BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Biodiesel
2.1.1 Sejarah Penggunaan Bahan Bakar Alternatif Biodiesel
Sejarah biodiesel dimulai dipertengahan 1800-an, Transesterifikasi minyak sayur dilakukan pada awal 1853 oleh ilmuwan E. Duffy and J. Patrick, pada tahun sebelumnya mesin diesel ditemukan. Adalah mesin milik Rudolf Diesel's yang dijadikan model utama, sebuah mesin berukuran 10 ft (3 m) silinder besi dengan roda gaya pada bagian dasar, melaju pada saat pengoperasian pertamadi Augsburg, Germany, 10 Agustus 1893. Untuk mengenang hal ini, 10Agustus dideklarasikan sebagai Hari Biodiesel Internasional
Rudolf Diesel mendemonstrasikan sebuah mesin diesel yang berjalan dengan bahan bakar minyak kacang tanah (atas permintaan pemerintah Perancis) dibangun oleh French OttoCompany pada saat pameran dunia di Paris, Perancis pada tahun 1900. Mesin ini mendapatkan harga tertinggi. Mesin ini dijadikan prototipe Diesel's vision karena menggunakan tenaga minyak kacang tanah. Sebuah bahan bakar yang bukan termasuk biodiesel, karena tidak diproses secara transesterifikasi. Dia percaya bahwa penggunaan bahan bakar dengan biomassa merupakanmesin masa depan. Pada tahun 1912 pidato Diesel mengatakan, "penggunaan minyak nabati untuk bahan bakar mesin terlihat tidak menarik pada saat ini, akan tetapi menjadi hal yang sangat penting setara dengan petroleum dan produk batubara di masa depan".
dengan solar (bisa mencapai 100 kali lipat, misalkan pada Castor Oil). Oleh karena itu, penggunaan SVO secara langsung di dalam mesin diesel umumnya memerlukan modifikasi/tambahan peralatan khusus pada mesin, misalnya penambahan pemanas bahan bakar sebelum sistem pompa dan injektor bahan bakar untuk menurunkan harga viskositas. Viskositas (atau kekentalan) bahan bakar yang sangat tinggi akan menyulitkan pompa bahan bakar dalam mengalirkan bahan bakar ke ruang bakar. Aliran bahan bakar yang rendah akan menyulitkan terjadinya atomisasi bahan bakar yang baik. Buruknya atomisasi berkorelasi langsung dengan kualitas pembakaran, daya mesin, dan emisi gas buang.
Pada tahun 1920an, perusahaan mesin diesel mengutamakan pembuatan mesin dengan petrodiesel sebagai bahan bakar utama dimanamemiliki nilai viskositas rendah (berbahan bakar fosil), dibandingkan mesin untuk bahan bakar nabati. Industri petroleum dapat menentukan harga di pasar bahan bakar karena bahan bakar fosil lebih murah dari bahan bakar alternatif. Pada akhirnya, persaingan ini hampir menyebabkan infrastruktur produksi bahan bakar nabati hancur. Namun akhir akhir ini, karena terkait dampak lingkungan serta menurunnya harga bahan bakar nabati, bahan bakar nabati semakin diminati.
Disamping itu, ketertarikan penggunaan minyak nabati sebagai bahan bakar
dalampembakaraninternalmesindilaporkanolehbeberapaNegarapadatahun1920an d an 1930an serta pada akhir perang dunia ke-II. Belgia, Perancis, Itali, Inggris, Portugal, Jerman, Brazil, Argentina, Jepang dan Cina telah melaporkan pengujian
serta penggunaan minyaknabatisebagai
2.1.2 Definisi Biodiesel
Biodieseladalahbahanbakarmesindieselyangberupa ester mono alkil asam-asam lemak rantai panjang,yang diturunkan dari minyak tumbuh-tumbuhan atau lemak hewan.Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar alternatif ramah lingkungan,tidakmempunyaiefekterhadapkesehatandandapat dipakaisebagaibahanbakarkendaraanbermotorserta dapatlebih menurunkan emisi bila dibandingkan dengan minyak diesel. Biodiesel mempunyai sifat pembakaran yang serupa dengan minyaksolar,sehinggadapatdipergunakanlangsungpadamesin berbahan bakarminyaksolartanpamengubah mesin. Karakteristik dan standar biodiesel ditunjukkan pada tabel 2.1 di bawah ini.
Tabel 2.1 Karateristik dan standar biodiesel
Parameter Satuan
Kadar Ester Alkil %wt 96,56
Uji halpen Negatif
Sumber : Badan Standarisasi Nasional (2006) European Co,,ision (2007)
Thajana dan Pranowo Kartika et.al (2011)
2.1.3. Pembuatan Biodiesel
Biodiesel dapatdibuatdari berbagai minyakhayati(minyaknabati ataulemakhewani)melalui prosesesterifikasigliseridaataudikenal dengan prosesalkoholisis.Reaksiyang terjadidapat dituliskan sebagai berikut(Ma,F.,1999;Hariyadi, dkk,2005).
