. Seluruh keluarga Teknik Kimia angkatan 2011.

8. Seluruh keluarga Teknik Kimia angkatan 2012.

9. Seluruh keluarga Teknik Kimia angkatan 2014.

(7)

iv

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini.

Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan, Januari 2017 Penulis

Mangitua Jhoni

(8)

DEDIKASI

Skripsi ini saya persembahkan untuk :

Bapak Ramlan Manurung & Ibu Sanggul Pakpahan,

Adik – Adik tercinta Indryanitha, Mely Margaretha dan Jonathan Dan tak lupa (+) Saur Dinar Nurhayati Simanjuntak

Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan, mendidik dan mendukungku dengan penuh kesabaran dan kasih sayang.

Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do’a yang tiada hentinya

yang telah kalian berikan kepada ku selama ini.

(9)

vi

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama: Mangitua Jhoni NIM: 110405045

Tempat/Tgl. Lahir: Duri/ 06 Agustus 1992

Nama orang tua: Ramlan Manurung & Sanggul Pakpahan Alamat orang tua:

Jalan Damai Gg.aman Mandau - Duri Asal Sekolah :

 TK IGN. Slamet Riyadi Jakarta Timur, tahun 1998-2000

 SD IGN. Slamet Riyadi Jakarta Timur, tahun 2000-2006

 SMPN 102 Jakarta Timur ,tahun 2006-2009

 SMAN 2 Mandau Duri, tahun 2009-2011 Beasiswa yang PernahDiperoleh

1. Beasiswa BBM/PPA USU periode 2012-2014 Pengalaman Organisasi/Kerja:

1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2013/2014 sebagai anggota bidang Pendidikan dan Kaderisasi.

2. Kerja Praktek di PTPN IV Unit Pabrik Gula Sei Semyang juli 2016 – Agustus 2016.

(10)

ABSTRAK

Metode pengapungan batang adalah sebuah metode yang dikembangkan dari metode sedimentasi. Metode pengapungan batang ini dapat memberikan hasil yang cukup akurat dalam menentukan distribusi ukuran partikel. Dalam percobaan ini, difokuskan untuk mengembangkan metode dari sistem cair-cair dengan kekentalan yang berbeda. Prinsip dari penelitian ini bahwa pengukuran disebabkan karena adanya perbedaan densitas dari suspensi cairan dan pengukuran distribusi ukuran gelembung dapat dihitung dari perbandingan massa batang dengan waktu pemisahan biodiesel dan gliserol. Pada penelitian ini dihitung massa batang dengan waktu untuk mengetahui waktu terbaik pemisahan biodiesel dan gliserol serta memberikan estimasi distribusi droplet size. Dalam penelitian ini digunakan 95% biodiesel : 5% gliserol sebagai sampel dengan variasi diameter batang yaitu 8, 10, 15 dan 20 mm pada suhu 30 ⁰C dan 60 ⁰C.

Dari data penelitian disimpulkan bahwa diameter batang terbaik adalah 20 mm.

Dimana pada suhu 30 ⁰C massa batang meningkat di menit ke-80 dan konstan pada menit ke-100 dengan kemurnian masing-masing 97,9684% dan 98,7558%.

Pada suhu 60 ⁰C massa batang meningkat di menit ke-40 dan konstan pada menit ke-60 dengan kemurnian masing-masing 98,4793% dan 99,215%. Berdasarkan data yang diperoleh, metode pengapungan batang dapat digunakan untuk memperkirakan waktu pemisahan biodiesel-gliserol dan memperkirakan distribusi droplet size gliserol. Kemampuan ini merupakan metode baru dalam pengukuran distribusi droplet size dan sangat berguna dalam industri kimia.

Kata kunci : biodiesel, distribusi ukuran, gliserol, partikel, pemisahan, pengapungan batang

(11)

viii

ABSTRACT

Rod flotation method is a method developed from sedimentation method.

This rod flotation method can provide fairly accurate results in determining the particle size distribution. In this experiment, is focused to develop a method of liquid-liquid systems with different viscosity. The principle of this study that the measurement due to the difference in density of a liquid suspension and measuring the bubble size distribution can be calculated from the ratio of the mass of the stem with a time separation of biodiesel and glycerol. In this study calculated the mass of stems with time to determine the best time of the separation of biodiesel and glycerol as well as an estimate droplet size distribution. This study used 95% biodiesel: 5% glycerol as a sample with a trunk diameter variations ie 8, 10, 15 and 20 mm at a temperature of 30 ⁰C and 60 ⁰C. From the data of the study concluded that the best stem diameter is 20 mm. Where at a temperature of 300C rod mass increased in the 80th minute and a constant in the 100th minute with a purity of respectively 97.9684% and 98.7558%. At a temperature of 600C rod mass increased in the 40th minute and a constant in the 60th minute with a purity of respectively 98.4793% and 99.215%. Based on the data obtained, the flotation method stems can be used to estimate the time of the separation of biodiesel glycerol and glycerol estimate the distribution of droplet size. This ability is a new method of measurement of droplet size distribution and are very useful in the chemical industry.

Keywords: biodiesel, size distribution, glycerol, particle separation, flotation rod.

(12)

DAFTAR ISI

Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

PENGESAHAN SKRIPSI PRAKATA

DEDIKASI

RIWAYAT HIDUP PENULIS ABSTRAK

ABSTRACT

i ii iii

v vi vii viii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH 2

1.3 TUJUAN PENELITIAN 2

1.4 MANFAAT PENELITIAN 3

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 PRINSIP METODE PENGAPUNGAN BATANG 5

(13)

x

2.2 PENELITIAN YANG SUDAH DILAKUKAN 10

2.3 EMULSI CAIR-CAIR 12

2.4 BIODIESEL 14

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 17

3.1 BAHAN PENELITIAN 17

3.2 PERALATAN PENELITIAN 17

3.3 PROSEDUR PENELITIAN 17

3.5 FLOWCHART PENELITIAN 20

BAB IV PEMBAHASAN 21

4.1 ANALISA BAHAN BAKU 21

4.2 APLIKASI BOUYANCY WEIGHING-BAR METHOD TERHADAP WAKTU PEMISAHAN DENGAN PENGARUH DIAMETER BATANG

22

4.2.1 Pengaruh Diameter Batang Pada Suhu 30⁰C 22 4.2.2 Pengaruh Diameter Batang Pada Suhu 60⁰C 24 4.3 APLIKASI BOUYANCY WEIGHING BAR METHOD

TERHADAP ESTIMASI DISTRIBUSI UKURAN GELEMBUNG

26

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 28

5.1 KESIMPULAN 28

5.2 SARAN 29

DAFTAR PUSTAKA 30

(14)

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Penentuan Distribusi Ukuran Partikel Pada Fluidisasi 5 Gambar 2.2 Skematik Diagram Pengendapan Partikel 6 Gambar 2.3 Penentuan Distribusi Ukuran Partikel dengan Metode

Pengapungan Batang

10

Gambar 2.4 Reaksi Transesterifikasi Biodiesel dan Gliserol 15

Gambar 2.5 Skematik dari Peralatan Penelitian 19

Gambar 2.6 Flowchart Percobaan Metode Pengapungan Batang 20 Gambar 4.1 Kromatogram Hasil Analisa Chromatography Gas

Komposisi Biodiesel dari PPKS

21

Gambar 4.2 Pengaruh Waktu Terhadap Massa Batang Pada Konsentrasi 95% Biodiesel : 5% Gliserol Pada Suhu 30 ⁰C

22

23

Gambar 4.4 Grafik Estimasi Distribusi Droplet Size dengan Rasio 95% Biodiesel : 5% gliserol diameter batang 8 mm pada suhu 30⁰C.

