ANALISIS SIFAT FISIS BIODIESEL B10, B20 DAN UJI EMISI GAS BUANG DARI TURUNAN MINYAK KEMIRI MELALUI TRANSESTERIFIKASI DENGAN KATALIS BASA KOH TESIS

(1)

ANALISIS SIFAT FISIS BIODIESEL B10, B20 DAN UJI EMISI GAS BUANG DARI TURUNAN

MINYAK KEMIRI MELALUI TRANSESTERIFIKASI DENGAN KATALIS BASA KOH

TESIS Oleh : JANUARIS PANE NIM : 087026034/FIS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N 2 0 1 0

(2)

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Ilmu Fisika pada Program Pasca Sarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara

Oleh : JANUARIS PANE NIM : 087026034/FIS

PROGRAM PASCA SARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2010

(3)

PENGESAHAN TESIS

Judul Tesis : ANALISIS SIFAT FISIS BIODIESEL B10, B20 DAN UJI EMISI GAS BUANG DARI TURUNAN MINYAK KEMIRI MELALUI RANSESTERIFIKASI DENGAN KATALIS BASA KOH

Nama : JANUARIS PANE

Nomor Pokok : 087026034

Program studi : Magister Ilmu Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Menyetujui, Komisi Pembimbing Dr. Marhaposan Situmorang Ketua Drs. Nimpan Bangun, MSc. Anggota

Ketua Program Studi

Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc. NIP. 195503171986011001

Dekan,

Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc. NIP. 195503171986011001

(4)

PERNYATAAN ORISINALITAS

ANALISIS SIFAT FISIS BIODIESEL B10, B20 DAN UJI EMISI GAS BUANG DARI TURUNAN MINYAK KEMIRI MELALUI RANSESTERIFIKASI

DENGAN KATALIS BASA KOH

TESIS

Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya Tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah

dijelaskan sumbernya dengan benar.

Medan, Juni 2010

JANUARIS PANE NIM : 087026034

(5)

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Januaris Pane

NIM : 087026034

Program Studi : Magister Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis

Demi pengembangan Ilmu Pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exxlusive

Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul :

ANALISIS SIFAT FISIS BIODIESEL B10, B20 DAN UJI EMISI GAS BUANG DARI TURUNAN MINYAK KEMIRI MELALUI RANSESTERIFIKASI DENGAN KATALIS BASA KOH

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media. Memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasi Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.

Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, Juni 2010

JANUARIS PANE 087026034

(6)

Telah diuji pada Tanggal : 14 Juni 2010

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Dr. Marhaposan Situmorang

Anggota : 1. Drs. Nimpan Bangun Msc

2. Prof Dr. Eddy Marlianto Msc

3. Prof Dr. Timbangen S. Msc

(7)

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama : Januaris Pane

Tempat dan Tanggal Lahir : Huta Gonting, 4 Januari 1959

Alamat Rumah : Jln. Tangguk Bahagia 2 No. 244 Blok II Griya

Martubung Medan

GryaTelepon/HP : 061-6841358 / 081370744689 Instansi Tempat Bekerja : SMA Laksamana Martadinata

Alamat Kantor : JL. Pertempuran No. 125 P. Brayan Medan

Telepon : 061-669100

DATA PENDIDIKAN

SD : Negeri Rinabolak Tamat : 1970

SMP : SMP Swasta Repelita Sihorbo Tamat : 1973

SMA : SMA Negeri Barus Tamat : 1976

Strata-1 : IKIP Negeri Medan Tamat : 1980

Strata-2 : Program Studi Magister Fisika Sekolah Pascasarjana Tamat : 2010 Universitas Sumatera Utara

(8)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmatNya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis ini dengan judul “Analisis Sifat Sifat Fisis Biodiesel B10, B20 Dan Uji Emisi Gas Buang Dari Turunan Minyak Kemiri Melalui Transesterifikasi Dengan Katalis Basa KOH”. Tesis ini merupakan tugas akhir penulis pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.

Pada kesempatan yang baik ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: Bapak Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM & H, Msc (CTM) Sp.A (K). dan Bapak Dekan Prof. Dr. Eddy Marlianto, Msc. Bapak Ketua dan Sekretaris Program Studi Ilmu Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc dan Drs. Nasir Saleh, M.Eng. yang juga sebagai staf pengajar yang penuh kesabaran, tidak putus-putusnya memotivasi sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Bapak Pembimbing Dr. Marhaposan Situmorang dan Drs. Nimpan Bangun, Msc. yang telah banyak mencurahkan ilmu dan buah pikiran dengan penuh kesabaran selama membimbing penulis dalam melaksanakan tugas akhir sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Pemerintah Provinsi Sumatera Utara yang telah memberikan biaya pendidikan selama penulis mengikuti pendidikan di Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara. Bapak Kepala SMA Swasta Laksamana Martadinata Ir. Rabukit Damanik, Bapak Suparman selaku Kepala Bengkel Auto 2000 yang memberikan fasilitas untuk menguji emisi gas buang dan rekan guru-guru yang telah banyak membantu dan memberikan sumbangan pikiran selama penulis mengikuti pendidikan.