Hampirseluruhminyaknabatidapatdiolahmenjadibiodiesel. Minyak nabatiyangdapatdiolahmenjadi biodiesel dapat dihasilkanolehberbagai macamjenistumbuhansepertikedelai,kanola,intisawit,kelapa, jarak pagar,bunga matahari,bijikapuk,jagung, dedak padidanratusan tanaman penghasil minyaklainnya.Namunbahanutamapembuatan biodieselyangsering digunakan adalah minyakjarakpagarkarena minyakinibukanmerupakan minyak untuk pangan karena minyak jarak ini memiliki sifat sangat beracun.
Padaskalakecildapatdilakukandenganbahanminyakgoreng1 literyang baruatau bekas.Metanolsebanyak200 mlatau0.2liter.Soda apiatauNaOH 3,5gramuntuk minyakgoreng bersih,jikaminyakbekas diperlukan4,5gramataumungkinlebih.Kelebihanini diperlukan untuk menetralkanasamlemak bebasatauFFAyang banyakpada minyak goreng bekas. Dapat pula mempergunakan KOH namun mempunyai hargalebih mahaldan diperlukan1,4kalilebihbanyakdari soda. Proses pembuatan;Sodaapi dilarutkandala
kedalamminyakdipanaskansekitar55oC,diadukdengancepatselama15-20
biodiesel pada bagian atas dengan warna jernih kekuningan dansedikitbagian bawahcampuranantarasabun dariFFA, sisametanolyangtidakbereaksidangliserinsekitar79ml.
Biodieselmerupakan cairan kekuningan pada bagian atas dipisahkan dengan mudahdengan menuang dan menyingkirkanbagianbawahdari cairan. Untukskalabesar produk bagianbawahdapat dimurnikanuntuk memperolehgliserinyangberhargamahal,jugasabundansisa metanol yangtidak bereaksi.
Gambar 2.1 Diagram Alir Biodiesel Pembuatan biodiesel dapat dilakukan dengan cara berikut ini:
1. Proses reaksi kimia
Reaksi kimia dalam pembuatanbiodiesel bisadilakukan dengan2cara,yaitu:
1.a.Reaksi Trans-esterifikasi
Transesterifikasi(biasadisebutdenganalkoholisis) adalah tahapkonversi daritrigliserida(minyak nabati) menjadi alkyl ester, melalui reaksi dengan alkohol, danmenghasilkanproduk samping
yaitugliserol.Diantaraalkohol-alkoholmonohidrikyang menjadi
biodiesel praktisidentik denganester metil asam-asam lemak(FattyAcids MetilEster,FAME).
Berikut ini dapat dilihat rumus kimia proses transesterifikasi :
Hal-hal yang mempengaruhireaksi transesterifikasi
Tahapanreaksitransesterifikasipembuatan biodieselselalu menginginkan agar didapatkan produk biodiesel dengan jumlah yang maksimum.Beberapakondisireaksi yang mempengaruhi konversiserta perolehan biodiesel melaluitransesterifikasiadalah sebagai berikut(Freedman,1984):
a.Pengaruhairdan asamlemak bebas
Minyaknabatiyangakanditransesterifikasiharusmemilikiangka
asamyanglebihkecildari1.Banyakpenelitiyangmenyarankan agar kandungan asam lemak bebas lebih kecil dari 0.5% (<0.5%).Selainitu,semuabahanyang akandigunakanharus bebas dari air. Karena air akan bereaksi dengan katalis, sehinggajumlahkatalismenjadi berkurang.Katalisharus terhindar dari kontakdenganudaraagartidak mengalamireaksi denganuap air dankarbon dioksida.
b.Pengaruhperbandinganmolar alkohol dengan bahan mentah Secarastoikiometri,jumlahalkoholyangdibutuhkanuntukreaksi
adalah3moluntuksetiap1moltrigliseridauntukmemperoleh3
(BradshawandMeuly,1944).Secaraumumditunjukkanbahwa semakinbanyakjumlahalkoholyangdigunakan,makakonversi yangdiperolehjugaakansemakinbertambah.Padarasiomolar
6:1,setelah1jamkonversiyang dihasilkanadalah 98-99%, sedangkanpada 3:1adalah74-89%.Nilai perbandinganyang terbaik adalah6:1karenadapat memberikankonversiyang maksimum.
c.Pengaruhjenis alkohol.
Pada rasio 6:1, metanol akan memberikanperolehanesteryang tertinggidibandingkandengaan menggunakanetanolatau butanol.
d.Pengaruhjenis katalis
Alkalikatalis(katalisbasa) akan mempercepatreaksi transesterifikasi biladibandingkandengankatalisasam.Katalis basayangpalingpopuleruntukreaksi transesterifikasi adalah natriumhidroksida(NaOH), kaliumhidroksida(KOH), natrium metoksida(NaOCH3), dankaliummetoksida(KOCH3).Katalis sejati bagi reaksi sebenarnya adalah ion metilat (metoksida) Reaksi transesterifikasi akanmenghasilkankonversi yang maksimum denganjumlahkatalis 0,5-1,5%-bminyaknabati. Jumlahkatalisyang efektifuntukreaksi adalah0,5%-b minyak nabati untuk natrium metoksidadan1%-bminyak nabati untuk natriumhidroksida.