27

Gambar 4.6 Grafik Estimasi Distribusi Droplet Size dengan Rasio 95% Biodiesel : 5% gliserol diameter batang 8 mm pada

28

(15)

xii suhu 30⁰C.

28

(16)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Persyaratan Kualitas Biodiesel 16

(17)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Metode pengapungan batang (Buoyancy Weighing-Bar Method) telah berhasil digunakan untuk menentukan distribusi ukuran partikel yang berukuran antara 5 μm- 100 μm. Hasil pengukuran distribusi ukuran partikel dengan metode pengapungan batang ini sebanding dengan hasil yang diperoleh dengan metode-metode yang sebelumnya sudah dikenal dan banyak dipakai di industri, seperti Metode Andreasen Pipette [1], Metode Sedimentation Balance [2], Metode Centrifugal Sedimentation

[3], Metode Laser Diffraction/Scattering [4], Microscopy [5] dan Metode Coulter Counter[6].

Prinsip dari Metode Pengapungan Batang ini adalah mengukur distribusi ukuran partikel dengan menggunakan sebuah batang yang digantungkan pada suspensi. Dalam metode ini, perubahan densitas larutan yang terjadi karena perpindahan massa padatan diukur dari perubahan massa batang yang digantung di dalam suspensi. Sampai saat ini Metode Pengapungan Batang hanya digunakan untuk menentukan distribusi ukuran partikel, sedangkan untuk mengukur droplet size distribution (distribusi ukuran gelembung cairan) belum pernah dilakukan.

Pengukuran droplet size distribution penting diketahui dalam pemisahan cair-cair, terutama terhadap campuran 2 (dua) jenis cairan yang berbeda densitas.

Pada penelitian ini, Metode Pengapungan Batang digunakan untuk mengetahui waktu optimum pemisahan serta mengkaji penentuan distribusi droplet size dalam pemisahan dua cairan yang berbeda densitas. Sampel penelitian yang akan

dikaji adalah gliserol dan biodiesel (metil ester) yang dilakukan dengan

(18)

memanfaatkan perbedaan desnsitas. Selama ini pada industri pembuatan biodiesel, penentuan waktu pemisahan antara gliserol-biodiesel hanya dilakukan dengan metode gravitasi dengan melihat telah terbentuknya 2 lapisan, yaitu lapisan atas (biodiesel) dan lapisan bawah (gliserol). Dengan menggunakan Metode Pengapungan Batang diharapkan dapat membantu penentuan waktu pemisahan optimum kedua cairan tersebut dan dapat menentukan estimasi distribusi droplet size. Prinsip dari metode ini adalah mengukur distribusi ukuran gelembung dengan menggunakan sebuah batang logam yang digantungkan pada dua campuran yang saling terpisah berdasarkan perbedaan massa jenisnya. Dalam metode ini, perubahan densitas larutan yang terjadi karena perpindahan massa gelembung diukur dari perubahan massa batang yang digantung di dalam suspensi [7].

1.2 Perumusan Masalah

Penelitian untuk mengetahui waktu yang tepat apakah biodiesel dan gliserol sudah terpisah secara sempurna setelah membentuk dua lapisan belum dilakukan secaran intensif. Metode Pengapungan batang diyakinkan dapat diaplikasikan untuk menentukan waktu terbaik pemisahan biodiesel-gliserol dan dapat mengestimasikan ukuran droplet zise. Disamping itu, penentuan distribusi droplet size merupakan hal yang perlu dilakukan karena hingga saat ini distribusi droplet size merupakan hal yang belum banyak diteliti.

(19)

3 1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengkaji penerapan Metode Pengapungan Batang dalam menentukan waktu terbaik pemisahan gliserol-biodiesel serta mengkaji distribusi droplet size pada pemisahan kedua cairan tersebut.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah:

1. Mengaplikasikan Metode Pengapungan Batang ini pada industri biodiesel untuk mengetahui waktu terbaik pada pemisahan biodiesel.

2. Mengaplikasikan Metode Pengapungan Batang ini pada industri biodiesel untuk mengetahui ukuran gelembung pada pemisahan biodiesel.

1.5 Ruang Lingkup Penelitian

Penelitian pengukuran ukuran gelembung biodiesel dengan Metode Pengapungan Batang ini dilakukan di Laboratorium Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

 Variabel Tetap

1. Konsentrasi

Pada penelitian ini konsentrasi yang digunakan adalah 95 % biodiesel : 5 % gliserol.

2. Volume larutan

Volume larutan yang digunakan sebanyak 1000 L.

3. Waktu

Pada penelitian ini waktu yang digunakan selama penelitian ± 2 jam dan data dicatat interval 2 menit.

(20)

 Variabel yang divariasikan 1. Bentuk Batang

Pada penelitian ini digunakan variasi diameter batang pengapung.

Bentuk batang pengapung adalah bulat dengan bahan yang terbuat dari alumunium dengan variasi ukuran diameter batang 8 mm, 10 mm, 15 mm, dan 20 mm dengan panjang 210 mm (almunium dengan ρ = 2700 kg/m³).

2. Suhu

Penelitian ini dan variasi suhu yang digunakan adalah :

 T = 30 ⁰ C

 T = 60 ⁰ C

Pada suhu 60 ⁰C, suhu tersebut hanya digunakan sebagai suhu awal mula-mula dan pada akhirnya suhu 60 ⁰C akan turun hingga menjadi suhu ruangan.

3. Variabel yang diuji

Estimasi distribusi ukuran gelembung droplet size biodiesel dan gliserol dengan Metode Pengapungan Batang dan mengetahui waktu terbaik untuk terpisahnya biodiesel dan gliserol. Hasil pengukuran distribusi ukuran gelembung droplet size biodiesel dan gliserol dan kemurnian dari biodiesel dan gliserol diuji dengan metode Gas Chromatography.

(21)

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Prinsip Metode Pengapungan Batang (Buoyancy Weighing-Bar Method) Pada dasarnya prinsip metode pengapungan batang pada pengukuran distribusi droplet size sama dengan pada pengukuran distribusi ukuran partikel padatan (particle size), dimana prinsip ini sama dengan yang dipakai pada metode manometrik dan metode Oden Balance [8]. Pada pengukuran distribusi droplet size digunakan cair-cair, sedang pada penentuan particle size digunakan cair-padat.

