No. 28 Vol.1 Thn. XIV November 2007 ISSN: 0854-8471
TeknikA
1
KAJI EKSPERIMENTAL EMISI GAS BUANG MOTOR BAKAR DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR
BIODIESEL CPO SAWIT DAN SOLAR
Oleh : Adly Havendri
Abstrak
Biodiesel adalah alternatif bahan bakar pengganti Bahan Bakar Minyak (BBM) khususnya minyak diesel yang dibuat dari bahan dasar minyak nabati. Salah satu biodiesel tersebut dihasilkan dari proses pengolahan CPO sawit. Dalam prakteknya, biodiesel CPO sawit sering digunakan dengan cara membuat BBM campuran biodiesel CPO sawit dengan solar.
Untuk mendapatkan komposisi campuran yang baik dari penggunaan bahan bakar campuran biodiesel sawit dengan solar, perlu dilakukan penelitian tentang emisi gas-gas berbahaya dari buangan motor diesel tersebut, meliputi kandungan SO2 , CO, CO2, NOx, dan HC. Di dalam
penelitian ini dibuat beberapa variasi campuran bahan bakar biodiesel-solar, kemudian dilakukan pengukuran kandungan gas buang pada tiap-tiap campuran, dan hasilnya dibandingkan dengan penggunaan solar murni serta standar emisi gas buang yang berlaku.
1. PENDAHULUAN
Memasuki abad ke 21, dunia mulai mengalami krisis energi terutama energi yang berasal dari bahan bakar fosil. Dimana cadangan bahan bakar yang masih tersisa di dalam bumi hampir tidak mampu mencukupi permintaan masyarakat akan energi yang terus meningkat dari hari ke hari. Cadangan bahan bakar fosil yang semakin berkurang tentu saja berakibat pada peningkatan harga bahan bakar tersebut. Apalagi bahan bakar fosil termasuk ke dalam kelompok energi yang tak terbaharukan atau unrenewable energy yang berarti energi jenis ini dapat habis pada suatu waktu.
Penggunaan bahan bakar yang terus meningkat memberikan dampak negatif pada lingkungan yaitu tingginya tingkat pencemaran di udara akibat emisi hasil proses pembakaran bahan bakar fosil. Emisi berupa partikulat (debu, timah hitam) dan gas (CO, NO, SO, H2S) dapat menyebabkan gangguan kesehatan dan kerusakan pada lingkungan.
Gambar 1.1 Cadangan minyak dunia Berbagai cara telah dilakukan untuk menemukan teknologi baru penghasil energi berbahan bakar alternatif yang terbaharui (renewable energy) dan
ramah lingkungan. Salah satu bentuk energi ini adalah biodiesel yang merupakan bahan bakar pengganti solar (Diesel Oil) pada mesin diesel.
Biodiesel dapat dibuat dari minyak nabati yang diperoleh dari tanaman seperti minyak sawit, jarak pagar, kacang kedelai, bunga matahari dan biji-bijian. Indonesia sebagai negara tropis merupakan salah satu negara penghasil kelapa sawit terbesar di dunia. Sehingga akan sangat menguntungkan apabila kita memanfaatkan kelebihan ini.
Biodiesel sangat ramah lingkungan karena gas buang hasil pembakarannya yang dilepaskan ke atmosphir akan diserap kembali oleh tumbuhan untuk keperluan proses fotosintesis. Biodiesel akan mengurangi emisi gas buang tanpa mengorbankan unjuk kerja dan efisiensi dari mesin.
Untuk mengetahui konsentrasi emisi gas buang yang dihasilkan oleh biodiesel berbahan dasar crude palm oil (CPO) sawit, dilakukanlah pengujian pada sebuah mesin Diesel. Gas buang yang dihasilkan diukur dengan menggunakan alat Quintox Flue Gas Analyser. Gas yang diukur terdiri atas CO, CO2,SO2, NOx, dan HC. Hasil pengukuran tersebut nantinya akan dibandingkan dengan hasil pengukuran gas buang yang didapatkan pada penggunaan 100% solar. Hal ini dilakukan untuk mengetahui bahan bakar mana yang emisinya lebih rendah dan campuran solar-biodiesel berapa yang layak untuk digunakan sebagai bahan bakar minyak.
TUJUAN DAN MANFAAT
Mengukur konsentrasi gas buang yang dihasilkan oleh mesin diesel pada saat menggunakan bahan bakar 100% solar dan pada saat menggunakan campuran solar dan biodiesel dengan berbagai variasi . Kemudian membandingkan hasil yang didapat dari pengukuran tersebut untuk mengetahui campuran bahan bakar mana yang lebih rendah emisinya.