Staf Pengajar pada sekolah Pascasarjana Program Studi Magister Ilmu Fisika Universitas Sumatera Utara khususnya. Rekan-rekan Mahasiswa Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara khususnya Program Studi Magister Ilmu Fisika angkatan 2008 dan seluruh Staf Administrasi Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara yang penuh kesabaran memberikan pelayanan yang terbaik. Secara khusus penulis mengucapkan terima kasih dan sayang yang mendalam istri tercinta Elprida E. br. Pasaribu yang senantiasa memberikan dorongan dengan penuh kesabaran, pengertian dan mendoakan keberhasilan

(9)

penulis dalam menyelesaikan studi ini. Terlebih lagi terima kasih dan sayang yang teramat dalam kepada ananda tersayang Boby Chandra S. Pane, Elya Putri br. S. Pane yang berkorban untuk selalu ditinggalkan selama penulis mengikuti studi.

Akhir kata penulis berharap semoga tesis ini bermanfaat bagi semua pihak, dan penulis menyadari masih banyak kekurangan dan kesalahan dalam tugas akhir ini kritik dan saran yang sifatnya membangun, penulis harapkan untuk perbaikan selanjutnya.

Medan, Juni 2010 Penulis,

(10)

ABSTRAK

Biodisel dari minyak kemiri belum banyak dilaporkan orang, karena itu perlu dikaji,proses pembuatan minyak kemiri dilakukan dengan cara menghaluskan terlebih dahulu kemudian dilakukan ektraksi dan menghasilkan larutan minyak kemiri. Larutan minyak kemiri dirotavavor dihasilkan minyak kemiri murni,kemudian dilakukan uji GC, minyak kemiri di transesterifikasi dengan menggunakan katalis basa KOH, dicampur dengan methanol, diadakan pencucian dengan air, diadakan pemisahan, dilakukan pemurnian didapatkan FAME (biodiesel), FAME ini dicampurkan dengan minyak solar pada perbandingan tertentu untuk B10 (10% FAME + 90% minyak solar) untuk B20 (20% FAME + 80% minyak solar). Dilakukan uji karakteristik untuk mengetahui apakah produk yang diperoleh memenuhi standar nasional Indonesia yang berlaku. Diperoleh hasil uji terhadap biodiesel B10, B20 sbb : densitas B10 0,819 gr/cm3 viskositas B10 3,99cSt B20 4,11cSt flash point B10 57 oC B20 58 oC cloud point B10 -0,4 o

C B20 4,5 oC

Kadar air B10 0,03% B20 0,09% bilangan iod B10 27,08 gI2/100 mg B20 36,22 gI2/100mg. Kemudian dilakukan uji emisi gas buang B10, B20, minyak solar dan hasilnya adalah : B10 16% B20 6,5% minyak solar 24,5% .

Kata kunci : ektraksi, rotavavor, transesterifikasi,karakteristik B10, B20 : densitas, viscositas, flash point, cloud point,kadar air, bilangan iod, emisi gas buang.

(11)

ANALISIS FISICAL,CEMICAL AND EXHAUSTED GAS EMISSION OF B10 AND B20 DERIVE FROM HAZELNUT OIL UNDER TRANESTERIFICATION

USE CATALYST KOH

ABSTRACT

Cundel nut oil wash found by several treating stepscore cundel nut was grainded that extracted using solven hexan. Hexan solution wash eva vorated to get oil said hazelnut oil.This oil characteristic using gc to know faty acid compotition.

The furder work, hazelnut oil was tranesterificate in metanol hexan for three hours have 65 oC katalisze KOH. resulting FAME, The FAME was severated and furified,by washing wich delute hidhrochlorid acid. FAME wash extraktic by hexan and then isolated after evavoration the FAME was use as fuel by consentration B10 and B20.the characteristic of B10 : density 0,819g/cm3 viscosity 3,99cSt flash point 57 oC cloud point -0,4 oC water content 0,03% Iodine number 27,8 gI2/100mg. then exhaust emission test B10 16% smiler word

on B20 : Density 0,829gr/cm3 viscosity 4,11cSt flash point 58 oC cloud point -4,5 oC Water 0,09% Iodine Number 36,22gI2/100mg then the exhaust emission

test B20 6,5% petrodiesel 24%

KeyWords : extraction, rotavavor, transesterification, B10, B20, characteristics :

density, viscosity, flash point, cloud point, watwer content, iodine number, exhaust gas emissions.