Secara grafik, kurva massa terhadap waktu pengendapan pada Metode Pengapungan Batang ini analog dengan kurva pressure drop terhadap superficial velocity pada fluidisasi [9]. Gambar 2.1 adalah plot pressure drop ΔP terhadap superficial velocity u, yang menggambarkan perhitungan distribusi ukuran partikel secara grafik pada

fluidisasi.

(22)

Jika superficial velocity u adalah u3, maka :

du Y P ud x D A

g

P M ] 0

100 ) ][ ( ) [(

P 0

P  

 



  ………. (2.1)

x X D A

g

M ] 0

100 ) ][ ( ) [(

P 0

P 



 , XY

du P ud 

dengan M₀, A, dan D(x) adalah total massa partikel, cross-sectional area dari unggun, dan persentasi massa kumulatif dari partikel x.

Gambar 2.2 mengillustrasikan skematik diagram dari pengendapan partikel.

Volume batang dalam suspensi adalah V_B  Ah, dengan A adalah luas permukaan dari batang pemberat dan h adalah panjang batang yang dicelupkan pada suspensi.

Densitas dari pelarut (cairan) dilambangkan dengan ρ_L, sedangkan densitas partikel dilambangkan dengan ρP. konsentrasi mula-mula padatan dalam suspensi adalah Co (kg-padatan/m³-suspensi) [9].

Gambar 2.2 (a) menunjukkan bahwa massa batang mula-mula yang mengapung pada kondisi awal tergantung pada partikel yang berada antara bagian atas batang dan

(23)

7

bagian bawah batang dalam suspensi. Pada waktu pengendapant 0, densitas mula- mula dari suspensi (ρ_S0) adalah:



_P _L



P 0 L 0

S  

 

  C 

………...………. (2.2)

Karena massa batang mula-mula yang mengapung WB0 tergantung pada partikel pada suspensi dari permukaan sampai kedalaman h, W_B0 dapat didefenisikan sebagai berikut :

S0 B B0 V 

W  ……… (2.3)

Pada kondisi mula-mula, massa batang dalam suspensi adalah )

( _B _S0

B B0 B B

B0 V  W V  

G ……… (2.4)

dimana, ρ_B adalaj densitas dari batang. Gambar 2.2(b) menunjukkan konsentrasi suspensi (C) semakin menurun dari waktu ke waktu, karena partikel yang besar sudah mengendap. Densitas suspensiρ massa pengapungan batang _St, W , dan massa _Bt nyata dari batang G_Bt di dalam suspensi pada t = t diberikan sesuai dengan persamaan berikut.

 

ρ C ρ ρ ρ

ρ

P L P L St

 

 ………...………. (2.5)

St B

Bt ρ

W V . ……… (2.6)



_B _St



B St B B B Bt B B

Bt V ρ W V ρ V ρ V ρ ρ

G  .   .  .   ……….………. (2.7)

Gambar 2.2(c), pada t = ~, konsentrasi suspensi adalah 0, karena semua partikel, baik besar maupun kecil sudah mengendap. Densitas suspensi S∞, massa pengapungan

(24)

batang W_B_, dan massa nyata dari batang G_B∞ di dalam suspensi pada t = ~ diberikan sesuai dengan persamaan berikut.

L

S 

 _  ……… (2.8)

L B

B ρ

W _V . ……… (2.9)



_B _L



B B B B

B V ρ W V ρ ρ

G _ .  _  ……..……….. (2.10)

Persamaan 2.11 menunjukkan neraca massa partikel dalam suspensi [24].

^ ^



_i ^



x^xⁱ

x

x f x dx

h t x C v

dx x f C

C C

min

max ( ) ( )

)

( ₀

0

0 ………...……. (2.11)

Dari persamaan (2.3), (2.6), (2.9) dan (2.11), diperoleh:



^

  





 ⁱ

i

x x x

x f x dx

h t x W v

W dx x f W

W W W

min

max ( ) ( )

) (

) ( )

( ₀ ₀

0 …….….. (2.12)

dimana v(x) adalah kecepatan pengendapan, f(x) adalah frekuensi massa partikel berukuran x. Diferensial persamaan 2.12 terhadap waktu t, maka akan diperoleh :



 



 ^xⁱ

x f x dx

h x W v

dt W dW

min

) ) ( ) (

( ₀ ……….………. (2.13)

Dari persamaan 2.12 dan 2.13,

dt t W dW

W _t _t ^t 



 





 _R ^B

B ……… (2.14)

dimana W_Rtadalah massa partikel yang lebih besar dari partikel berukuran x,



 

( ) ^x^max ( ) . xi f x dx W

W W₀ ₀

Kombinasi persamaan 2.7 dan 2.14 akan menghasilkan :

(25)

9 dt t G dG

dt t W dG

ρ V

G_Bt _B _B _Rt ^Bt _Rt ^Bt 



 



 



 



 _ _





 . ………...…….. (2.15)

Dimana,G_RtV_B.ρ_BW_Rt,and

dt dW dt

dG_Bt _Bt



 , karena penurunan massa batang sesuai

dengan penurunan massa pengapungan batang. Nilai G_Rt dihitung dari slope persamaan 2.15. Hubungan kumulatif massa oversize, R(x) dan kumulatif massa undersize, D(x) adalah,

) ( )

( )

( ^max D x

G G

G dx G

x f x

R

B B

B

x Rt

x_i  



 





 ⁰₀ ¹ ………..………. (2.16)

Ukuran partikel x diekspresikan dengan menggunakan persamaan Stokes:

…...………..……… (2.17)

dimana g adalah percepatan gravitasi dan μL adalah viskositas larutan. Kecepatan pengendapan v(x) partikel dihitung sesuai dengan persamaan 2.18.

………. (2.18)

Dimana h adalah panjang batang yang terapung di dalam cairan dan t adalah waktu pengendapan. Ukuran partikel x yang dihasilkan pada persamaan 2.17 merupakan diameter Stokes. Hal ini membuktikan bahwa teori pada metode pengapungan batang ini mirip dengan metode sedimentation balance [22].

Gambar 2.3 mengillustrasikan metode perhitungan distribusi ukuran partikel yang mengendap dengan menggunakan Metode Pengapungan Batang. Gambar kanan atas menunjukkan perubahan massa batang sebagai fungsi waktu, sementara gambar

) (

) ( 18

L P

L 





  g

x x v

t x h v( )

(26)

kanan bawah menunjukkan hubungan waktu dengan kebalikan ukuran partikel. Dari persamaan 2.17 dan 2.18, waktu sebanding dengan kuadrat kebalikan dari ukuran partikel. Jadi dalam metode ini, ukuran partikel x dapat dihitung pada setiap waktu t, sementara G_Rtsecara simultan dapat dihitung dari slope, sesuai dengan persamaan 2.15. Kumulatif massa undersize, D(x) dapat dihitung dengan persamaan 2.16. Pada gambar kiri atas, distribusi ukuran partikel diperoleh dari perhitungan ukuran partikel x dan D(x) [10].

Persamaan 2.2 - 2.18 di atas akan dipakai dalam penentuan droplet size pada pemisahan cair-cair (biodiesel-gliserol), serta menentukan waktu yang menyatakan telah terpisahnya kedua cairan secara sempurna yang ditandai ketika massa batang dalam suspensi sudah konstan [11;12].