e.Metanolisis Crude danRefinedMinyak Nabati
Perolehanmetilester akanlebihtinggijikamenggunakan minyak nabati refined.Namun apabila produk metil ester akan digunakan sebagai bahanbakar mesin diesel,cukupdigunakanbahanbaku berupaminyak yangtelah dihilangkangetahnya dan disaring.
f.Pengaruhtemperatur
1.b.Reaksi Esterifikasi
Esterifikasi adalahtahapkonversi dari asamlemakbebas menjadiester.Esterifikasi mereaksikan minyaklemakdengan alkohol.Katalis-katalis yang cocok adalah zat berkarakter asam kuat, dankarenaini, asamsulfat, asamsulfonat organikatauresin penukarkationasamkuatmerupakan katalis-katalis yang biasa terpilih dalampraktekindustrial (Soerawidjaja,2006).
Untuk mendorong agarreaksibisa berlangsungkekonversiyang sempurna padatemperaturrendah(misalnyapaling tinggi 120°C), reaktan metanolharus ditambahkandalamjumlahyang sangat berlebih(biasanyalebihbesardari10kalinisbahstoikhiometrik)
danairprodukikutanreaksiharusdisingkirkandarifasareaksi, yaitu fasa minyak. Melalui kombinasi-kombinasi yang tepat dari kondisi-kondisireaksi danmetodepenyingkiranair,konversi sempurnaasam-asamlemakkeester metilnyadapat dituntaskan dalamwaktu1sampai beberapajam.Reaksiesterifikasidari asam lemakmenjadimetil ester adalah :
Hal-halyangMempengaruhi ReaksiEsterifiksi
a.WaktuReaksi
Semakinlamawaktureaksimakakemungkinankontak antarzat semakin besar sehingga akan menghasilkan konversi yang besar.Jikakesetimbanganreaksisudahtercapai maka dengan bertambahnyawaktureaksitidak akan menguntungkankarena tidakmemperbesarhasil.
b.Pengadukan
c.Katalisator
Katalisatorberfungsi untukmengurangitenagaaktivasipada suatureaksisehinggapada suhutertentuhargakonstanta kecepatan reaksisemakin besar.Pada reaksi esterifikasiyang sudahdilakukanbiasanyamenggunakan konsentrasikatalis antara 1-4%beratsampai 10% beratcampuranpereaksi(Mc Ketta,1978).
d.SuhuReaksi
Semakin tinggisuhu yang dioperasikan makasemakin banyak konversiyangdihasilkan,halinisesuai dengan persamaan Archenius. Bilasuhunaikmaka hargak makinbesarsehingga reaksi berjalancepat danhasilkonversimakin besar.
2. ProsesLanjutan(Pencucian)
Banyakcara “washing”biodiesel,yang paling banyakdigunakan adalah“The BubblewashMethode”,caranyaadalah ditambahkan air seperempatsampaisetengahvolumeoil(campurH3PO410%10ml pergalon) padasuhu tetap.Masukkan pompaakuarium, nyalakan 24 jam.Lakukanlagi sekitar 3- 4kalihingga pHairnetral.
2.2 Pertadex
PertaDex (singkatan dari “Diesel Environment Extra”) adalah salah satu jenis bermotor denga dengan bahan bakar untuk mesin diesel lainnya, diantaranya :
• Memilik angka performa tinggi dengan Cetane Number Minimal 53 (paling tinggi dikelasnya).
Memiliki Additive yang berfungsi untuk membersihkan dan juga melindungi mesin kendaraan.
2.3 Biodiesel dari bahan-bahan lainnya 2.3.1 Biodiesel dengan Bahan Baku Biji Karet
Menurut Soemargono, Edy Mulyadi; pemanfaatan biji karet (Hevea Brasiliensis), sebagai sumber bahan baku biodiesel merupakan terobosan yang tepat untuk meningkatkan nilai tambah perkebunan karet. Penelitian ini dimaksudkan untuk menentukan pola pemungutan minyak biji karet secara maksimal dan mendapatkan kondisi proses produksi biodiesel yang memenuhi standar SNI dan ASTM. Proses produksi biodiesel dilakukan menggunakan prototip alat berkapasitas 20 liter/jam. Proses esterifikasi dijalankan pada suhu 105°C, penambahan methanol 10% dan katalis asam, waktu 90 menit. Proses trans-esterifikasi dijalankan dalam reaktor alir osilasi dengan dosis katalis 1% berat minyak dan methanol sebanyak 15% berat minyak. Variabel yang dipelajari adalah suhu dan waktu proses. Produk biodiesel dimurnikan dengan sistem vakum. Dari hasil penelitian ini diperoleh rendemen kernel sebanyak 53% dari berat biji karet. Sedangkan minyak dalam kernel yang dapat dipungut maksimum 56% dari berat kernel. Karakteristik biodiesel sesuai dengan yang distandarisasikan, yaitu densitas 0,8565 g/ml, angka asam 0,49, angka iod 62,88, kadar ester 97,2%, flash point 178°C dan panas pembakaran 16183 J/g.