TeknikA
2
bahan bakar minyak pengganti solar, jika ditinjaudari emisi gas buangnya.
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Motor Diesel
Pada motor bakar Diesel terjadi penyalaan sendiri karena bahan bakar disemprotkan ke udara yang telah bertemperatur dan bertekanan tinggi.
Berbeda dengan motor bakar bensin, motor bakar Diesel, pada langkah hisap hanya udara segar saja yang masuk ke dalam silinder. Saat torak hampir mencapai Titik Mati Atas (TMA), bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder dan terjadilah penyalaan. Proses penyalan akan menyebabkan terjadinya pembakaran jika tekanan udara di dalam silinder tinggi.
Kondisi diatas dapat tercapai apabila digunakan perbandingan kompresi yang cukup tinggi, dimana nilainya berkisar antara 12 sampai 25. Perbandingan kompresi yang rendah pada umumnya digunakan pada motor bakar Diesel berukuran besar dengan putaran rendah. Perbandingan kompresi yang tinggi banyak dipakai pada motor bakar Diesel berukuran kecil dengan putaran tinggi (4000 rpm).
2.2 Biodiesel
Biodiesel adalah energi alternatif ramah lingkungan yang dapat dibuat dari minyak tumbuh-tumbuhan, lemak hewan, dan sisa dari minyak atau lemak (misalnya sisa minyak penggorengan). Bila dibandingkan dengan bahan bakar solar, biodiesel memiliki beberapa kelebihan yaitu:
• Merupakan bahan bakar yang tidak beracun dan dapat dibiodegradasi (lebih mudah terurai oleh mikroorganisme)
• Mempunyai bilangan setana yang tinggi
• Mengurangi emisi tanpa mengorbankan unjuk kerja dan efisiensi mesin. Penggunaan 100% biodiesel akan: menurunkan emisi CO2 sampai 100%, menurunkan emisi SO2 sampai 100%, menurunkan emisi CO antara 10-50%, dan menurunkan emisi HC antara 10-50% oksida
• Meningkatkan nilai produk pertanian Indonesia
• Memungkinkan diproduksi dalam skala kecil dan menengah
Biodiesel didapatkan dengan mereaksikan minyak tanaman dengan alkohol menggunakan zat basa sebagai katalis pada suhu dan komposisi tertentu, sehingga akan dihasilkan larutan yang berbentuk senyawa ester yaitu alkyl ester (methyl atau ethyl ester)dan glyserin. Proses pereaksian tersebut biasa disebut dengan Proses Transesterifikasi.
Biodiesel dari minyak tanaman dapat langsung dipergunakan sebagai bahan bakar mesin ataupun dicampur terlebih dahulu dengan solar sebelum digunakan. Biodiesel murni (tanpa campuran solar) biasa dikenal dengan istilah B100. Biodiesel jenis ini dapat digunakan pada mesin setelah mesin dimodifikasi. Sedangkan biodiesel yang dicampur
solar dengan kadar tertentu dapat dipergunakan langsung tanpa harus memodifikasi mesin. Biodiesel campur biasa dikenal dengan istilah B5, B10, B15, B20, B25, tergantung pada persentase biodiesel yang digunakan. Misalnya B5, angka 5 dibelakang huruf B berarti 5% biodiesel ditambah 95% solar. Semakin tinggi persentase biodiesel terhadap solar maka keunggulan biodiesel terhadap mesin semakin meningkat.
2.3 Emisi Gas Buang Motor Diesel 2.3.1 Jenis Gas Buang
Bahan pencemar (polutan) yang berasal dari gas buang mesin dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori sebagai berikut:
1. Sumber
Berdasarkan sumbernya polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder. Polutan primer seperti sulfur oksida (SOx), nitrogen oksida (NOx), dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Polutan sekunder contohnya ozon (O3).
2. Komposisi kimia
Berdasarkan komposisi kimianya polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen dan nitrogen. Polutan inorganik contohnya karbon monoksida (CO).
3. Bahan penyusun
Berdasarkan bahan penyusunnya polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan dan cairan seperti debu dan asap. Partikulat dapat bertahan di atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan bercampur dengan udara bebas.
2.3.1.1 Partikulat
Polutan partikulat yang berasal dari buangan mesin umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa padatan tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar minyak yang berkomposisikan senyawa organik hidrokarbon. Partikel asap mempunyai diameter berkisar 0.5 – 1
m.