(27)

11 2.2 Penelitian yang sudah pernah dilakukan

Penelitian dengan menggunakan metode Metode Pengapungan Batang telah dilakukan untuk partikel-partikel mengapung dan partikel mengendap. Penelitian- penelitian yang pernah dilakukan menggunakan Metode Pengapungan Batang adalah sebagai berikut.

 Obata, dkk pertama sekali menemukan metode ini dengan mengukur distribusi ukuran partikel yang mengendap dalam Stokes region. Sampel yang mereka teliti adalah silica sand, calcium carbonate dan barium-titanate glass yang diukur dengan menggunakan fase cair air [8]

 Motoi, dkk kemudian mengaplikasikan metode ini untuk menentukan distribusi ukuran partikel yang mengapung. Sampel yang mereka teliti adalah Glassbubbles, paraffin particle dan Fuji nylon beads. Fase cair yang dipakai

adalah air [13].

 Ohira, dkk meneliti tentang pengaruh konsentrasi partikel dalam menentukan distribusi ukuran partikel. Sampel yang mereka teliti adalah butiran tanah dari daerah Kanto (Jepang). Fase cair yang digunakan adalah sodium pyrophosphate [4].

 Tambun, dkk mengembangkan penelitian ini dengan melakukan pengukuran distribusi ukuran partikel yang mengapung dalam Allen region. Sampel yang dipakai adalah polystyrene beads (spherical) dan nylon beads (cylindrical).

Cairan yang dipakai adalah natrium klorida [14].

 Tambun, dkk meneliti pengaruh ukuran batang, bentuk batang, ukuran tangki, bentuk tangki dan posisi batang dalam tangki untuk menentukan distribusi ukuran partikel yang mengapung. Sampel yang digunakan adalah hollow

(28)

glass beads. Fase cair yang digunakan adalah air [15].

 Tambun, dkk kemudian melakukan penelitian dengan menggunakan metode pengapungan batang ini untuk menentukan rata-rata ukuran partikel secara grafis dan numeris untuk 2 dan 3 sampel yang dicampur. Sampel yang digunakan adalah glass beads 60, glass beads 40 dan glass beads 30. Cairan yang dipakai adalah gliserol (kons.: 40 wt%) [16].

Pada penelitian sebelumnya, metode ini belum pernah diaplikasikan untuk mengkaji pemisahan dua jenis cairan dan penentuan ditribusi ukuran butiran. Metode ini diharapkan mampu mengukur distribusi droplet size gliserol-biodiesel serta waktu pemisahan yang optimal dari kedua cairan tersebut.

2.3 Emulsi Cair – Cair

Emulsi adalah suatu sistem yang terdiri dari dua fasa cairan yang tidak saling terampur, biasanya air dan minyak, dimana cairan yang satu terdispersi menjadi tetesan-tetesan kecil (droplet) dalam cairan lainnya yang distabilkan dengan zat pengemulsi atau surfaktan yang cocok. Banyak cara yang dapat dipakai untuk memproses cara pemecahan emulsi ini[17]. Untuk pemilihan cara pemecahan emulsi yang efektif tergantung pada kondisi lapangan yaitu jenis dan karakteristik dari pada emulsi yang ada, sifat antara minyak dan air yang terproduksi serta besarnya biaya yang dikeluarkan. Secara garis besar pemecahan emulsi dapat dikategorikan dalam beberapa metode, yaitu :

 Metode gravitasi

Gravitasi settling (pengendapan secara gravitasi) adalah metode yang paling tua, paling mudah dan banyak digunakan dalam pemecahan emulsi minyak.

Pengendapan secara gravitasi menjadikan emulsi tidak stabil, sehingga

(29)

13

mudah pecah dan butiran fasa terdispersi akan tergabung membentuk ukuran butiran yang lebih besar dengan gaya gravitasi mendukung proses pemisahan.

Pemanfaatan efek gravitasi akan dapat membantu pemisahan butiran air yang telah menyatu pada suatu selang waktu pengendapan[18]. Meskipun demikian, gaya gravitasi ini tidak dapat bekerja sepenuhnya karena adanya gaya penahan (drag force) yang disebabkan oleh gerakan kebawah partikel air melalui fasa minyak. Apabila gaya gravitasi dan gaya penahan sama, maka akan dicapai kecepatan konstan yang dapat dihitung dengan persamaan Stoke„s yang dapat dijelaskan sebagai berikut:

 Semakin besar ukuran partikel, maka akan semakin besar pula

ukuran diameternya, sehingga kecepatan turunnya akan lebih cepat pula. Berarti semakin besar ukuran partikel air akan semakin cepat untuk jatuh kebagian bawah, sehingga akan lebih mudah proses pemisahan antar minyak dan air.

 Semakin besar perbedaan berat jenis antara minyak dan air, maka akan semakin besar kecepatan turunnya. Akan lebih mudah memproses minyak yang ringan karena memiliki viskositas yang kecil, sehingga lebih mudah dalam proses pengendapan.

 Metode Membran Cair Emulsi

Metode membran cair emulsi ini metode yang potensial dan efektif dalam proses pemisahan biodiesel dan gliserol dimana akan terjadi reaksi secara simultan dipermukaan membran berdasarkan besar densitasnya dan berdasarkan fasa umpan dengan fasa pembawa organik. Pemakaian metode ini dapat menghemat waktu dan mempunyai keuntungan yang lainnya maka

(30)

dari itu metode membran cair emulsi ini sangat berpotensi untuk diaplikasikan skala industry[19].

 Metode listrik

Metode ini berdasarkan prinsip bahwa air atau larutan berair mampu menghantarkan listrik, dan minyak tidak dapat menghantarkan listrik. Jika suatu elektroda diletakkan pada suatu system emulsi, konduktivitas elektrik tampak, maka emulsi tersebut tipe O/W, dan begitu pula sebaliknya pada emulsi tipe W/O. Dimana Emulsi tipe O/W , dengan ciri – ciri: Di dalam misel terdapat fase lipid W( water) sebagai pengemulsi, O (oil) yang teremulsi. Sedangkan Emulsi tipe W/O, dengan ciri – ciri :Di dalam misel terdapat fase air O (oil) sebagai pengemulsi, W (water) yang teremulsi.

 Metode Pemanasan

Penggunaan panas untuk pemisahan minyak sering digunakan, tetapi jarang sekali metode ini digunakan tanpa kombinasi dengan metode lain. Tentu saja metode pemanasan selalu menggunakan pula settling tank, sehingga kombinasi dengan cara gravitasi pasti dilakukan seperti juga cara kimia.

Pada pemisahan biodiesel dan gliserol palm oil dipanaskan hingga mencapai suhu 60 ^oC surfaktan yang digunakan dilarutkan dalam fase air (gliserol) dengan pemanasan hingga suhu 60 ^oC juga. Selanjutnya akan terbentuk emulsi lalu emulsi yang terbentuk diaduk dengan kuat dan kencang hingga dingin untuk mendapatkan ukuran droplet size yang lebih kecil [17].