2.3.2Biodiesel dengan Bahan Baku Kelapa
Minyakkelapadiperolehdari buah
tanamankelapaatauCocosnuciferaL.,yaitupada
bagianintibuahkelapa(kernelatauendosperm).Tanamankelapaini memiliki:
Genus:Cocos
Intibuahtanaman kelapa inimemiliki kandungan minyak kelapa sebanyak 34 % dengan kelembaban 6-8 %. Kandungan asam lemak minyak kelapa yang paling banyak adalahasamlauratC12:0(asamlemakjenuh/saturatedfattyacid).
Pada
pembuatanminyakkelapayangmenjadibahanbakuutamanyaadalahdaging kelapa.Minyakkelapaberdasarkankandunganasamlemakdigolongkan
kedalamminyak asamlaurat,karenakandunganasam lauratnyapaling besarjikadibandingkandenganasam
lemaklainnya.Berdasarkantingkatketidakjenuhannya
yangdinyatakandenganbilanganiod (iodinevalue),makaminyakkelapadapat dimasukkankedalamgolongannondryingoils,
karenabilanganiodminyaktersebutberkisarantara7,5–10,5.
Minyakkelapayangbelum
dimurnikanmengandungsejumlahkecilkomponenbukan minyak, misalnya fosfatida, gumsterol(0,06–0,08%), tokoferol(0,003)danasamlemak bebas(kurangdari5%),sterolyangterdapatdi dalamminyaknabati disebutphitosteroldan mempunyai duaisomer, yaitu betasitoterol (C29H50O)danstigmasterol (C29H48O). Stirol bersifattidakberwarna,tidakberbau,stabildanberfungsisebagaistabiliuzerdalammin yak.
Tokoferolmempunyaitigaisomer,yaituα-tokoferol(titikcair158o-160oC),β
-tokoferol(titikcair138o-140oC)danγ-tokoferol. Persenyawaan tokoferolbersifattidakdapatdisabunkan, danberfungsisebagaiantioksidan.
protein,danterjaditerutamapadasuhutinggi.Warnapadaminyakkelapadisebabkanol eh zatwarnadankotoran–kotoranlainnya.
Zatwarnaalamiahyang
terdapatpadaminyakkelapaadalahkarotenyangmerupakan
hidrokarbontidakjenuhdantidakstabilpada suhutinggi.Pada pengolahanminyak
menggunakanuap panasmakawarnakuningyang
disebabkanolehkarotenakanmengalami degradasi. Daging buahkelapa dapatdiolahmenjadi santan(juice extract). Santan kelapa inidapat dijadikanbahanpengantisusuataudijadikanminyak.
Tabel2.2 KomposisiAsamLemakMinyakKelapa
Asamlemak Rumuskimia Jumlah(%)
Asamlemakjenuh
Asamkaproat C5H11COOH 0,0–0,8
Asamkaprilat C7H15COOH 5,5–9,5
Asamkaprat C9H19COOH 4,5–9,5
Asamlaurat C11H23COOH 44,0–52,0
Asammiristat C13H27COOH 13,2–19,0
Asaampalmitat C15H31COOH 7,5–10,0
Asamstearat C17H35COOH 1,0–3,0
Asamlemaktidakjenuh
Asampalmitoleat C15H29COOH 0,0–1,3
Asamoleat C17H33COOH 5,0–8,0
Asamlinoleat C17H31COOH 1,5–2,5
2.3.3 Biodiesel dengan Bahan Baku Sawit
Tanamankelapasawit(Elaeisguinensis)berasaldariGuineadi
pesisirAfrikaBarat, kemudian diperkenalkan ke bagian Afrika lainnya, Asia Tenggara dan Amerika Latin sepanjanggarisequator
(antaragarislintangutara15odanlintangselatan12o).Kelapasawittumbuhbaikpa
dadaerahiklimtropis,dengansuhuantara24oC-32oCdengankelembabanyangtinggidan
curahhujan200mmpertahun.Kelapasawitmengandungkuranglebih80% perikarpdan20%buahyangdilapisikulityangtipis.Kandunganminyakdalamperi karp sekitar30%–40%.Kelapasawitmenghasilkandua macamminyakyangsangatberlainan sifatnya,yaitu:
1. Minyaksawit(CPO),yaituminyakyangberasaldarisabutkelapasawit
2. Minyakintisawit(CPKO),yaituminyakyangberasaldariintikelapasawit
Padaumumnyaminyaksawitmengandung lebihbanyakasam-asampalmitat,oleat
danlinoleatjikadibandingkandenganminyakintisawit.Minyaksawitmerupakang liserida yangterdiridari berbagaiasamlemak,sehinggatitikleburdari gliseridatersebuttergantung padakejenuhanasamlemaknya. Semakinjenuhasamlemaknyasemakintinggititiklebur
dariminyaksawittersebut.
Tabel2.3KarakteristikMinyakSawit
Karakteristik Harga
SpecificGravitypada37,8oC 0,898-0,901
IodineValue 44–58
SaponificationValue 195–205
UnsaponificationValue,% <0,8
Titer,°C 40–47
Komponenpenyusunminyaksawitterdiridaritrigliseridadannontrigliserida. Asam-
asamlemakpenyusuntrigliseridaterdiridariasamlemakjenuhdanasamlemaktakj enuh.