(12)

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN ORISINALITAS i

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ii

PENETAPAN PANITIA PENGUJI iii

DAFTAR RIWAYAT HIDUP iv

KATA PENGANTAR v

ABSTRAK vi

ABSTRACT vii

DAFTAR ISI viii

DAFTAR TABEL xi

DAFTAR GAMBAR xii

DAFTAR LAMPIRAN xiii

BAB I PENDAHULUAN 1 1.1.1. Latar Belakang 1 1.1.2. Batasan Masalah 2 1.2. Perumusan Masalah 2 1.3. Tujuan Penelitian 2 1.4. Hipotesis 3 1.5. Mamfaat Penelitian 3

BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN 4

2.1 Biodiesel 4

2.2 Bahan Baku Biodiesel 8

2.3 Tanaman Kemiri 11

2.4 Komponen Minyak Nabati 11

2.4.1 Trigliserida 11

(13)

2.5 Bahan Baku Untuk Proses Produksi Biodiesel 12

2.5.1 Alkohol 12 2.5.2 Katalis 13

2.6 Reaksi Transesterifikasi 14

2.6.1 Faktor faktor yang mempengaruhi reaksi

Transesterifikasi. 15 2.6.1.1 Pengaruh air dan kandungan asam lemak

bebas 15 2.6.1.2 Perbandingan molar alcohol dengan minyak

nabati 15 2.6.1.3 Jenis Katalis 15 2.6.1.4 Tempratur 16 2.6.1.5 Lama Reaksi 16 2.6.1.6 Pengadukan 16 2.6.1.7 Kosolvent Eter 16 2.7 Pembuatan B10 & B20 17 2.7.1 Pembuatan B10 17 2.7.2 Pembuatan B20 17

2.8 Emisi Gas Buang 17

2.8.1 Sumber 18

2.8.2 Komposisi Kimia 18

2.8.3 Bahan Penyusun 18

2.8.4 Partikulat 18

2.9 Jenis Emisi Gas Buang 19

2.9.1 Unburned Hydrocarbon (UHC) 19

2.9.2 Gas Karbon Monoksida (CO) 20

2.9.3 Nitrogen Oksida (NOx) 21

2.10 Pengendalian Emisi Gas Buang 21

2.10.1 Uji Emisi 22

2.10.2 Uji Emisi Motor Diesel 24

2.11 Sifat sifat fisik dari bahan bakar mesin diesel 25

2.11.1 Viskositas 25 2.11.2 Densitas 27 2.11.3 Flash Poit 27 2.11.4 Kadar air 28 2.11.5 Titik kabut 28 2.11.6 Titik tuang 28 2.11.7 Sisa Karbon 28

2.11.8 Nilai Kalor Bahan Bakar 29

2.11.9 Bilangan Cetana 29

2.11.10 Analisa Bilangan Iod 29

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu 32

3.2 Bahan dan Alat 32

(14)

3.2.2 Alat yang dibutuhkan 32

3.3 Rancangan penelitian 33

3.3.1 Pengolahan minyak kemiri 33

3.3.2 Pembuatan Biodiesel (FAME) 33

3.3.3 Pembuatan B10 & B20 34

3.4 Pelaksanaan Penelitian 34

3.4.1 Langkah Langkah Pembuatan Biodiesel Dengan

Reaksi Transesterifikasi 34

3.4.2 Reaksi Transesterifikasi dengan menggunakan

katalis KOH 35

3.4.2.1 Uji Gaskromatografi Minyak Kemiri 35 3.4.2.2 Mencampurkan katalis KOH dengan metahanol 36 3.4.2.3 Mencampur minyak kemiri dengan potassium

Metoxide dan Eter 37

3.4.2.4 Proses Pencucian 37

3.4.2.5 Proses Pemisahan Biodiesel dengan Gliserol 37 3.4.2.6 Proses Pemurnian Biodiesel 38

3.4.3 Pengujian sifat sifat fisik 38

3.4.3.1 Pengujian Densitas 38

3.4.3.2 Pengujian Viscositas 40

3.4.3.3 Pengujian Titik Nyala 43

3.4.3.4 Pengujian titik kabut 44

3.4.3.5 Pengujian kadar air 45

3.4.3.6 Pengujian Bilangan Iod 47

3.4.4 Proses Pembuatan B10 & B20 48 3.4.4.1 Prosedur kerja pembuatan B10 48 3.4.4.2 Prosedur Kerja Pembuatan B20 49 3.4.5 Prosedure kerja Emisi Gas Buang 50 3.4.5.1 Prosedure Emisi Gas Buang Minyak Solar 52 3.4.5.2 Prosedure emisi gas buang B10 54 3.4.5.3 Prosedure Emisi gas buang B20 55 BAB IV HASIL DAN PEMBAHANSAN