(31)

15 2.4 Biodiesel

Biodiesel adalah bahan bakar yang diproduksi dari minyak nabati seperti minyak sawit, minyak bunga matahari, minyak kedelai, minyak jarak, dan lain-lain atau minyak hewani melalui proses transesterifikasi dengan pereaksi metanol atau etanol dan katalisator basa atau asam. Biodiesel dari minyak nabati pada umumnya mempunyai karakteristik yang mendekati bahan bakar yang berasal dari minyak bumi, sehingga dapat dijadikan sebagai energi alternatif bagi bahan bakar minyak bumi yang ketersediaannya semakin menipis. Saat ini, pengembangan biodiesel dari minyak nabati melonjak pesat sejalan dengan krisis energy yang melanda dunia tahun-tahun terakhir ini dan penurunan kualitas lingkungan hidup akibat polusi.

Selain itu, biodiesel dari minyak nabati bersifat dapat diperbaharui (renewable) sehingga ketersediaannya lebih terjamin dan produksinya dapat terus ditingkatkan [20]. Proses produksi biodiesel yang paling umum memiliki dua input yaitu minyak nabati dan alkohol. Proses ini menciptakan dua output yaitu biodiesel dan gliserol.

Masukan yang diperlukan dan output yang dibuat tergantung pada sifat kimianya [21]. Persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI-04-7182-2006 (2006) dapat dilihat pada tabel 2.2 [24]. Minyak juga terdiri dari asam lemak bebas yang dapat dikonversi ke ester asam lemak dengan esterifikasi. Alkohol yang dapat digunakan dalam proses transesterifikasi adalah metil, etil, propil, butil dan amil alkohol, dan yang paling sering digunakan adalah metanol dan etanol. Metanol banyak digunakan karena biaya rendah di sebagian besar negara dan sifat fisikokimia seperti polaritas dan ukuran molekul yang lebih kecil. Adapun reaksi pembentukan biodiesel dan gliserol adalah:

(32)

Gamabar 2.4 Reaksi Transesterifikasi Biodiesel dan Gliserol [22].

Reaksi transesterifikasi menghasilkan gliserol sebagai produk sampingan, yang memiliki berbagai aplikasi dalam industri. Oleh karena itu, kelebihan alkohol umumnya lebih tepat untuk meningkatkan perpindahan reaksi kesetimbangan ke arah produk. Selain itu, diperlukan untuk mengoptimalkan faktor lain seperti konsentrasi katalis, suhu dan agitasi dari media reaksi. Secara spesifik, proses transesterifikasi merupakan rangkaian tiga langkah berturut-turut. Langkah pertama yaitu mengubah trigliserida menjadi sebuah digliserida, monogliserida kemudian dihasilkan dari digliserida dan langkah terakhir gliserol diperoleh dari monogliserida. untuk konversi yang efektif untuk minyak menjadi biodiesel, kehadiran katalis biasanya dibutuhkan.

Reaksi dijaga pada suhu diatas titik didih alkohol (sekitar 70^oC) guna mempercepat reaksi meskipun beberapa sistem merekomendasikan suhu kamar. Lama reaksi adalah 1 – 8 jam. Pemberian metanol berlebih diperlukan untuk memastikan konversi yang sempurna[23].

(33)

17 Tabel 2.1 Persyaratan Kualitas Biodiesel [24]

Parameter dan Satuannya Batas Nilai Metode Uji Metode Setara Massa jenis pada 40 °C, kg/m³ 850-890 ASTM D 1298 ISO 3675 Viskositas kinematik pada 40

°C, mm²

2,3-6,0 ASTM D 445 ISO 3104

Angka setana min. 51 ASTM D 613 1SO 5165

Titik nyala, °C min. 100 ASTM D 93 ISO 2710

Angka asam mg-KOH/g maks. 0,8 AOCS Cd 3-63 FBI-A01-03 Gliserol bebas %-massa maks. 0,02 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03 Gliserol total %-massa maks. 0,24 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03 Kadar ester alkil %-massa min 96,5 Dihitung FBI-A03-03

(34)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Penelitian ini dilaksanakan selama 6 (enam) bulan. Pada penelitian ini dikaji kecepatan pemisahan gliserol dan biodiesel, sekaligus dicoba untuk mengetahui estimasi droplet size distribution dari pemisahan campuran cairan tersebut.

3.1 BAHAN YANG DIGUNAKAN 1. Biodiesel (Produksi PPKS) 2. Gliserol (pa)

3.2 PERALATAN YANG DIGUNAKAN

1. Neraca analitik PW 254 dengan ketelitian 0,0001 g dengan pengait dibagian bawah

2. Pengaduk khusus, untuk menghomogenkan suspensi di awal percobaan

3. Gas Chromatography sebagai pembanding/menguji kemurnian hasil pemisahan biodiesel-gliserol.

Ilustrasi gambar peralatan dapat dilihat seperti pada gambar 3.1.

3.3 RANCANGAN PENELITIAN

Material sampel yang akan diteliti adalah campuran biodiesel-gliserol.

Campuran ini diperoleh dengan 2 cara, yaitu:

1. Dengan mencampurkan biodiesel dengan gliserol. Perbandingan konsentrasi antara biodiesel dengan gliserol yang akan dibuat adalah 95% : 5% pada suhu 30 ⁰C dengan bentuk batang bulat yang terbuat dari bahan alumunium dengan variasi ukuran diameter batang 8 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm dengan panjang 210 mm (aluminium dengan ρ = 2700 kg/m³).

(35)

19

2. Dengan mencampurkan biodiesel dengan gliserol. Perbandingan konsentrasi antara biodiesel dengan gliserol yang akan dibuat adalah 95 %: 5 % pada suhu 60 ⁰C dengan bentuk batang bulat yang terbuat dari bahan alumunium dengan variasi ukuran diameter batang terbaik pada suhu 30⁰C.

Perlakuan penelitian dilakukan dengan mencampurkan 95 % biodiesel dengan 5 % gliserol pada suhu 30⁰C dengan bentuk batang bulat yang terbuat dari bahan alumunium dengan variasi ukuran diameter batang 8 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm dengan panjang 210 mm (aluminium dengan ρ = 2700 kg/m³) sehingga terbentuk dua lapisan sesuai dengan perbandingan konsentrasi tersebut di atas. Pada penelitian ini akan diukur lama pemisahan antara biodiesel dengan gliserol, dimana pada pemisahan ini akan terbentuk 2 lapisan, yaitu lapisan atas (biodiesel) dan lapisan bawah (gliserol), kemudian digunakan Metode Pengapungan Batang untuk menentukan lamanya pemisahan dan mengkaji distribusi butiran cairan. Suhu ruangan dan suhu cairan adalah 298 K (suhu kamar). Semua campuran akan diaduk sebelum dilakukan pengukuran. Lama pengukuran adalah + 2 jam. Pada penelitian ini, distribusi ukuran butiran diukur berdasarkan hukum Stokes.Variasi suhu yang lain yang digunakan adalah dengan mencampurkan 95 % biodiesel dengan 5 % gliserol pada suhu 60⁰C dengan bentuk batang bulat yang terbuat dari bahan alumunium dengan variasi ukuran diameter batang terbaik pada suhu 30⁰C. Hasil distribusi gelembung tersebut dibandingkan dengan hasil pengukuran metode dan untuk kemurnian dari biodiesel dan gliserol diuji dengan menggunakan Gas Chromatography.