Asam Lemak Jumlah (%)
Asam Kaprilat -
Asam Kaproat -
Asam Miristat 1.1-2.5
Asam Palmitat 40-46
Asam Stearat 3.6-4.7
Asam Oleat 30-45
Asam laurat -
Asam Linoleat 7-11
Komponen non-trigliserida inimerupakankomponen yangmenyebabkan rasa,aroma
danwarnakurangbaik.Kandunganminyaksawityangterdapatdalamjumlahsediki tini, seringmemegangperananpentingdalammenentukanmutuminyak.
Tabel2.5KandunganMinor(Komponennon-Trigliserida)MinyakSawit
Komponen ppm
Karoten 500–700 Tokoferol 400–600 Sterol Mendekati300
Phospatida 500
Besi(Fe) 10
Tembaga(Cu) 0,5
Air 0,07–0,18
Kotoran-kotoran 0,01
2.3.4 Biodiesel dengan Bahan Baku Minyak Wijen
Berdasarkancatatan pustaka,produk
Ayur-Veda dari TanahIndia.Sedangkanbangsa-bangsayangsejaklama menggunakanminyakwijen,selain
merekayangberasaldariIndia,jugabangsa-bangsaTimurTengah,Cina,Jepang,Amerika, danKanada.
Minyak wijen yangdiproses daribijiwijen hitam atau putihsangat kayadengan
kandunganprotein,vitamin,danmineral.Minyakwijenyangdiketahuisangatka yazatgizi
itu,sekaligusmengandungsenyawaasamlemakesensial,omega6,omega9,anti oksidan,
danlecithinyangberkasiatbaikbagipencegahanpenyakitjantung,kolesterol,ka nker,dan lain-lain.
Manfaatminyakwijenatausesameoil sendiri,selainsecarakonvensionaldigunakan
sebagaiminyakmakan(minyakgoreng)jugabanyakdimanfaatkanindustrikimia,f
armasi,
danobat-obatan.Pemanfaatanminyakwijensebagaiminyakkesehatandisebabkandi dalam
minyakwijenterkandungasamlemakesensial,asamlemakdenganomega6danom ega9,
tokoferol,dankandunganantioksidanlainnya.Itusebabnya,perdaganganwijenda nminyak wijendiduniaterusmengalamipeningkatan.
Bijiwijenmurni100% dipilih,dipanaskanpadatemperatursedangdandengan menggunakanduatahappenyaringanuntukmenghasilkanminyakyang
diharapkan.Minyak
mentahyangdihasilkanadalahdasaryangdiyakinisebagaiRBDWminyakwijen.
Minyakwijen memilikisifatyangkhas,berwarnakuningkeemasanyangjernihdan beraroma lembut. Minyak ini memiliki kesetimbangan yang tinggi dan
tinggitidakterbakar secepatminyaklain,dankeuntungan yanglainadalahmemilikianti oksidayangdisebutSESAMOL.Minyakwijen memiliki87%lemaktidakjenuhyang41%- nyamerupakanasamlinoleat.
Tabel2.6TabelSpesifikasiKualitas
ANALISA RANGE
Asamlemakbebas(Linoleat) Maks2%
BilanganPeroksida 2,0
Lajupengeringan Maks0,15%
Massajenis(20oC) 0,916-0,926gr/ml
BilanganIodida 104-125
AngkaPenyabunan 188-198
TestHalpen Negatif
IndeksRefraksi 1,472-1,4786
Testbekuselama5,5jampada0oC Berhasil
Sabun 0
Tabel2.7TabelProfilAsamLemakBebas
Profilasamlemak Nama Jumlah
C16 Palmitic 7%-12%
C18 Stearic 3,6%-50%
C18:1 Oleic 35%-50%
C18:2 Linoleat 35%-50%
C18:3: Linolenic 1%max
Minyakwijendapatdisimpanuntukbeberapabulanjikadisimpanditempat yangkeringdandingin.SalahsatuyangterbaikadalahminyakwijenKadoyadari Japan. Selaindigunakan padamasakan minyak wijendijumpai padapengolahan apapundengan perlakuanstimulan.Dapatjugadilakukanpadapembuatanoksidan.
2.4 Komposisi Bahan Baku Minyak Dedak Padi
Minyak dedak padi merupakan turunan penting dari dedak padi
(McCasskill dan Zhang
1999).Bergantungpadavarietasberasdanderajatpenggilingannya,dedakpadi mengandung 16%-32%beratminyak.Sekitar60%-70%minyakdedakpaditidakdapat digunakansebagaibahanmakanan(non-edibleoil)dikarenakankestabilandanperbedaan carapenyimpanan dedakpadi (Goffman, dkk. 2003)dan (MaF, dkk. 1999).
