BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Biodiesel
Biodiesel adalah bahan bakar yang berasal dari minyak nabati yang memiliki sifat menyerupai minyak diesel / solar. Kelebihan biodiesel dibandingkan dengan minyak diesel atau solar diantaranya adalah :
1. Merupakan bahan bakar yang ramah lingkungan karena menghasilkan emisi yang jauh lebih baik (bebas sulfur dan kandungan asapnya rendah). 2. Angka setana yang tinggi (≥ 50), dapat mencegah terjadinya knocking. 3. Memiliki pelumasan yang baik terhadap piston.
4. Merupakan renewable energy karena terbuat dari bahan alam yang bisa diperbaharui.
5. Meningkatkan independent suplai bahan bakar karena dapat diproduksi secara lokal.
Hal-hal yang perlu dipertimbangkan untuk dapat memproduksi biodiesel yang dapat digunakan oleh masyarakat secara aman adalah sebagai berikut :
1. Dapat memenuhi spesifikasi/standar bahan bakar. 2. Harga yang bersaing.
3. Adanya kontinuitas produk.
Hal tersebut dapat dicapai dengan teknologi produksi yang efisiensi serta pemilihan bahan baku yang murah, karena komponen utama yang mempengaruhi suatu produk adalah harga bahan baku dan biaya produksinya.
Indonesia sangat kaya akan sumber daya alam yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel. Sebagai produsen CJO (Crude Jatropha Oil) atau minyak sawit terbesar kedua di dunia alamnya ( Soerawidjaja, 2006)[9], Indonesia sangat berpotensi menjadi pengahasil biodiesel baik CJO itu sendiri maupun dari turunanya. Selaian CJO masih banyak jenis minyak nabati yang potensial untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku biodiesel di Indonesia, misalnya minyak jarak pagar, minyak kelapa, minyak kedelai, dan lain-lain disesuaikan dengan potensi alamnya ( Soerawidjaja, 2006)[9].
2.2 Tanaman Penghasil Minyak
Secara umum tanaman pengahasil minyak yang ada di Indonesia terdiri dari dua jenis, yaitu tanaman yang bisa digunakan sebagai bahan pangan dan non pangan. Biodiesel akan lebih baik jika dihasilkan dari tanaman jenis non pangan, karena tidak akan mengurangi sumber pangan, sehingga harganya bisa lebih murah. Seperti tertera pada Tabel 2.1 begitu banyak sekali jenis tanaman yang bisa menghasilkan minyak. Namun ini tidak semuanya bisa dimanfaatkan menjadi biodiesel dikarenakan sebagian dari tumbuhan yang menghasilkan minyak ini masih menjadi kebutuhan manusia.
Tabel 2.1 Tanaman penghasil minyak nabati serta produktifitasnya
Nama Indonesia Nama Inggris Nama Latin Kg-/ha/thn
Sawit Oil palm Elaeis guneensis 5000
Kelapa Coconut Cocos nucifera 2260
Alpokat Avocado Persea American 2217
Kelapa Brazil Brazil nut Bertholletia excelsea 2010 Kelapa Makadam Macadamia nut Macadamia ternif 1887
Jarak pagar Physic nut Jatropha curcas 1590
Jojoba Jojoba Simmondsia califor 1552
Kelapa pekan Pecan nut Carya pecan 1550
Jarak kaliki Castor Ricinus communis 1188
Zaitun Olive Olea europea 1019
Kanola Rapeseed Brassica napus 1000
Opium Poppy Papever somniferum 978
Sumber : Soerawidjaja (2006)[8]
2.3 Tanaman Jarak
Tanaman jarak (Jatropha Curcas Linneaus) dikenal sebagai jarak pagar, dan merupakan tanaman semak yang tumbuh dengan cepat hingga mencapai ketinggian 3-5 meter. Tanaman ini tahan kekeringan dan dapat tumbuh di tempat-tempat dengan curah hujan 200 mm hingga 1500 mm per tahun, (Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian USU Medan (dalam Hamdi,2005))[1]. Tanaman jarak memerlukan iklim yang kering dan panas terutama pada saat berbuah. Suhu yang rendah pada saat penanaman dan pembungaan akan sangat merugikan karena mudah terserang jamur. Tanaman jarak pagar tumbuh di daerah tropis dan subtropis, dengan suhu optimum 20 – 35o C. Kelembaban yang tinggi akan mendorong perkembangan jamur sehingga akan menurunkan produktivitas
(Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian USU Medan (dalam Hamdi,2005))[1].