2.3.1.2 Hidrokarbon (HC)
Sesuai dengan namanya, komponen hidrokarbon hanya terdiri dari elemen hidrogen dan karbon. Pelepasan hidrokarbon dari kendaraan bermotor disebabkan oleh pembakaran bahan bakar minyak yang tidak sempurna.
2.3.1.3 Karbon monoksida (CO)
No. 28
monoks salah sa 1. Pem oleh du sulfur d dan ked mempu terbaka merupa
2.3.1.5 Nitr yang te okside Umumn dan efi 20% d CO2 se 47%. S menuru emisi S antara 1 50%.
3. MET
3.1 Per Pera motor D diesel d
Ga
3.2 Ala Ala terdiri d
• Qu
8 Vol.1 Thn
sida yang terd atu proses berik mbakaran tidak mponen yang m aksi antara ka ng mengandun da suhu ting enjadi karbon m
Sulfur okside usi oleh sulfu ua komponen g
diokside (SO2 duanya disebut unyai karakteri ar di udara, akan komponen
Nitrogen oks rogen oksida erdapat di atmo (NO) dan nya oksida sida (NO), d da (NO2).
Gas Buang pa ggunaan bio rangi emisi tan siensi dari me apat menguran ebanyak 21%, d edangkan peng unkan emisi CO
SO2 sampai 1 10-50% dan m
TODOLOGI
ralatan Pengu angkat penguji Diesel Chang dapat dilihat pa
ambar 3.1 Mo
at Ukur at ukur yang d dari:
uintox Flue Gas
n. XIV Nove
dapat di alam kut:
k lengkap terh mengandung k arbon diokside ng karbon pada ggi, karbon monokside dan
e (SOx) ur okside terut
gas yang tidak 2) dan sulfur t sebagai SOx istik bau yang
sedangkan n yang tidak re
sida (NOx) (NOx) adalah osfer yang terd
nitrogen d nitrogen berb dan sejumlah
ada Biodiesel odiesel pada
npa mengorban esin. Biodiesel
ngi partikulat dan total hidro ggunaan biodie O2 sampai 100 100%, menuru
enurunkan em
ujian
ian yang akan d Chai SX 175 ada gambar 3. 1
otor Diesel Cha
digunakan dala
s Analyzer
ember 2007
m terbentuk d
adap karbon at karbon.
e dan kompon suhu tinggi. diokside teru n O.
tama disebabk k berwarna yai triokside (SO x. Sulfur dioksi
tajam dan tid sulfur trioksi aktif.
h kelompok g diri dari gas nit diokside (NO bentuk nitrog kecil nitrog
mesin dap nkan unjuk ke l pada campur sebanyak 30 okarbon sebany esel 100% dap 0%, menurunk unkan emisi C
isi HC antara 1
digunakan adal 5. Skema mo
1 di bawah ini
ang Chai SX
am pengujian
Quintox Flue digunakan un buang yang menggunakan saringan parti gas buang m untuk menguk (NO dan NO analyzer d memiliki ujun yang dapat di berdiameter pengukuran y pada handset (
Tachometer Neraca Gaya
Gambar 3.2
Parameter ya Parameter yan ah konsentrasi 2, NOx (NO da
Prosedur Pen Prosedur pengu edur sebagai b
Menstater mesin
Panaskan mesin et mesin pada ang diinginkan Hidupkan ala Analyzer”. Bia
tomatis agar se etelah kalibra jung probe yan ampling yaitu p etelah bebera engukuran yan embacaan untu Ulangi langkah ariasi campu erbeda
IS
Gas Analyze ntuk menguku dihasilkan ole oksigen, sa ikel untuk men mesin. Alat in
kur konsentra O2), SO2, O2 dilengkapi de ng yang runcing
ipakai dalam l 8mm samp yang didapatka (remote monito
Quintox Flue
ang Diuji ng akan diuku
i gas buang ya an NO2), SO2,
ngujian ujian gas buan berikut :
n
n selama 15 me putaran dan p n
at ukur ”Qu arkan alat m ensor disetel ke asi otomatis ng runcing pad pada knalpot m apa menit, ba
ng didapatkan uk data yang sa h-langkah peng uran biodiesel
SSN: 0854-8
er adalah alat ur konsentras eh mesin. Al aringan sulfur,
ndeteksi kandu ni dapat digu asi CO, CO2,
2, dan HC. engan probe
g (depth stone lubang-lubang pai 21mm. an akan ditamp
or).