Minyak dedak padi merupakan salah satu jenis minyak berkandungan gizi tinggi karenaadanya kandunganasamlemak,komponen-komponenaktifbiologis,dankomponen- komponen antioksiseperti:oryzanol,tocopherol,tocotrienol,phytosterol,polyphenoldan squalene(Goffman, dkk.2003; Hu, dkk. 1996; Özgul dan Türkay1993; Putrawan 2006).
Kandunganasamlemakbebas4%-8%beratpada
minyakdedakpaditetapdiperoleh walaupundilakukanekstraksidedakpadisesegera mungkin.Peningkatanasamlemakbebas
secaracepatterjadikarenaadanyaenzimlipase aktif dalamdedakpadisetelahproses penggilingan.Minyakdedakpadisulitdimurnikankarena
tingginyakandunganasamlemak bebasdansenyawa-senyawa taktersaponifikasikan.Lipasedalam dedakpadimengakibatkan kandunganasamlemakbebasminyakdedakpadilebihtinggidariminyaklainsehingga tidak dapat digunakan sebagaiedibleoil.
Engineers 1998)
Karakteristik Rentang nilai
Specific gravity pada 200 / 300C
Refractive index pada 250C
Bilangan iodine
Bilangan penyabunan
Material tak tersabunkan (%)
Tilter (0C)
Minyak dedak terdiri dari 15-20% asam jenuh dengan komponen terbanyak berupa palmitic dan asam lemak tak jenuh yang terdiri dari:
Tabel 2.9 Komposisi Asam Lemak dalam Minyak Dedak (SBP Board of Consultants and Engineers 1998)
Jenis Asam Lemak Konsentrasi (% b)
Asam Miristat (C14:0)
Asam Palmitat (C16:0)
Asam Stearat (18:0)
Asam Oleat (18:1)
Asam Linoleat (C18:2)
Asam Linolenat (18:3)
Asam Palmitoleat (20:0)
Motor bakar diesel biasa disebut juga dengan mesin diesel (atau mesin pemicu kompresi) adala telah diinjeksikan ke dalam seperti terbaik dibandingkan dengan lainnya, karena memiliki kecepatan-rendah (seperti pada mesin kapal) dapat memiliki efisiensi termal lebih dari 50%. Mesin diesel dikembangkan dalam versi ini awalnya digunakan sebagai pengganti ini mulai digunakan untuk kapal da truk, pembangkit listrik, dan peralatan berat lainnya. Pada tahun 1930-an, mesin diesel mulai digunakan unt meningkat dan menurut British Society of Motor Manufacturing and Traders, 50% dari mobil baru yang terjual di bahkan di Perancis mencapai 70%.
Mesin diesel menghasilkan tekanan kerja yang tinggi, itu sebabnya konstruksi motor diesel lebih kokoh dan lebih besar. Disamping itu, mesin diesel menghasilkan bunyi yang lebih keras, warna dan bau gas yang kurang menyenangkan. Namun dipandang dari segi ekonomi, bahan bakar serta polusi udara, motor diesel masih lebih disukai (Mathur, 1980).
Gambar 2.2 Diagram P-v Keterangan Diagram P-v:
P = Tekanan (bar)
v = Volume Spesifik (m3/kg)
T = Temperatur (K)
S = Entropi (kJ/kg.K)
Keterangan Diagram T-S:
1-2 Kompresi Isentropik
2-3 Pemasukan Kalor pada Tekanan Konstan
3-4 Ekspansi Isentropik
4-1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan
2.5.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel
Prinsip kerja mesin diesel 4 tak sebenarnya sama dengan prinsip kerja mesin otto, yang membedakan adalah cara memasukkan bahan bakarnya. Pada mesin diesel bahan bakar di semprotkan langsung ke ruang bakar dengan menggunakan injector. Dibawah ini adalah langkah dalam proses mesin diesel 4 langkah :
1. Langkah Isap
Pada langkah ini piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah). Saat piston bergerak ke bawah katup isap terbuka yang menyebabkan tekanan udara di dalam silinder seketika lebih rendah dari tekanan atmosfer dan katup buang tertutup ,sehingga udara murni langsung masuk ke ruang silinder melalui filter udara.
2. Langkah kompresi
Pada langkah ini piston bergerak dari TMB menuju TMA dan kedua katup tertutup. Karena udara yang berada di dalam silinder didesak terus oleh piston,menyebabkan terjadi kenaikan tekanan dan temperatur,sehingga udara di dalam silinder menjadi sangat panas. Beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA, bahan bakar di semprotkan ke ruang bakar oleh injektor yang berbentuk kabut.
3. Langkah Usaha
meningkatkan suhu dan tekanan di ruang bakar. Tekanan yang besar tersebut akan mendorong piston ke bawah yang menyebkan terjadi gaya aksial. Gaya aksial ini dirubah dan diteruskan oleh poros engkol menjadi gaya radial (putar).
4. Langkah Buang
Pada langkah ini, gaya yang masih terjadi di flywheel akan menaikkan kembali piston dari TMB ke TMA, bersamaan itu juga katup buang terbuka sehingga udara sisa pembakaran akan di dorong keluar dari ruang silinder menuju exhaust manifold dan langsung menuju knalpot
Begitu seterusnya sehingga terjadi siklus pergerakan piston yang tidak berhenti. Siklus ini tidak akan berhenti selama faktor yang mendukung siklus tersebut tidak ada yang terputus. Untuk lebih jelas, prinsip kerja mesin diesel dapat dilihat pada gambar 2.5.