Dengan bentuk batang bulat yang terbuat dari bahan alumunium dengan variasi ukuran diameter batang 8 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan panjang 210 mm (aluminium dengan ρ = 2700 kg/m³), densitas : 2.70×10³ kg/m³. Neraca analitik (4 desimal) mempunyai pengait di bagian bawahnya untuk menggantung batang aluminium. Data akan direkam setiap interval 2 menit.

Untuk menyiapkan suspensi, 1000 ml campuran dimasukkan ke dalam gelas ukur. Dengan mengunakan tali/benang yang sangat ringan, batang digantung dari bawah neraca analitik. Setelah diaduk dengan pengaduk khusus, batang dimasukkan ke dalam suspensi, dan dicatat sebagai t = 0 detik. Hal ini berlangsung selama + 2

(36)

jam. Setelah pengukuran selesai, distribusi ukuran partikel diukur berdasarkan teori pada Bab II.

Gambar 3.1 Skematik dari Peralatan Eksperimen Ket :

1. Neraca analitik (analytical balance) PW 254

2. Benang penggantung batang (hanging wire)

3. Batang (weighing bar)

4. Gelas ukur (measuring glass cylinder)

5. Fasa terdispersi

6. Ruangan insulasi (insulation vessel) 7. Fasa kontinu

7 5 1

2

3

6

4

(37)

21 3.4 FLOWCHART PENELITIAN

3.4.1 Flowchart Metode Pengapungan Batang

Ya

Tidak

Ya

Gambar 3.2 Flowchart Penelitian Metode Pengapungan Batang Biodiesel dan gliserol dengan perbandingan 95% : 5%

dimasukan ke dalam gelas ukur, kemudian disuspensi

Gelas ukur dimasukkan ke dalam rangkaian peralatan

Waktu dan massa dicatat hingga massa konstan

Dihitung waktu terpisahnya biodiesel dan gliserol

Dihitung Droplet Size Distribution dari pemisahan biodiesel dan gliserol

Mulai

Apakah ada perbandingan diameter batang yang lain

?

Apakah ada perbandingan suhu yang lain ?

Selesai

(38)

BAB IV PEMBAHASAN

4.1 ANALISA BAHAN BAKU

Pada penelitian ini digunakan biodiesel (metil ester) dan gliserol sebagai bahan baku. Biodiesel yang digunakan adalah biodiesel yang diproduksi dari minyak sawit hasil olahan dari Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS), sedangkan gliserol yang digunakan adalah gliserol(pa) dari MERCK.

Gambar 4.1 Kromatogram Hasil Analisis Gas Chromatography Komposisi Biodiesel dari PPKS

Gambar 4.1 merupakan hasil Gas Chromatography (GC) dari biodiesel.

Berdasarkan hasil analisis Gas Chromatography (GC), kadar persentase metil ester (biodesel) sebesar 99,845%.

(39)

23

4.2 APLIKASI BUOYANCY WEIGHING-BAR METHOD (BWM) TERHADAP WAKTU PEMISAHAN DENGAN PENGARUH DIAMETER BATANG

4.2.1 Pengaruh Diameter Batang Pada Suhu 30⁰C

Pada penelitian ini proses pemisahan biodiesel dan gliserol yang terjadi diakibatkan gravitasi dimana bergeraknya gelembung/droplet ke atas sebagai akibat nilai densitas yang lebih rendah dari nilai densitas lingkungannya [6].

Gambar 4.2 menunjukkan pengaruh waktu pemisahan terhadap massa batang untuk diameter batang 8, 10, 15 dan 20 mm dengan perbandingan konsentrasi 95% : 5% pada suhu 30⁰C.

Gambar 4.2 menunjukkan grafik antara massa batang dengan waktu dengan rasio perbandingan biodiesel dan gliserol 95% : 5% dengan diameter batang yang digunakan adalah 8, 10, 15 dan 20 mm.

Pada grafik diameter batang 8 mm ditunjukkan bahwa massa batang terus meningkat cepat mulai menit ke-2 hingga menit ke-12 dan massa batang mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai menit ke-60. Pada menit ke-60 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa biodiesel dan gliserol sudah terpisah. Perubahan massa jelas terlihat karena gelembung biodiesel bergerak ke atas ketika proses pemisahan terjadi akibat dari nilai densitas biodiesel lebih rendah dibandingkan nilai densitas gliserol sehingga dapat dinyatakan fasa biodiesel

(40)

terdispersi didalam fasa gliserol [6]. Pada penelitian ini diambil sampel pada menit ke-12 dan menit ke-60 , karena pada menit ke-12 dianggap massa batang sudah mulai konstan. Dengan menggunakan metode Gas Chromatography diperoleh kadar metil ester biodiesel pada menit ke-12 sebesar 96,9225% dan pada menit ke-60 sebesar dan 97,314%.

Pada grafik diameter batang 10 mm ditunjukkan bahwa massa batang terus meningkat cepat mulai menit ke-2 hingga menit ke-25 dan mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai menit ke-40 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa biodiesel dan gliserol sudah terpisah. Perubahan massa jelas terlihat karena gelembung biodiesel bergerak ke atas ketika proses pemisahan terjadi akibat dari nilai densitas biodiesel lebih rendah dibandingkan nilai densitas gliserol sehingga dapat dinyatakan fasa biodiesel terdispersi didalam fasa gliserol [6]. Pada penelitian ini diambil sampel pada menit ke-25 dan menit ke-40 , karena pada menit ke-25 dianggap massa batang sudah mulai konstan. Dengan menggunakan metode Gas Chromatography diperoleh kadar metil ester biodiesel pada menit ke-25 sebesar 96,8008% dan pada menit ke-40 sebesar dan 97,9402%.

Pada grafik diameter batang 15 mm ditunjukkan bahwa massa batang terus meningkat cepat mulai menit ke-2 hingga menit ke-40 dan mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai menit ke-75. Pada menit ke-75 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa biodiesel dan gliserol sudah terpisah. Perubahan massa jelas terlihat karena gelembung biodiesel bergerak ke atas ketika proses pemisahan terjadi akibat dari nilai densitas biodiesel lebih rendah dibandingkan nilai densitas gliserol sehingga dapat dinyatakan fasa biodiesel terdispersi didalam fasa gliserol [6]. Pada penelitian ini diambil sampel pada menit ke-40 dan menit ke-75 , karena pada menit ke-40 dianggap massa batang sudah mulai konstan. Dengan menggunakan metode Gas Chromatography diperoleh kadar metil ester biodiesel pada menit ke-40 sebesar 97,1457% dan pada menit ke-75 sebesar dan 98,3948%.