e Gas Analyzer
ur dalam peng ang terdiri dar
dan HC.
ng dilakukan d
enit
pembebanan ko
uintox Flue melakukan kal
e nol
komplit, let da titik pengam mesin
aca dan catat n (lakukan tiga
ama)
gujian diatas l CPO-solar
8471
unakan NOx pilkanr
gujian ri CO,
dengan
onstan
Gas librasi
takkan mbilan
hasil a kali
4. HAS grafik, variasi konsent
SIL DAN PEM
dasarkan ha ah grafik ant
el mulai dar trasi gas buang HC, CO, dan C
dapat diketa campuran so trasi gas buang
ntrasi NOx vs v
Gambar 4.1 Gr variasi cam
nsentrasi NOx unaan solar
ran solar-biod sangat signifik asilkan 22,567 penggunaan asilkan 47,905 l didapatkan pa r 36,333 ppm t 60,333 pp ran B70. Dari semakin bany campuran m kan akan semak
yang digunak trasi NOx yan ran solar-biodi maksimal yang d
MBAHASAN
sil pengukura tara variasi c ri B0 sampai g mesin yang CO2. Setelah d
ahui pengaruh olar biodiesel t g yang dihasilk
variasi bahan
rafik konsentra mpuran bahan
x yang dihas dan pada sa iesel menunju kan. Pengguna ppm NOx saja campuran 5 ppm NOx. K
ada penggunaa m dan konsent pm yaitu pa i hasil ini da yak biodiesel maka konsentr kin tinggi. Diti kan, dapat d ng dihasilkan p iesel berada d diizinkan yaitu
an yang didap campuran sol i B70 terhad terdiri dari NO dilakukan anal h masing-masi tersebut terhad kan
bakar
asi NOx vs bakar
ilkan pada s aat pengguna ukkan perbeda aan solar han a sedangkan ra solar-biodie Konsentrasi N an campuran B
trasi terbesarn ada pengguna apat disimpulk yang digunak rasi NOx ya injau dari stand dikatakan bah
pada pengguna diatas konsentr u 32 ppm.
nsentrasiSO2 v
Gambar 4.2 va
Secara teoritis puran bahan nimbulkan emi g didapatka ggunaan biodie aupun jumlahn 2 pada penggun asilkan pada esar 27,667 pp
konsentrasi ra ggunaan biodie 2 terkecil dih esar 4,333 ppm Ditinjau dari ggunaan biodi an bakar masih aupun begitu rankan meng ah 30%.
nsentrasi HC v
Gambar 4.3 va
Konsentrasi H ggunaan solar
vs variasi baha
2 Grafik konsen ariasi bahan ba
s penggunaan n bakar m isi SO2, nam an mempe esel tetap meng nya lebih sedi
naan solar. Ko penggunaan m. Jumlah ini ata-rata SO2 y esel yaitu 7,77 hasilkan pada m.
emisi SO2 esel sebagai c h layak dan am u, untuk pen
ggunakan cam
vs variasi baha
3 Grafik konse ariasi bahan bak
HC yang dih r dan pada
an bakar
ntrasi SO2 vs akar
n biodiesel se mesin tidak mun hasil peng rlihatkan b ghasilkan emis kit dari konse onsentrasi SO2 solar didap 72% lebih b ang dihasilkan 6 ppm.. Konse a penggunaan
yang dihas campuran di an untuk digun nggunaan kom mpuran biodies
an bakar
entrasi HCvs kar.
hasilkan pada saat pengg
ebagai akan gujian bahwa si SO2 entrasi 2 yang patkan anyak n pada entrasi B10
silkan, dalam nakan. mersil sel di
No. 28
kurangKonsen adalah yang m kurang tidak ad
8 Vol.1 Thn
ran solar-biod tidak terlalu asilkan 13 p unaan campuran
ppm HC. tkan pada peng
ppm dan ko ppm yaitu pad u dari standar kan bahwa p ran di dalam untuk digunaka trasi HC maks
a ingin digun kan untuk men
dari 30%. 4.3
ntasi CO vs va
Gambar 4 CO vs v
a penggunaan isi CO yang d ang dihasilka tkan sebesar 0, ang dihasilkan 0,026%. Cam menghasilkan
ingkan campu %.
