BAB II LANDASAN TEORI

(1)

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Biodiesel

Biodiesel adalah sumber energi alternatif pengganti solar. Biodiesel dapat dibuat dari minyak nabati yang dihasilkan oleh tumbuhan seperti jarak pagar, kelapa sawit, tebu, dll.

Minyak nabati adalah bahan baku yang umum digunakan di dunia untuk menghasilkan biodiesel. Penggunaan minyak nabati sebagai bahan bakar pada motor bakar pertama kali dilakukan oleh Rudolf Diesel pada tahun 1990 pada saat mendemonstrasikan mesinnya di World Exhibition di

Paris menggunakan minyak nabati yang berasal dari kacang tanah[2]_.

Gagasan awal dari perkembangan biodiesel adalah dari suatu kenyataan yang terjadi di Amerika pada pertengahan tahun 1980-an ketika petani kedelai kebingungan memasarkan kelebihan produk kedelainya serta anjloknya harga di pasar. Dengan bantuan ilmu pengetahuan yang berkembang saat itu serta dukungan pemerintah setempat, mereka mampu membuat bahan bakar diesel yang lebih dikenal dengan biodiesel. Produk biodiesel ini mereka gunakan sebagai bahan bakar alat pertanian dan transportasi mereka[2]_.

Berdasarkan penelitian yang dilakukan, para ahli telah menyimpulkan bahwa bahan bakar biodiesel memiliki sifat fisika dan kimia yang hampir sama dengan bahan bakar diesel konvensional dan juga memiliki nilai energi yang hampir setara tanpa melakukan modifikasi pada mesin diesel.

Biodiesel memiliki kelebihan dalam melakukan kendali kontrol polusi dibandingkan dengan solar, karena biodiesel tidak mengandung sulfur bebas dan memiliki gas buangan dengan kadar pengotor yang

(2)

rendah dan dapat didegradasi. sehingga emisi gas buang yang dihasilkan oleh biodiesel lebih rendah.

2.1.1. Keunggulan Biodiesel

Biodiesel yang dibuat dari minyak nabati memiliki banyak keunggulan dibandingkan solar atau bahan bakar diesel lainnya, diantaranya:

1. Merupakan bahan bakar yang renewable. 2. Tidak dapat dikonsumsi oleh mahluk hidup. 3. Bahan baku mudah didapat.

4. Mudah untuk disimpan dan digunakan.

Bahan bakar diesel yang bagus diharapkan relatif mudah terbakar sendiri (tanpa harus dipicu oleh letikan api busi) jika disemprotkan ke dalam udara panas bertekanan di dalam ruang bakar. Tolak ukur dari sifat ini adalah angka cetane. Bahan bakar yang sangat mudah terbakar sendiri diberi angka cetane 100, sedangkan yang sangat sulit terbakar sendiri diberi angka cetane 0[2]_.

2.1.2. Karakteristik Minyak Diesel

Angka cetane yang baik untuk minyak diesel adalah lebih besar dari

30 dengan viskositas yang tidak terlalu tinggi[2]_{supaya pembakaran yang}

terjadi di dalamnya lebih sempurna. Minyak diesel diharapkan memiliki kekentalan yang relatif rendah agar mudah mengalir melalui pompa injeksi. Untuk keselamatan selama penanganan dan penyimpanan, titik nyala harus cukup tinggi agar tehindar dari bahaya kebakaran pada suhu kamar. Kadar belerang dapat menyebabkan terjadinya keausan pada dinding silinder.

(3)

Pada tabel 2.1 di bawah ini adalah sifat atau persyaratan bahan bakar diesel pada 3 mesin dengan kecepatan putaran yang berbeda berdasarkan standar ASTM D-975, 1991:

Tabel 2.1. Persyaratan mutu minyak diesel berdasarkan American Society for Testing and Material (ASTM) D-975, 1991

Parameter

Jenis Minyak Diesel High speed engine Industrial engine Low and medium speed engine Cetane number ≥ 40 ≥ 40 ≥ 30 Boilling point, oC 288 288 - 338 - Viscosity in 38oC, mm2/s 1,4 – 2,5 2,0 – 4,3 5,8 – 26,4 Flash point, oC ≥ 38 ≥ 52 ≥ 55

Sulfur content, % weight ≤ 0,50 ≤ 0,50 ≤ 2,00 Water and sedimen

content, % volume ≤ 0,05 ≤ 0,05 ≤ 0,50

Ash content, % weight ≤ 0,01 ≤ 0,01 ≤ 0,1 Ramsbottom carbon

residue in 10% destilation residue, % mass

≤ 0,15 ≤ 0,35 -

2.2. Jarak Pagar (Jathropa Curcas)

Buah jarak pagar atau dalam bahasa latin disebut Jatropha Curcas merupakan salah satu tumbuhan yang sangat berpotensi untuk diproses menjadi biodiesel. Tanaman ini berasal dari Afrika selatan, dan sudah

dikenal oleh bangsa Indonesia sejak dekade 40-an[2]_{saat penjajah jepang}

menggunakan minyak jarak untuk penerangan di rumah-rumah dan sumber energi untuk menggerakkan alat-alat perang.