Biji jarak yang mengandung minyak dengan kadar cukup tinggi ini sangat mudah diekstraksi. Dalam perhitungan matematis, untuk membangkitkan pembangkit listrik tenaga diesel berkekuatan 1 Megawatt dibutuhkan 90 hektar pohon jarak (Suara Pembaruan, 2005)[10]. Dari setiap satu butir buah jarak, terdapat 2-3 biji jarak. Jika kulit dari biji jarak yang berwarna hitam dikupas, maka akan diperoleh daging biji jaraknya saja.
Gambar 2.1 Bagian-bagian dari buah jarak
2.3.1 Manfaat Tanaman Jarak
Minyak jarak dan turunannya digunakan dalam industri cat, varnish, lacquer, pelumas, tinta cetak, linoleum, oil cloth dan sebagai bahan baku dalam industri-industri plastik dan nilon. Dalam jumlah kecil minyak jarak dan turunannya juga digunakan untuk pembuatan kosmetik, semir dan lilin (Ketaren, 1986)[4]. Selain itu juga, bagian tanaman jarak yang dapat dimanfaatkan adalah biji, akar dan daun yaitu sebagai obat untuk penyakit dan minyak dari bijinya untuk biodiesel (Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian USU Medan, 2005)[1].
2.3.2 Karakteristik Kimia Jarak Pagar
Dalam sebuah biji dari buah tumbuh-tumbuhan tentunya ada unsur kimia atau komposisi kimia yang terkandung di dalamnya. Pada biji jarak pagar sebagian besar unsur yang terkandung di dalamnya adalah minyak. Selain itu ada beberapa unsur lain yang terkandung, ini dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Biji Jarak Daging Buah Jarak
Tabel 2.2 Komposisi kimia biji jarak Komponen Jumlah (%) Minyak 54 Karbohidrat 13 Serat 12.5 Abu 2.5 Protein 18 Sumber : Ketaren (1986)[4]
Biji jarak yang sudah diolah menjadi minyak atau biodiesel, kualitasnya harus sesuai dengan yang telah distandarkan. Untuk mengetahui kualitas tersebut, maka cara atau pengujiannya harus sesuai dengan yang telah distandarkan (Tabel 2.4). Dalam hal ini sifat fisik maupun kimia miyak jarak pagar (Tabel 2.3), jika nilainya sudah sesuai dengan yang telah distandarkan maka syarat untuk menjadi biodiesel sudah terpenuhi.