ara umum pe bakar masih trasi CO yang trasi maksima n untuk pe kan menggu dari 30%. K da emisi CO ya
n. XIV Nove
iesel menunju signifikan. Pe pm HC seda n solar-biodies Konsentrasi ggunaan campu
nsentrasi terb da penggunaan r emisi yang d enggunaan bi bahan bakar m an karena berad
simal yang dii
nakan dalam nggunakan cam
ariasi bahan b
.4 Grafik kons variasi bahan b
campuran B1 dihasilkan atau an pada pe 002% dan kon n pada pengg mpuran B60 a konsentrasi C uran biodiese
enggunaan bio h aman dan g dihasilkan m l yang diizink enggunaan s unakan camp
arena pada ca ang dihasilkan.
ember 2007
ukkan perbeda enggunaan so angkan rata-r sel menghasilk
HC terke uran B20 sebe besarnya didap
n campuran B7 digunakan, dap iodiesel sebag masih layak d da jauh di baw zinkan yaitu 2
skala komer mpuran biodie
bakar
entrasi akar
0 dan B20 tid 0%. Konsentr enggunaan so nsentrasi rata-r gunaan biodie adalah campur CO paling ting
l lainnya ya
odiesel di dal n layak kare
masih di baw kan yaitu 0,05
ecara komer puran biodie ampuran terseb
.
mbar 4.5 Grafi variasi
Konsentrasi C ggunaan solar puran solar-bi g tidak terlal nghasilkan 1, ggunaan cam nghasilkan 0,9
ecil didapatkan esar 0,667% da 3% yaitu pa njau dari stan atakan bahwa
puran di dalam n untuk diguna sentrasi CO2 u 15%.
KESIMPULA
Setelah dilakuk si gas buang an bakar cam ar, didapatkan k Setelah diban yang berlaku biodiesel seba aman dan lay ambang batas dalam bahan NOx yang me 2.Untuk mend buang paling b daya yang dih campuran Bio
IS
vs variasi bah
ik konsentrasi i bahan bakar
CO2 yang dih r dan pada iodiesel menu lu signifikan.
367% CO2. mpuran solar-b
962% CO2. n pada penggu an konsentrasi ada penggunaa ndar emisi C penggunaan m bahan baka akan karena be maksimal teor
AN
kan perbanding yang dihasilka mpuran Biodie
kesimpulan seb ndingkan den u dapat dikata
agai campuran ak., karena be s yang diizin bakar mengh elebihi standar dapatkan kon baik dan tidak hasilkan, dianju
diesel CPO Sa
SSN: 0854-8
han bakar
CO2 vs
hasilkan pada saat pengg unjukkan perb Penggunaan sedangkan biodiesel, rat
Konsentrasi unaan campuran
terbesarnya di an campuran CO2 teoritis,
biodiesel se ar masih layak erada jauh di b ritis yang diiz
gan konsentras an pada pema sel CPO Sawi bagai berikut : ngan standar
akan pengg bahan bakar erada jauh dib nkan. campura hasilkan konse
emisi yang be senstrasi emis k terlalu mengu urkan menggu awit dibawah 3
8471
a saat unaan bedaan solar pada ta-rata CO2 n B30 idapat B70. dapat ebagai k dan bawah zinkan
TeknikA
6
DAFTAR PUSTAKA1. Trommelmans, J. 1993. Mesin Diesel, Prinsip-Prinsip Mesin Diesel Untuk Otomotif. PT. Rosda Jayaputra: Jakarta.
2. De Bruijn,L.A dan L. Muilwijk. 1985. Motor Bakar. PT. Bhratara Karya Aksara: Jakarta. 3. Keison. 1996. KM9106 Operators Manual. Kane
International Limited: United Kingdom.
4. Fajar, Rizqon dan Taufik Suryantoro. Efek Komposisi Biodiesel Terhadap Parameter Kualitas Bahan Bakar dan Unjuk Kerja Mesin. Balai Termodinamika, Motor Dan Propulsi BPP Teknologi: Jakarta.
5. Fajar, Rizqon. Prediksi Sifat Fisika Kimia Campuran Bahan Bakar Diesel dengan Model Sederhana. Balai Termodinamika, Motor dan Propulsi BPP Teknologi: Jakarta.
6. H. Soeradjaja, Tatang. 2005. Dua Hal Utama dalam Pemanfaatan Bahan Bakar Alternatif dari Minyak Tumbuhan. LIPI: Jakarta.
UCAPAN TERIMAKASIH :
Disampaikan kepada saudari Kartika Mashud dan Asisten Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin FTUA yang telah membantu melakukan penelitian ini.
BIODATA :