4.1 Hasil 57

4.1.1 Hasil Pengujian Densitas 57

4.1.2 Hasil Pengujian Viscositas 58

4.1.3 Hasil Pengujian Flash Point 59

4.1.4 Hasil Pengujian titik kabut 59

4.1.5 Hasil Pengujian Kadar Air 60

4.1.6 Hasil Pengujian Bilangan Iod 61

4.1.7 Hasil Pengujian Emisi Gas Buang 62

4.2 Pembahasan hasil pengujian 63

4.2.1 Pembahasan Hasil Pengujian Densitas 63 4.2.2 Pembahasan Hasil Pengujian Viscositas 64

(15)

4.2.3 Pembahasan Hasil Pengujian flash Point 65 4.2.4 Pembahasan Hasil Pengujian Cloud Point 66 4.2.5 Pembahasan Hasil Pengujian Kadar Air 67 4.2.6 Pembahasan Hasil Pengujian Bilangan Iod 67 4.2.7 PembahasanHasil Pengujian Emisi Gas Buang 68 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 70 5.2 Saran 70

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(16)

DAFTAR TABEL

Nomor

Tebel J u d u l Halaman

Tabel 2.1 Hasil pengukuran ganda emisi gas buang minyak solar 6

Tabel 2.2 Hasil pengukuran B10 6

Tabel 2.3 Hasil pengukuran B20 7

Tabel 2.4 Jenis tanaman baku biodiesel 10

Tabel 2.5 Jenis asam lemak yang terkandung dalam kemiri 11

Tabel 2.6 Efek Polutan 20

Tabel 2.7 Opasitas 25

Tabel 2.8 Karakteristik Biodiesel SNI 30

Tabel 2.9 Karakteristik Minyak Solar 31

Tabel 4.1 Hasil pengujian Densitas 63

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Viscositas 64

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Flash Point 65

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Cloud Point 66

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Kadar Air 67

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Bilangan Iod 68

(17)

DAFTAR GAMBAR GRAFIK

Nomor

Gambar J u d u l Halaman

Gambar 4.1 Grafik Densitas 57

Gambar 4.2 Grafik Viskositas 58

Gambar 4.3 Grafik flash Point 59

Gambar 4.4 Grafik Cloud Poimt (Titik Kabut) 60

Gambar 4.5 Grafik Kadar Air 61

Gambar 4.6 Grafik Bilangan Iod 62

(18)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Lampiran J u d u l Halaman

Gambar 3.1 Biji kemiri yang dihaluskan L-1

Gambar 3.2 Biji kemiri di Ektraksi L-1

Gambar 3.3 Minyak kemiri sedang di rotavavor L-2 Gambar 3.4 Minyak kemiri dicampur katalis KOH L-2 Gambar 3.5 Minyak kemiri dicampurPotassiumdan Eter L-3

Gambar 3.6 Proses Pencucian L-3

Gambar 3.7 Lapisan bawah giserol bercampur Air L-4 Gambar 3.8 Pemisahan biodiesel dengan gliserol L-4 Gambar 3.9 Gliserol dikeluarkan dari corong pisah L-5 Gambar 3.10 Biodiesel dicampur denganNa2SO4 L-5 Gambar 3.11 Biodiesel disaring untuk memisahkan Na2SO4 L-6 Gambar 3.12 Pemurnian biodiesel dari n-Hexan L-6

Gambar 3.13 Biodiesel di Destilasi L-7

Gambar 3.14 Piknometer L-7

Gambar 3.15 Visconometer L-8

Gambar 3.16 Flash Point Koechler K-16270 L-8

Gambar 3.17 Pengujian Cloud Point L-9

(19)

Gambar 3.19 Desikator L-10 Gambar 3.20 Sampel homogen setelah ditambah Wijs L-10 Gambar 3.21 Sampel ditambah 15% KI warna biru L-11 Gambar 3.22 Sampel ditambah Natrium thiosulfat L-11

Gambar 3.23 Biodiesl B10 L-12

Gambar 3.24 Biodiesel B20 L-12

Gambar 3.25 Smoke meter L-13

Gambar 3.26 Truk Dyna 110 PS Pengujian Emisi L-13 Gambar 3.27 Probe dipasang pada knalpot L-14

Gambar 3.28 Probe dipasang pada mesin L-14

Gambar 3.29 Pengjian emisi gas buang solar L-15 Gambar 3.30 Pengujian emisi gas buang B10 L-15