Table 2.3 Sifat fisik dan kimia minyak jarak
Karakteristik Viskositas Nilai
(gardner-hold), 25 oC u-v (6.3-8.8 st) Bobot Jenis 20/20 oC 0.957 – 0.963
Bilangan Asam 0.4 – 4.0
Bilangan Penyabunan 176 – 181
Bilangan tak Tersabun 0.7
Bilangan Iod (Wijs) 82 – 88
Warna (appearance) Bening
Warna Gardner (max) Tidak lebih gelap dari 3’
Indeks Bias 1,477 – 1,478
Kelarutan dalam alkohol (20oC) Jernih (tidak keruh)
Bilangan asetil 145 – 154
Titik Nyala (tag close cup) 230 oC Titik Nyala (cleveland open cup) 285 oC Antoignition temperature 449 oC
Titik Api 322 oC
Putaran optik, 200 mm +7, 5sD + 9,0 Koefisien Muai per oC 0,00066
Pour Point -33 oC
Tegangan Permukaan pada 20 oC 39,9 dyne/cm Sumber : Bailey (di dalam Ketaren, 1986)[4]
Table 2.4 Persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI-04-7182-2006
Parameter dan satuannya Batas nilai Metode uji Metode setara
Massa jenis pada 40 oC, kg/m3 850 – 890 ASTM D 1298 ISO 3675 Viskositas kinematik pada 40
o
C, mm2/s (cSt)
2,3 – 6,0 ASTM D 445 ISO 3104
Angka setana min. 51 ASTM D 613 ISO 5165
Titik nyala (mangkok tertutup), oC
min. 100 ASTM D 93 ISO 2710
Titik kabut, oC maks. 18 ASTM D 2500 -
Korosi bilah tembaga ( 3 jam, 50 oC)
maks. no. 3 ASTM D 130 ISO 2160 Residu karbon, %-berat,
- dalam contoh asli
- dalam 10 % ampas distilasi (maks 0,03) Maks. 0,05
ASTM D 4530 ISO 10370
Air dan sedimen, %-vol. maks. 0,05 ASTM D 2709 - Temperatur distilasi 90 %, oC maks. 360 ASTM D 1160 - Abu tersulfatkan, %-berat maks. 0,02 ASTM D 874 ISO 3987 Belerang, ppm-b (mg/kg) maks. 100 ASTM D 5453 prEN ISO 20884 Fosfor, ppm-b (mg/kg) maks. 10 AOCS Ca 12-55 FBI-A05-03 Angka asam, mg-KOH/g maks. 0,8 AOCS Cd 3-63 FBI-A01-03 Gliserol bebas, %-berat maks. 0,02 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03 Gliserol total, %-berat maks. 0,24 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03 Kadar ester alkil, %-berat min. 96,5 dihitung*) FBI-A03-03 Angka iodium, g-I2/(100 g) maks. 115 AOCS Cd 1-25 FBI-A04-03
Uji Halphen negatif AOCS Cb 1-25 FBI-A06-03
Sumber: Soerawidjaja (dalam Lomba karya ilmiah mahasiswa itb bidang energy, 2007)[7]
2.4 Metode Pengeluaran Minyak Jarak
Ada dua metode dasar yang digunakan untuk mengeluarkan minyak dari biji tanaman yang menjadi sumbernya yaitu :
1. Metode ekstraksi secara kimiawi dengan menggunakan pelarut. 2. Metode pemerahan/pengempaan secara mekanik.
2.4.1 Ekstraksi Secara Kimiawi
Sistem kerja alat ekstraksi secara kimiawi, secara sederhana adalah pengembunan uap kemudian ekstraksi setelah itu pemisahan dari bungkil dan yang terakhir pemisahan dari ekstrak dengan penguapan. Pelarut dengan jumlah tertentu dimasukan ke dalam bungkil biji yang akan diekstrak, kemudian bungkil dan pelarut dipanaskan dengan suhu pemanasan tertentu. Sifat dari pelarut yang bisa mengikat minyak menyebabkan minyak dan pelarut menguap, terpisah dari bungkil biji. Untuk memisahkan minyak dan pelarut dilakukan proses distilasi (pengembunan). Pada proses distilasi, cairan pelarut akan diembunkan dan terpisah dari minyak sampai minyak benar-benar bersih.
Proses ekstraksi dengan pelarut mampu mengambil minyak hingga ampasnya hanya mengandung tak lebih dari 0,1% minyak. Dengan demikian ekstraksi dengan pelarut bisa diterapkan secara efektif untuk mengambil minyak dari segala biji sumber, termasuk biji yang berkadar minyak/lemak < 30%, dan bahkan ampas sisa pengempaan mekanik. Cairan pelarut yang paling banyak digunakan adalah heksana atau eter minyak bumi (petroleum ether), yang memiliki titik didih 60-70 0C. Pelarut lain yang sangat potensial aseton, isopropanol, dan etanol. Sangat penting diperhatikan bahwa pelarut yang digunakan tersebut adalah suatu bahan yang sangat mudah terbakar. Oleh karena itu, aspek-aspek pencegahan kebocoran dan tumpahan pelarut, penghindaran terbentuknya campuran eksplosif udara + uap heksana di dalam bangunan pabrik, serta penangkalan terhadap terjadinya percikan dan nyala api harus diperhatikan dalam perancangan dan pengoperasian tiap unit ekstraksi (Trubus, 2005)[13].