Pada grafik diameter batang 8 mm ditunjukkan bahwa massa batang terus meningkat cepat mulai menit ke-2 hingga menit ke-80 dan mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai menit ke-100. Pada menit ke-100 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa biodiesel dan gliserol sudah terpisah.

(41)

25

Perubahan massa jelas terlihat karena gelembung biodiesel bergerak ke atas ketika proses pemisahan terjadi akibat dari nilai densitas biodiesel lebih rendah dibandingkan nilai densitas gliserol sehingga dapat dinyatakan fasa biodiesel terdispersi didalam fasa gliserol [6]. Pada penelitian ini diambil sampel pada menit ke-80 dan menit ke-100 , karena pada menit ke-80 dianggap massa batang sudah mulai konstan. Dengan menggunakan metode Gas Chromatography diperoleh kadar metil ester biodiesel pada menit ke-80 sebesar 97,9684% dan pada menit ke-100 sebesar dan 98,7558%.

4.2.2 Pengaruh Diameter Batang Pada Suhu 60⁰C.

Pada penelitian ini proses pemisahan biodiesel dan gliserol yang terjadi diakibatkan gravitasi dimana bergeraknya gelembung/droplet ke atas sebagai akibat nilai densitas yang lebih rendah dari nilai densitas lingkungannya [6].

Gambar 4.3 menunjukkan pengaruh waktu pemisahan terhadap massa batang untuk diameter batang 20 mm dengan perbandingan konsentrasi 95% : 5% pada suhu 60⁰C.

Gambar 4.3 Pengaruh Waktu Terhadap Massa Batang Pada Konsentrasi 95% Biodiesel : 5% Gliserol denggan Diameter Batang 20 mm Pada Suhu 30 ⁰C dan 60 ⁰C.

Gambar 4.3 menunjukkan grafik antara massa batang dengan waktu dengan rasio perbandingan biodiesel dan gliserol 95% : 5% dengan diameter batang yang digunakan adalah 20 mm pada suhu 30 ⁰C dan 60 ⁰C.

Pada grafik diameter batang 20 mm pada suhu 30 ⁰C ditunjukkan bahwa massa batang terus meningkat cepat mulai menit ke-2 hingga menit ke-80 dan mulai

(42)

meningkat secara perlahan hingga konstan sampai menit ke-100. Pada menit ke-100 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa biodiesel dan gliserol sudah terpisah.

Pada grafik diameter batang 20 mm pada suhu 60 ⁰C ditunjukkan bahwa massa batang terus meningkat cepat mulai menit ke-2 hingga menit ke-40 dan mulai meningkat secara perlahan hingga konstan sampai menit ke-60. Pada menit ke-60 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa biodiesel dan gliserol sudah terpisah. Perubahan massa jelas terlihat karena gelembung biodiesel bergerak ke atas ketika proses pemisahan terjadi akibat dari nilai densitas biodiesel lebih rendah dibandingkan nilai densitas gliserol sehingga dapat dinyatakan fasa biodiesel terdispersi didalam fasa gliserol [6]. Dengan menggunakan metode Gas Chromatography diperoleh kadar metil ester biodiesel pada menit ke-40 sebesar 98,4793% dan pada menit ke-60 sebesar dan 99,215%.

Berdasarkan hasil pengamatan pada suhu 30 ⁰C dan 60 ⁰C menunjukkan bahwa kenaikan temperatur berbanding lurus terhadap kecepatan pengendapan.

Semakin tinggi temperatur maka kecepatan pengendapan akan semakin cepat dan sebaliknya jika temperatur rendah maka kecepatan pengendapan akan berjalan lambat. Hal ini dipengaruhi oleh tinggi rendahnya viskositas suatu zat cair.

Viskositas adalah suatu pernyataan “tahanan untuk mengalir” dari suatu sistem yang mendapatkan suatu tekanan. Makin kental suatu cairan, makin besar gaya yang dibutuhkan untuk membuatnya mengalir pada kecepatan tertentu [30].

Viskositas suatu pelumas dipengaruhi oleh perubahan suhu dan tekanan, apabila suhu suatu pelumas meningkat, maka viskositasnya akan menurun, begitu juga sebaliknya apabila suhu suatu pelumas menurun, maka viskositasnya akan meningkat ini berarti pelumas akan mudah mengalir ketika pada suhu panas dibandingkan pada suhu dingin. Viskositas pada pelumas akan meningkat seiring meningkatnya juga tekanan yang ada disekitar pelumas [8].

(43)

27

4.3 APLIKASI BUOYANCY WEIGHING-BAR METHOD (BWM) TERHADAP ESTIMASI DISTRIBUSI UKURAN GELEMBUNG /DROPLET SIZE.

Dari hasil yang diperoleh dengan perbandingan massa batang terhadap waktu dengan rasio konsentrasi 95% biodiesel : 5% gliserol pada suhu 30⁰C terlihat pada grafik dapat memberikan estimasi distribusi droplet size, dimana dari hasil data yang diperloeh data diolah menggunakan pehitungan dengan metode hukum stokes.

Estimasi distribusi droplet size dapat dilihat pada grafik.

(44)

(45)

29

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari data hasil penelitian yang telah dilakukan adalah :

1. Metode pengapungan batang (buoyancy weighing-bar method) dapat menentukan waktu pemisahan biodiesel dan gliserol.

2. Pada pemisahan biodiesel dan gliserol dengan diameter batang 8 mm pada suhu 30⁰ C massa batang meningkat pada menit ke-12 dan konstan menit ke- 60. Analisa Gas Chromatography memperoleh kadar metil ester biodiesel pada menit ke-12 sebesar 96,9225% dan menit ke-60 sebesar 97,314%.

3. Pada pemisahan biodiesel dan gliserol dengan diameter batang 10 mm pada suhu 30⁰ C massa batang meningkat pada menit ke-25 dan konstan menit ke- 40. Analisa Gas Chromatography diperoleh kadar metil ester biodiesel pada menit ke-12 sebesar 96,8008% dan menit ke-60 sebesar 97,9402%.

4. Pada pemisahan biodiesel dan gliserol dengan diameter batang 15 mm pada suhu 30⁰ C massa batang meningkat pada menit ke-40 dan konstan menit ke- 75. Analisa Gas Chromatography diperoleh kadar metil ester biodiesel pada menit ke-40 sebesar 97,1457% dan pada menit ke-75 sebesar 98,3948%.

5. Pada pemisahan biodiesel dan gliserol dengan diameter batang 20 mm pada suhu 30⁰ C massa batang meningkat pada menit ke-80 dan konstan menit ke- 100. Analisa Gas Chromatography diperoleh kadar metil ester biodiesel pada menit ke-80 sebesar 97,9684% dan menit ke-100 sebesar 98,7558%.

6. Pada pemisahan biodiesel dan gliserol dengan diameter batang 20 mm pada suhu 60⁰ C massa batang meningkat pada menit ke-40 dan konstan pada menit ke-60. Dari analisa Gas Chromatography diperoleh kadar metil ester

(46)

biodiesel pada menit ke-40 sebesar 98,4793% dan menit ke-60 sebesar 99,215%.