Langkah isap Langkah kompresi Langkah usaha Langkah Buang
Gambar 2.4 Prinsip Kerja Mesin Diesel
2.5.2 Performansi Mesin Diesel 1. Nilai Kalor Bahan Bakar.
nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor bawah.
Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui T1 dan T2
dengan menggunakan persamaan 2.1 di bawah ini:
HHV = (T2 – T1 – 0,05 ) x
c
v ... (2.1)Dimana: HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)
T1 = Temperatur air Pendingin sebelum penyalaan(oC)
T2 = Temperatur air Pendingin setelah penyalaan (oC)
Cv = Panas jenis bom kalorimeter, Cv = 73529,6 (J/Kg0C)
Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya.
Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang
LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2) ... (2.2)
Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)
M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)
Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV), (Lampiran).
2. Daya Poros
Daya mesin adalah besarnya kerja mesin selama waktu tertentu. Pada motor bakar daya yang berguna adalah daya poros, dikarenakan poros tersebut menggerakan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator , yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak selanjutnya menggerakan semua mekanisme, sebagian daya indikator dibutuhkan untuk mengatasi gesekan mekanik, seperti pada torak dan dinding silinder dan gesekan antara poros dan bantalan. Prestasi motor bakar pertama-tama tergantung dari daya yang dapat ditimbulkannya. Semakin tinggi frekuensi putar motor makin tinggi daya yang diberikan hal ini disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi semakin banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama. Dengan demikian besar daya poros itu ditunjukkan pada persamaan 2.3 :
�
�=
2�.(60�.�) ... (2.3)Dimana :
T = torsi ( Nm )
n = putaran mesin ( Rpm )
3. Torsi
Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Selama proses usaha maka tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menimbulkan suatu gaya yang luar biasa kuatnya pada torak. Gaya tersebut dipindahkan kepada pena engkol melalui batang torak , dan mengakibatkan adanya momen putar atau torsi pada poros engkol. Untuk mengetahui besarnya torsi digunakan alat dynamometer. Biasanya motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara menghubungkan poros motor pembakaran dengan poros dynamometer dengan menggunakan kopling elastik. Untuk mencari torsi ditunjukkan oleh persamaan 2.5 di bawah ini.
�
=
��.602�.� ... (2.4)
4. Laju Aliran Bahan Bakar (mf)
Laju aliran bahan bakar didapat adalah banyaknya bahan bakar yang habis terpakai selama satu jam pemakaian. Untuk mencari laju aliran bahan bakar ditunjukkan oleh persamaan 2.5 di bawah ini.
�
�=
���� ���10−3
��
�
3600
...
(2.5)dimana:
sgf = spesifik gravitasi biodiesel = 0.8624
5. Rasio udara bahan bakar (AFR)
Rasio udara bahan bakar (AFR) dapat dihitung melalui persamaan 2.6 di bawah ini.
AFR = ��
�� ... (2.6)
dimana: AFR = air fuel ratio
ma = laju aliran massa udara (kg/jam)
Besarnya laju aliran udara (ma) diperoleh dengan membandingkan besarnya tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow manometer terhadap kurva viscous flow mete calibration seperti pada gambar 2.6 berikut
Gambar 2.5 Viscous Flow Meter 6. Effisiensi Volumetris
�
�=
260��� ��1�� ... (2.7)dimana:
ma = laju aliran udara (kg/jam)
ρa = Kerapatan udara (kg/m3)
Vs = volume langkah torak (m3)
7. Efisiensi Thermal
Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah enegi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga sebagai efisiensi termal (thermal efficiency, ηb).
Jika daya keluaran PB dalam satuan KW, laju aliran bahan bakar mf dalam
satuan kg/jam, maka untuk mencari effesiensi termal ditunjukkan pada persamaan 2.8 di bawah ini
η
b= ���� . ��
�
3600 ... (2.8)
dimana;
�b = Efisiensi Thermal
PB = Daya ( W )
mf = Laju Aliran Bahan Bakar (kg/jam)
Cv = nilai kalor bahan bakar
8. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)
ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya kuda yang dihasilkan. Untuk mencari konsumsi bahan bakar spesifik ditunjukkan oleh persamaan 2.9 di bawah ini:
SFC
=
�̇ �� 103�� ... (2.9)
Dengan :
SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.jam) PB= daya (W)
�̇f= laju aliran bahan bakar (kg/jam)
9. Heat Loss in Exhaust
Heat loss in exhaust atau dapat dikatakan sebagai besar kehilangan energi yang terjadi akibat adanya aliran gas panas buang dari exhaust manifold ke lingkungan. Gas buang ini berupa aliran gas panas.
Besarnya Heat Loss dapat dihitung dengan menggunakan persamaan di bawah ini.