2.4.2 Pemerahan Secara Mekanik
Kelebihan dari alat pemerahan mekanik dibandingkan dengan cara ekstraksi kimia adalah minyak yang dihasilkan murni tanpa campuran kimia, sehingga tidak perlu dilakukan pemisahaan zat kimia. Kelemahan dari pemerahan secara mekanik adalah masih terdapatnya kandungan minyak pada ampas sisa pemerahan, tergantung dari besarnya gaya mekanik maksimum pemerahan. Mesin pemerahan minyak jarak yang ada saat ini sangat beragam bentuk dan ukurannya, namun dari semuanya mempunyai fungsi yang sama yaitu mengeluarkan minyak
yang terkandung dalam biji dengan cara memberikan gaya penekan untuk menghasilkan perubahan volume. Perubahan volume biji pada ruang pemerahan sebelum dan sesudah proses pemerahan inilah yang akan memberikan efek pengeluaran minyak dari biji.
2.4.3 Proses Ekstraksi Minyak Jarak
Proses ekstraksi biji jarak pagar sampai menjadi biodiesl ataupun minyak jarak murni atau pure plant oil (PPO), Pambudi (2008)[15] menjelaskan bahwa ekstraksi minyak jarak dilakukan dengan cara inti buah jarak yang telah kering dimasukkan kedalam mesin press, kemudian hasil dari pengepresan ini berupa minyak mentah jarak pagar atau (crude jatropha oil).
Terlihat dalam Gambar 2.2 proses pemurnian dengan menggunakan esterifikasi dan transesteriikasi akan dihasilkan bahan bakar cair berupa biodiesel. Sedangkan melalalui proses deasifikasi atau penetralan akan dihasilkan minyak jarak murni atau (PPO). Produk pendamping dari proses ini adalah bungkil dan sludge yang akan diproses kembali menjadi bahan bakar padat ataupun gas. Pada penelitian ini proses ekstraksi yang dilakukan hanya sampai tahap penyaringan.
Gambar 2.2 Proses pengolahan jarak pagar
Bungkil Sludge CJO Biodiesel PPO
2.5 Macam-Macam Alat Pres Penghasil Minyak Jarak
Alat pres penghasil minyak jarak yang sudah ada saat ini sangat beragam bentuk dan ukuran ada yang secara manual maupun menggunakan sistem motor (otomatis).
2.5.1 Model penekan Ulir
Alat ini bekerja secara manual dengan cara memanfaatkan ulir untuk menekan biji jarak dalam penyaring sehingga dapat mengeluarkan minyak yang terkandung didalamnya. Alat ini dioperasikan secara manual dengan tenaga manusia. Untuk meringankan beban kerja operator, tuas pemutarnya dibuat panjang.
Gambar 2.3 Alat pres model penekan ulir
2.5.2 Model penekan horizontal
Alat dengan tipe ini bekerja secara manual dengan cara memberikan gaya tekan secara horizontal pada biji jarak yang ditempatkan di dalam silinder. Alat penekannya berbentuk seperti piston yang menekan biji jarak sampai mengeluarkan minyak. Tuas penekannya dibuat panjang agar dapat meringankan beban kerja operator.