5.2 Saran

Saran untuk penelitian berikutnya adalah :

1. Sebaiknya digunakan variasi sampel lain contoh : minyak dengan air.

2. Sebaiknya digunakan variasi suhu lain untuk menentukan suhu terbaik pada pemisahan biodiesel-gliserol.

3. Sebaiknya digunakan computer yang langsung disambungkan pada timbangan untuk mempermudah dalam mencatat data.

(47)

31

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ben. Elfi Sahlan, Muslim Suardi, T. Chazraj Chalid dan Tomi Yulianto, Optimasi Nanoemulsi Minyak Kelapa Sawit (Palm Oil) Menggunakan Sukrosa Monoester, Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Terkini Sains Farmasi dan Klinik III, ISSN: 2339-2592, 2013.

[2] E. Obata and H. Watanabe, Measurement of particle sizes by fluidization, Encyclopedia of Fluid Mechanics, vol. 4, Gulf Publishing, Houston, pp. 221–

236, 1986.

[3] E. Obata, H. Watanabe and N. Endo, Measurement of size and size distribution of particles by fluidization, Journal of Chemical Engineering of Japan, 15, 23–

28, 1982.

[4] E. Obata and K. Ando, Particle size measurements by fluidization: From laminar flow region to the turbulent flow region, Encyclopedia of Fluid Mechanics, Supplement 2, Gulf Publishing, Houston, pp. 169–189, 1993.

[5] E. Obata, Y. Ohira and M. Ohta, New measurement of particle size distribution by buoyancy weighing–bar method, Powder Technology, 196, 163–168, 2009.

[6] Fajar. Berkah dan Drajat Indah. Kajian Eksperimental Kecepatan Pemisahan (Velocity Creaming) Biodiesel/Gliserin Terhadap Konsentrasi Tetesan (Droplet Consentration), Jurnal Universitas Diponegoro, Vol.15, No:2, 2013.

[7] H. Minoshima, K. Matsushima and K. Shinohara, Experimental study on size distribution of granules prepared by spray drying: the case of a dispersed slurry containing binder, Kagaku Kogaku Ronbunshu, 31, 102–107, 2005.

[8] Hangar, P. Physical Measurements Training Manual. NAVAIR Port Richev.

United States, 2007.

[9] I.M Atadashi, M.K Aruoa and A. Abdul Aziz, Biodiesel Separation and Purifikasion : A Review, Journal of the Renewable Energy, 36, 437-443, 2011.

[10] Kartika. Ika Amalia, S. Yuliani, D. Ariono dan Sugiarto, Transesterifikasi in Situ Biji Jarak: Pengaruh Kadar Air dan Partikel Bahan Terhadap Rendemen dan Kualitas Rendemen, Agritech, 31(1) . 2011.

[11] K. Fukui, H. Yoshida, M. Shiba and Y. Tokunaga, Investigation about data reduction and sedimentation distance of sedimentation balance method, Journal of Chemical Engineering of Japan, 33, 393–399, 2000.

[12] M. Arakawa, G. Shimomura, A. Imamura, N. Yazawa, T. Yokoyama and N.

Kaya, A New apparatus for measuring particle size distribution based on centrifugal sedimentation, Journal of the Society of Materials Science of Japan, 33, 1141–1145, 1984.

[13] M. Kuriyama, H. Tokanai and E. Harada, Maximum stable drop size of pseudoplastic dispersed–phase in agitation dispersion, Kagaku Kogaku Ronbunshu, 26, 745–748, 2000.

[14] R. Tambun, K. Nakano, M. Shimadzu, Y. Ohira and E. Obata; Sizes Influences of Weighing Bar and Vessel in the Buoyancy Weighing-Bar Method on Floating Particle Size Distribution Measurements, Advanced Powder Technology, 23, 855-860, 2012.

[15] R. Tambun, T. Motoi, M. Shimadzu, Y. Ohira and E. Obata, Size distribution measurement of floating particles in the Allen region by a buoyancy weighing–

(48)

bar method, Advanced Powder Technology, 22, 548–552, 2011 .

[16] R. Tambun, Y. Ohira and E. Obata, Graphical analogy of particle size distribution among Andreasen pipette, settling balance, fluidization–curve and buoyancy weighing–bar methods, Proceeding of the 13^th Asia Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress, Taipei, Taiwan, 2010.

[17] R. Martini, Teknologi Proses Produksi Biodisel, Prospek Pengembangan Bio- Fuel Sebagai Substitusi Bahan Bakar Minyak, 2013.

[18] Rondang Tambun, Buku Ajar Teknologi Oleokimia, USU, Medan, 2006.

[19] Shahidi, F (editor), Bailey’s Industrial Oil and Fat Product, Volume 1-6, Edisi ke-6, A Wiley Interscience Publication, John Wiley & Sons, New York, 2005.

[20] S. Imam, Buchari, M. Bachri Amran dan A. Sulaiman, Ekstraksi dan Pemisahan Penisilin G dan Fenilasetat dengan Teknik Membran Cair Emulsi, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Jakarta : Jakarta, 2007.

[21] S. Odén, The size distribution of particles in soils and the experimental methods of obtaining them, Soil Science, 19, 1–35, 1925.

[22] Society of Chemical Engineering of Japan, Chemical Engineering Handbook, 5^th edition, Maruzen, Tokyo, Japan, pp. 224–231, 1988.

[23] S. Saka and D. Kusdiana, Biodiesel Fuel From Oil as Prepared in Supercritical Methanol, , Journal of the fuel, 80, 225-231, 2001.

[24] Standar Nasional Indonesia. “Biodiesel”. Badan Standardisasi Nasional. 2006.

[25] Szulczyk, Kenneth R. and Bruce A. McCarl. “Market Penetration of Biodiesel”. International Journal of Energy and Environment, 1(1) : 53-68.

2010.

[26] T. Allen, Particle Size Measurement, Fourth edition, Chapman and Hall, London, pp. 345–355, 1990.

[27] T. Motoi, Y. Ohira and E. Obata, Measurement of the floating particle size distribution by buoyancy weighing–bar method, Powder Technology, 201, 283–288, 2010.

[28] Y. Ohira, H. Takahashi, M. Takahashi and K. Ando, Wall heat transfer in a double-tube coal-slurry bubble column, Kagaku Kogaku Ronbunshu, 30, 360–

367, 2004.

[29] Y. Ohira, R. Tambun, M. Shimadzu and E. Obata, Buoyancy weighing-bar method: A particle size distribution measurement using new settling method, Journal of the Sedimentological Society of Japan, 69, 17-26, 2010.

[30] Young, H. D. Fisika Universitas Jilid 1. Erlangga. Jakarta, 2002.

(49)

33

LAMPIRAN 1 ALAT DAN BAHAN

2.1 BATANG ALUMUNIUM

Gambar L2.1 Batang Alumunium

2.2 BATANG PENGADUK

Gambar L2.2 Batang Pengaduk

(50)

2.3 BAHAN BAKU

Gambar L2.3 Bahan Baku

2.4 RANGKAIAN PERALATAN

Gambar L2.4 Rangkaian Peralatan