(4)

Tanaman jarak pagar lebih tepat untuk diproses menjadi biodiesel dibandingkan dengan tanaman lain, selain karena jarak pagar adalah tanaman yang bersifat non edible (tidak dapat dikonsumsi), juga karena tidak bersaing dengan pemanfaatan lain (misalnya jika dibandingkan dengan kelapa sawit dan tebu).

Tanaman jarak pagar ini selain relatif mudah ditanam, toleransinya tinggi terhadap berbagai jenis tanah dan iklim, juga dapat hidup sampai 50 tahun, dengan tinggi yang bisa mencapai 6 meter. Jarak pagar dapat ditanam pada tanah normal dengan jarak tanam 2x2 meter yang jumlah tanamannya per hektar berkisar 2.500 tanaman, dan produksi biji per pohon per tahun adalah ± 5 kg[2]_.

Jarak pagar memiliki ciri-ciri daun yang berwarna hijau dengan panjang 15 cm dan lebar 6 cm. Daun tanaman ini tersebar di sepanjang batang. Permukaan atas dan bawah daun berwarna hijau, tetapi permukaan bawah lebih pucat dari permukaan atas. Tulang daun menjari dengan 5-7 tulang utama. Panjang tangkai daun sekitar 14-15 cm. Bunga tanaman ini berupa bunga majemuk berbentuk malai, berwarna kuning kehijauan, berkelamin tunggal, dan berumah 1. Baik bunga jantan maupun betina tersusun dalam rangkaian berbentuk cawan. Bunga ini muncul di ujung batang atau di ketiak daun. Kelopak bunga berjumlah 5 dan berbentuk bulat telur[2]_.

Buahnya terdapat pada ujung rantingnya, tiap ranting biasanya tumbuh 5 sampai 20 buah jarak. Buah jarak pagar memiliki bentuk lonjong dengan panjang 40 mm. Buah ini berwarna hijau ketika masih muda, dan kuning jika sudah masak. Buah terbagi menjadi 3 ruang, masing-masing ruang berisi 1 biji jarak pagar. Biji jarak pagar berwarna coklat kehitaman dan berbentuk lonjong dengan ukuran rata-rata panjang 18 mm, lebar 12 mm, dan tebal 10 mm[3].

Di bawah ini merupakan salah satu contoh foto dari tanaman jarak pagar, buah yang dihasilkan, dan biji yang akan diproses menjadi crude oil:

(5)

Gambar 2.1 Pohon jarak pagar[3]

Gambar 2.2 Buah jarak pagar[3] _{Gambar 2.3 Biji jarak pagar}

Karakteristik minyak biodiesel yang dihasilkan oleh biji jarak pagar dibandingkan dengan standar Eropa untuk biodiesel dapat dilihat pada tabel 2.2 berikut:

(6)

Tabel 2.2. Karakteristik biodiesel dari jarak pagar berdasarkan standar Eropa (Wahyuwono, 2006)

Parameter Unit Jatropha

Biodiesel

European Standard Density gr.cm3 at 20oC 0,879 0,860 – 0,900

Flash Point oC 191 > 101

Cetane Number ISO 5165 57 – 62 > 51 Viscosity mm2/s at 40oC 4,2 3,5 – 5

Nett Cal. Value MJ/L 32,80 -

Iodine number 95 – 106 < 120

Sulphated ash 0,014 < 0,02

Carbon Residue 0,025 < 0,3

2.3. Proses Pembuatan Crude Oil

Proses pengolahan biji jarak menjadi crude oil harus melalui beberapa tahapan, yaitu:

1. Biji jarak dikeringkan menggunakan alat pengering atau dijemur di bawah sinar matahari sampai cukup kering (sebaiknya sampai

kandungan air di dalamnya dibawah 0,08%[3]_{, karena kandungan air}

yang masih tinggi akan berpengaruh pada kualitas minyak). 2. Biji jarak dikupas dari kulitnya.

3. Biji jarak dibersihkan dari kotoran-kotoran yang menempel.

4. Biji jarak yang telah dikupas diperas menggunakan mesin press hingga minyaknya keluar.

5. Tahap ini menghasilkan crude oil yang selanjutnya akan diproses menjadi Pure Plant Oil (PPO).

(7)

Adapun perbedaan antara crude oil dan pure plant oil dapat dilihat dengan jelas pada gambar 2.4 dan 2.5 di bawah ini:

2.4. Proses Pemerasan Biji Jarak Pagar

Proses pemerasan terbagi menjadi 2 berdasarkan cara kerjanya, yaitu pemerasan kimia dan pemerasan mekanik. Pemerasan kimia menggunakan bahan-bahan kimia seperti pelarut, sedangkan pemerasan mekanik menggunakan alat-alat mekanik seperti screw press dan ram press.

Pemerasan biji jarak secara mekanik berdasarkan keberlangsungan prosesnya dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitu:

1. Pemerasan batch: kernel biji jarak yang telah digiling dimasukkan ke dalam pemeras, minyak yang dihasilkan ditampung, kemudian sisa kernel biji jarak yang tidak dapat diperas lagi (bungkil) dibersihkan dari alat pemeras. Setiap tahap pemerasan biji yang menghasilkan minyak akan selalu diiringi dengan pembuangan bungkil. Salah satu alat pemeras yang termasuk kategori ini adalah dengan menggunakan ram press.