Gambar 2.4 Alat pres model penekan horizontal
2.5.3 Model penekan poros berulir (Extruder)
Alat dengan tipe ini memiki poros yang berulir. Alat ini bisa dioperasikan secara manual atau bisa juga dengan memanfaatkan motor listrik sebagai tenaga penggeraknya. Alat ini bekerja dengan cara menekan biji jarak yang telah digiling/dihancurkan dengan memanfaatkan putaran poros berulir. Poros berulir dibuat sedemikian rupa sehingga memiliki perubahan kisaran dan diameter kaki. Rasio kompresi didapat dari perbandingan diameter poros awal dan akhir ulir. Ulir akan membawa dan mendorong biji jarak yang dimasukan ke dalam silinder. Konstruksi penutup memungkinkan biji tertekan lebih lama di dalam silinder sampai minyak keluar. Sisa bungkil yang tidak menjadi minyak dibuang dalam bentuk ampas.
Gambar 2.5 Alat pres model penekan poros berulir (Extruder) 2.5.4 Model penekan hidrolik
Alat dengan tipe ini bekerja secara manual dengan memanfaatkan dongkrak hidrolik sebagai tenaga yang memberikan penekanan secara vertical terhadap biji
jarak yang ditempelkan didalam silinder penyaring (wadah biji jarak), hingga mengeluarkan minyak yang terdapat didalamnya. Pada pemerahan tipe ini ini biji jarak yang akan diperah terlebih dahulu dibungkus dengan sejenis kain yang berfungsi sebagai saringan agar ampas sisa pemerahan tidak ikut keluar bersama minyak sehingga minyak yang dihasilkan lebih bersih dan jernih.
Gambar 2.6 Alat pres model penekan hidrolik
2.6 Tujuan Pemanasan
Pemanasan merupakan salah satu tahap dalam proses pengolahan minyak, yang bertujuan untuk menyatukan dan mengumpulkan butir-butir minyak sehingga memungkinkan minyak dapat mengalir keluar dari daging biji jarak dengan mudah serta dapat mengurangi afinitas minyak pada permukaan biji sehingga pekerjaan pemerasan menjadi lebih efisien (Ketaren, 1986)[4]. Selain itu, pemanasan juga dimaksudkan untuk menonaktifkan enzim-enzim, sterilisasi pendahuluan, menguapkan air hingga kadar air tertentu, meningkatkan keenceran minyak, menggumpalkan beberapa protein sehingga memudahkan pemisahan lebih lanjut dan mengendapkan beberapa pospatida yang tidak dikehendaki (Makfoeld, 1982)[8].
Dari hasil penelitian sebelumnya yaitu menggunakan sistem pres hidrolik dan pemanasan pendahuluan dengan tekanan pengepresan 110 kg/cm2 selama 15 menit, didapat data sebagai berikut :
Tabel 2.5 Pengaruh metode pemanasan biji jarak terhadap rendemen minyak
Metode Pemanasan Suhu Pemanasan
(oc) Pemanasan Waktu (menit)
Rendemen Minyak(%)
Blansir uap panas 170 30 22.23
Pemanasan dengan
oven 105 30 24.51
Penggongsengan - - 27.95
Sumber : Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian USU Medan (2005)[1]
Dari data tersebut dapat dilihat bahwa pemanasan berpengaruh terhadap rendemen minyak yang dihasilkan, Departemen Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian USU Medan (2005)[1] menjelaskan bahwa rendemen minyak jarak yang dihasilkan dalam penelitian ini masih cukup rendah yaitu berkisar antara 22-27%, sedangkan rendemen minyak yang terdapat dalam biji jarak yang digunakan adalah sebesar 46%. Hal ini menunjukkan bahwa pada bungkil biji jarak masih terdapat minyak sebesar 19-24%.
Selain itu juga proses untuk sampai menghasilkan minyak biji jarak memerlukan waktu yang cukup lama ini dikarenakan sistem pemanasan dan sistem pengepresannya terpisah.