Heat Loss = Cp (ma + mf)x (Te – Ta ) ... (2.10)
dimana: Te = suhu gas keluar exhaust manifold (oC)
Ta = Suhu lingkungan (27oC)
Cp = panas jenis pada tekanan tetap (1.005 KJ/Kg K)
Untuk mengetahui persentase heat loss, maka dilakukan perbandingan antara besarnya heat loss dengan energi yang dihasilkan dalam pembakaran bahan bakar dimana ditunjukkan pada persamaan berikut.
% Heat Loss = Cp (ma + mf )x (Te – Ta )
2.6 Supercarjer
Supercarjer adalah suatu mesin mekanisme untuk menyuplai udara dengan kepadatan yang melebihi kepadatan udara atmosfer ke dalam silinder pada langkah hisap. Udara yang lebih padat ini akan tinggal dalam silinder untuk ditekan pada langkah kompressi. Akibat udara yang densitasnya lebih tinggi maka lebih banyak bahan bakar yang dapat terbakar sehingga daya output mesin dapat meningkat.
Mekanisme supercarjer berbeda dengan langkah pembilasan dalam mesin 2 langkah, dimana mekanisme supercharger bertujuan untuk meningkatkan kepadatan udara segar dalam silinder dan dapat digunakan untuk mesin 2 langkah dan 4 langkah. Sedangkan penggunaan blower pada langkah pembilasan semata-mata menggunakan hembusan udara untuk mengeluarkan gas hasil pembakaran (gas bekas) yang masih berada dalam silinder dan menggantinya dengan udara segar yang tekanannya relatif sama dengan tekanan atmosfer. Akan tetapi dalam semua sistem supercarjer terdapat sekaligus pembilasan dan superchargering.
Dengan supercarjer jumlah udara atau campuran bahan bakar-udara segar biasa dimasukan lebih besar daripada dengan proses pengisipan oleh torak pada waktu lagkah hisap. Tekanan udara masuk silinder bersekitar antara 1,2-2,2 kg/cm2. Motor 2 tak dengan supercarjer akan menaikkan sekaligus tekanan isap dan tekanan buang.
udara yang tinggi me nyebabkan aliran turbulen dalam ruangan bakar sehingga proses pencampuran udara + bahan bakar dapat lenih cepat dan lebih baik mutunya.
Dilihat dari konstruksinya dan harganya, motor diesel di bawah 100 PS tidak ekonomis menggunakan supercarjer. Tetapi apabila mesin harus bekerja pada ketinggian lebih dari 1500 meter diatas laut, supercarjer mempunyai arti penting dalam usaha mengatasi kerugian daya yang disebabkan berkurangnya kepadatan udara atmosfer di tempat tersebut. Mesin dengan daya diantara 100 PS dan 200 PS yang banyak dipakai pada kendaraan laut tidak memperlihatkan pembatasan yang tegas, banyak juga yang menggunakan supercarjer. Dalam hal tersebut kapal laut kebanyakan memakai motor diesel tanpa supercarjer.
Diatas 250 PS (1 PS= 735,4 Watt), motor diesel untuk kendaraan darat dan kapal laut biasanya menggunakan supercarjer. Unit stasioner di bawah 1000 PS, karena ukuran dan berat tidak merupakan faktor yang terlalu menentukan pada umumnya jarang menggunakan supercarjer.
Pada motor diesel supercarjer dapat mempersingkat priode persiapan pembakaran sehingga karakteristik pembakaran menjadi lebih baik. Disamping itu terbuka kemungkinan untuk menggunakan bahan bakar dengan menggunakan bahan bakar dengan bilangan setana yang lebih rendah. Akan tetapi jangan hendaknya melupakan tekanan dan temperatur gas pembakaranya karena hal tersebut akan menyangkut persoalan pendinginan, konstruksi, kekuatan material serta umur.
Pemakaian bahan bakar spesifik dari motor bensin yang memakai supercarjer biasanya me njadi lebih besar. Hal ini disebabkan karena perbandingan kompresinya harus diperkecil untuk mencegah denotasi juga karena banyak bahan bakar yang keluar dari dalam silnder sebelum digunakan. Pemakaian supercajer pada motor bensin haruslah mencakup unsur antara efisiensi dan kebutuhan misalnya pada mesin pesawat terbang dan mobil balap.
Pada mesin pesawat terbang, supercharjer digunakan untuk memperoleh daya sebesar –besarnya pada waktu tinggal landas dan untuk memampas berkurangnya kepadatan udara pada ketinggian yang lebih tinggi. Boleh dikatakan, kecuali pada motor bensin yang kecil, semua pesawat terbang selalu menggunakan supercarjer. Persoalan denotasi dapat diatasi dengan menggunakan bensin dengan bilangan oktana yang lebih tinggi (aviation-type fuels) dan dalam banyak hal dengan menyemprotkan air alkohol ke dalam arus udara pada waktu tinggal landas. Demikian juga motor bensin untuk mobil balap, yang lebih mementingkan daya daripada efisiensi, banyak memakai supercarjer. Apabila motor dirancang untuk mencpai efisiensi maksimum pada daerah pembebanan tinggi, maka pembebanan rendah daya dan efisiensinya turun karena pembakaran kurang sempurna.