2. Pemerasan kontinyu: kernel biji jarak dimasukkan ke dalam alat pemeras, kemudian minyak yang dihasilkan ditampung dan bungkil keluar melalui saluran pembuangan. Contoh alat yang menggunakan pemerasan kontinyu adalah screw press.

Gambar 2.4. Crude Oil Gambar 2.5. Pure Plant Oil

(8)

Terdapat 5 metode umum yang digunakan untuk mengekstraksi minyak dari biji. Metode-metode tersebut dapat dilihat pada tabel 2.3 berikut:

Tabel 2.3. Beberapa teknologi pengolahan minyak biji (J. Uziak and I. A. Loukanov, 2007)

Technology description capacity

Solvent Method

Industrial technology; oil seeds rolled to reduce them to flakes. Which are dissolved in a solvent that axtracts the oil. 120 tones/day Intermediate (screw expellers) technology

Power-driven technology; oil seeds continously fed, pre-heated, crashed and pressed to expel oil as it passes through the machine.

90kg/hour

Oil-plate method

Plunger/cylinder presses; either screw-operated or hydraulically screw-operated.

15kg/batch

Indigenous methods

Traditional domestic method; pounding, boiling and skimming.

Few kg per day

Lever-operated Ram Press

Manually operated mechanical press. Seeds are fed continously, and oil separates from cake.

55kg/shift

Dari beberapa metode di atas, ram press adalah teknologi yang paling sesuai untuk pemerasan biji jarak dalam skala kecil. Metode ram press adalah metode pemerasan biji jarak dengan menggunakan mesin yang dioperasikan secara manual dengan memperbolehkan pengisian biji secara kontinyu tanpa menghentikan proses pemerasan.

(9)

2.5. Ram Press

Ram press telah digunakan untuk pengolahan minyak nabati dalam

2 dasawarsa terakhir[2]_{. Teknologi ini berdasar pada tekanan mekanis yang}

dioperasikan secara manual dengan menggunakan mekanisme poros- engkol yang memakai 2 konfigurasi yang berbeda. Mekanisme tersebut dapat dilihat pada gambar 2.6 di bawah ini:

Gambar 2.6. Mekanisme ram press

Sistem ini terdiri dari lengan momen (1), batang penarik (2), pengepress (3), dan silinder tempat mengepress (4). Pusat kinematika dari sistem ini adalah titik A yang menjadi sumbu gerak.

Berdasarkan prinsip mekanika dan kinematika, dengan memberikan gaya F di titik C akan dihasilkan gaya reaksi R pada pengepress. Dengan

nilai R yang didapat dari hasil percobaan, maka ℓ1 dapat diperoleh melalui

persamaan-persamaan berikut:

Persamaan kesetimbangan momen pada batang 1: ƩMA = 0 - (FB . sin β) . ℓ2 – FC . (ℓ1 + ℓ2) = 0 FC . (ℓ1 + ℓ2) = - (FB . sin β) . ℓ2

(10)

FC . ℓ1 + FC . ℓ2 = - (FB . sin β) . ℓ2

FC . ℓ1 = - (FB . sin β) . ℓ2 - FC . ℓ2

ℓ1 =

( ) –

Untuk mendapatkan hasil yang optimal, sebelumnya harus terlebih dahulu melakukan percobaan awal proses ekstraksi biji jarak pagar. Percobaan ini bertujuan untuk mencari nilai tekanan minimum yang dibutuhkan untuk mengepress biji jarak sampai minyak di dalamnya keluar. Nilai tekanan minimum ini akan digunakan sebagai acuan untuk merancang alat pengepress mekanik biji jarak pagar.

2.6. Gaya-Gaya Pada Batang

Untuk menentukan gaya-gaya yang terjadi pada batang, dilakukan perhitungan dengan menggunakan metoda diagram benda bebas seperti gambar 2.7 di bawah ini:

Gambar 2.7. Diagram benda bebas

Setelah diagram benda bebas digambarkan, selanjutnya masing-masing gaya digambarkan secara terpisah seperti gambar 2.8 di bawah ini:

(11)

(12)

2.8. Kekuatan Sambungan Las

Dalam pembuatan hand press ini terdapat beberapa bagian yang disambung dengan menggunakan proses pengelasan. Terdapat 2 jenis sambungan pengelasan yang dilakukan, yaitu fillet weld dan butt joint. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.9 dan 2.10 di bawah ini:

Gambar 2.9. Fillet weld

Gambar 2.10. Butt Joint

Agar pengelasan yang dilakukan kuat, maka tegangan yang terjadi pada sambungan harus dihitung, sehingga tinggi lasan dapat ditentukan. Syarat agar lasan tidak rusak saat terjadi tegangan geser yaitu tegangan

(13)

geser yang terjadi tidak boleh lebih besar dari tegangan geser yang diizinkan.

Tegangan Geser yang terjadi pada welding :