Pada penelitian lain yang dilakukan oleh Santiyo Wibowo[14] dengan 3 parameter yaitu:
1. Kondisi biji jarak sebelum dipres yaitu dengan dipanaskan terlebih dahulu dan tanpa dipanaskan.
2. Suhu waktu pengepresan / pengempaan yaitu pada temperatur 60 oC dan 80 oC.
3. Lama pengepresan / pengempaan yaitu 15 menit dan 20 menit.
Terlihat pada Tabel 2.6 pengaruh dari 3 parameter tadi sangat berpengaruh sekali terhadap rendemen minyak yang dihasilkan. Pengepresan pada penelitian ini menggunakan alat pres hidrolik manual berkekuatan 20 ton yang dilengkapi alat
pemanas pada landasan tekan. Namun pada penelitian ini pengepresan yang dilakukan pada daging biji jarak yang digiling sampai halus.
Tabel 2.6 Pengaruh kondisi biji, suhu dan lama pengepresan terhadap rendemen minyak yang dihasilkan
Kombinasi perlakuan (Treatmen combination) Rendemen
A1B1C13) 41,50 A1B1C2 45,75 A1B2C1 46,25 A1B2C2 48,50 A2B1C1 43,50 A2B1C2 45,50 A2B2C1 48,63 A2B2C2 48,75
Sumber : Santiyo Wibowo (Pengaruh Kondisi Biji, Suhu Dan Lama Pengempaan Terhadap Rendemen Dan Sifat Kimia Minyak Jarak Pagar (Jatropha Curcas) )[14] Keterangan:
1) Rata-rata dari 2 ulangan (mean value of two replications) 2) A1 = kondisi biji tidak dipanaskan (unheated seed)
A2 = kondisi biji dipanaskan (di dalam oven pada temperatur 50oC selama 1 jam)
B1 = suhu pengepresan (pressing temperature 60oC) B2 = suhu pengepresan (pressing temperature 80oC) C1 = lama pengepresan (pressing time 15 menutes) C2 = lama pengepresan (pressing time 20 menutes)
2.7 Perpindahan Panas
Bila dalam suatu sistem terdapat gradient suhu atau bila dua sistem yang suhunya berbeda disinggungkan, maka akan terjadi perpindahan energi. Proses dengan mana transport energi itu berlangsung disebut dengan perpindahan panas (Kreith dan Prijono, 1997)[5].
Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat dari beda suhu antara daerah-daerah tersebut (Kreith dan Prijono, 1997)[5]. Perpindahan panas pada umumnya mengenal tiga cara pemindahan panas yang berbeda yaitu konduksi, radiasi dan konveksi.
2.7.1 Konduksi
Konduksi adalah proses di mana panas mengalir dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam satu medium (padat,
cair atau gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung. Dalam aliran panas konduksi, perpindahan energi terjadi karena hubungan molekul secara langsung tanpa adanya perpindahan molekul yang cukup besar (Kreith dan Prijono, 1997)[5]. Misalkan panas yang berpindah dalam sebuah batang logam akibat pemanasan salah satu ujungnya.
Gambar 2.7 Perpindahan panas konduksi
qk = dQ/dt = k (A/L) ΔT
= k (A/L) (T1 – T2) (1) Keterangan:
qk = Laju aliran kalor konduksi (W) A = Luas penampang (m2)
L = Tebal dinding (m)
k = Konduktivitas termal bahan (W/m.oC) T = Suhu permukaan dinding (oC)
Gambar 2.8 Konduksi
2.7.2 Radiasi
Radiasi adalah proses dengan mana panas mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah bila benda-benda itu terpisah di dalam ruang, bahkan bila terdapat ruang hampa di antara benda-benda tersebut (Kreith
dan Prijono, 1997)[5]. Misalnya perpindahan panas antara matahari dengan mobil berwarna hitam yang diparkir di tempat terik.
Gambar 2.9 Radiasi
Laju perpindahan panas radiasi dihitung melalui persamaan berikut:
qr = ε σ A (T14 + T24) (2) Keterangan:
qr = laju perpindahan panas radiasi (W) σ = konstanta Stefan-Boltzman (W/m2K) A = luas penampang (m2)
T = temperatur (°C atau K) ε = emisivitas bahan (0 < ε < 1)
ε = 0 (benda putih) ε = 1 (benda hitam)
2.7.3 Konveksi
Konveksi adalah proses transport energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur. Konveksi sangat penting sebagai mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat dan cairan atau gas (Kreith dan Prijono, 1997)[5]. Perpindahan panas konveksi, dimana perpindahan panas terjadi di antara permukaan sebuah benda padat dengan fluida (airan atau gas) yang menyentuh permukaan. Aplikasinya banyak ditemukan di kehidupan sehari-hari maupun dalam dunia industri, misalnya dalam memasak, pendinginan mobil, penukar panas dan lain-lain. Laju perpindahan panas radiasi dihitung melalui persamaan berikut :
qc = – hc A ∆T = hc A(Tw – Tf) (3) Keterangan:
qc = laju perpindahan panas konveksi (W) A = luas penampang bidang (m2) hc = koefisien konveksi (W/m2°C) Tw = suhu permukaan dinding (°C)
Tf = suhu fluida (°C)
Perpindahan panas konveksi terbagi menurut sifat aliran, diantaranya: 1. Konveksi paksa, yaitu apabila aliran fluida terjadi karena penyebab eksternal,
seperti: pompa, kipas dan sebagainya.
2. Konveksi bebas, yaitu bila aliran yang terjadi disebabkan oleh gaya apung akibat perbedaan densitas
3. Konveksi yang disertai perubahan fasa.
Gambar 2.10 Konveksi
2.8 Heater
Elemen pemanas adalah sebuah bahan yang bisa menghasilkan panas dari proses konversi energi listrik menjadi energi panas. Hubungan antara panas yang dihasilkan dengan energi listrik dapat dihitung dengan rumus :
W = I2R.t (4)
Keterangan :
W = Energi listrik atau panas (Joule) I = Arus listrik (Ampere)
R = Hambatan listrik (ohm) t = Waktu (detik)
Panas yang dihasilkan berbanding lurus dengan nilai hambatan listrik. Jika hambatan listrik makin besar, maka panas yang dihasikan makin besar pula, begitu pun sebaliknya.
Salah satu luaran yang diharapkan dari pembuatan alat ini yaitu bahwa alat ini bisa meredam panas atau pemanasan yang terjadi dalam mesin tidak meradiasi keluar. Ketika zat padat dipanaskan maka suhunya akan naik. Ketika titik lelehnya tercapai, suhunya akan tetap sampai seluruh zat meleleh. Bila pemanasan diteruskan, cairan makin panas sampai titik didih tercapai. Walaupun pemanasan diteruskan pada cairan yang mendidih ini, suhu tetap sama sampai seluruh cairan berubah menjadi uap. Setelah menjadi uap suhu bisa naik lagi bila pemanasan diteruskan.
Gambar 2.11 Heater
2.9 Pengelasan
2.9.1 Las Listrik (SMAW)
Gambar 2.12 Instalasi las listrik
SMAW adalah suatu proses penyambungan dua keping logam atau lebih, dilakukan pada logam yang sama atau pada logam yang tidak sama menjadi suatu
sambungan yang tetap (permanen), dengan menggunakan sumber panas listrik dan bahan tambah/pengisi berupa elektroda terbungkus.
Pada proses las elektroda terbungkus, busur api listrik yang terjadi antara ujung elektroda dan logam induk (base metal) akan menghasilkan panas. Panas inilah yang mencairkan ujung elektroda (kawat las) dan benda kerja secara setempat. Dengan adanya pencairan ini maka kampuh las akan terisi oleh logam cair yang berasal dari elektroda dan logam induk, terbentuklah kawah cair, lalu membeku maka terjadilah logam las an (weldment) dan terak (slag).
Parameter pengelasan : 1. Panjang busur 2. Voltage 3. Arus (Current)
Tabel 2.7 Diameter elektroda, ketebalan benda kerja dan besarnya arus
Diameter Elektroda
(inchi) Ketebalan Benda Kerja (inchi) Arus (ampere)
3/32 1/16 25-65 1/8 1/8 60-110 5/32 3/16 110-170 3/16 ¼ 150-225 ¼ 3/8 150-350 ¼ ½ 190-350 5/16 ¾ 200-450 5/16 1 200-450
Sumber : Modul pelatihan “Las (welding)” Politeknik Negeri Bandung
2.9.2 Las Titik
Las titik adalah pengelasan memakai metode resistansi listrik dimana pelat lembaran dijepit dengan dua eletroda. Ketika arus dialirkan maka terjadi sambungan las pada posisi jepitan.
Siklus pengelasan titik dimulai ketika elektroda menekan pelat diamana arus belum dialirkan. Waktu proses ini disebut waktu tekan. Setelah itu arus dialirkan ke elektroda sehingga timbul panas pada pelat diposisi eletroda sehingga terbentuk sambungan las. Waktu proses ini disebut waktu las.
Gambar 2.13 Diagram alat las titik
Setelah itu arus dihentikan namun tekanan tetap ada dan proses ini disebut waktu tenggang. Kemudian logam dibiarkan mendingin sampai sambungan menjadi kuat dan tekanan di hilangkan dan pelat siap dipindahkan untuk selanjutnya proses pengelasan dimulai lagi untuk titik yang baru. Peralatan mesin las titik ada tiga yaitu mesin las titik tunggal stasioner, mesin lasa titik tunggal yang dapat dipindahkan dan mesin las titik ganda.
Mesin las stasioner dapat dibagi lagi jenis nya yaitu jenis lengan ayun dan jenis tekanan langsung. Jenis lengan ayun merupakan jenis yang sederhana dan mempunyai kapasitas kecil.
Tahanan terbesar terdapat pada batas kontak permukaan antara kedua lembaran benda kerja yang tergantung kepada :
a) Luasnya permukaan benda kerja b) Basarnya gaya tekan elektroda c) Ukuran elektroda
2.10 Tegangan Pada Silinder
Tabung tekan berbentuk silinder, silinder hidrolis, laras bedil dan pipa yang membawa fluida bertekanan tinggi menimbulkan tegangan radial dan tangensial (Shigley dan Mitchel,1994)[3]. Suatu tabung silinder berdinding tipis berisi gas atau fluida dengan tekanan P akan mengalami gaya tarik F yang menahan gaya pecah yang terjadi sepanjang penampang longitudinal dan melintang (Suyitno,1995)[11].
2.10.1 Penampang Membujur
a. Tekanan didalam tabung
P = , karena A =
dan F = P . (5)
Gambar 2.14 Penentuan tegangan secara analitis
b. Tegangan yang terjadi pada penampang membujur pada silinder
σ
L = , dengan : A =π
. r
2=
π [ (
+ t)
2– (
2]
=π (
+ τ)
2–
d2F =
σ
L[π (
+ t)
2–
d2]
(6)Dari persamaan 5 dan 6 diperoleh :
P . =
σ
L[π (
+ t)
2–
d2]
σ
L = –=
– = – = (7)2.10.2 Penampang Melintang
Gambar 2.15 Tabung penampang melintang
Luas elemen pada permukaan tabung :
r . ι . dθ
Gaya pada komponen horizontal : dF = Pn . dA= P . sin
θ . (r . ι . dθ)
= P .
r . ι . sin θ . dθ
F =
∫
= P .r . ι ∫
= P .
r . ι (- cos |
)
= P .r . ι
(8) Tegangan yang terjadi pada penampang transversal (transversal stress)σ
t = = , karena A =t. ι
, maka :σ
t = = =(9)
2.11 Sistem Kontrol
Berdasarkan cara kerjanya, sistem kontrol dapat dikelompokkan menjadi: a. Sistem Kontrol Proses
Ciri sistem kontrol ini adalah kita/operator harus memasukan angka atau nilai yang diharapkan dalam bentuk setting point kedalam controller, di mana sistem kontrol akan berusaha untuk mengejar dan menjaga agar nilai output tetap sesuai dengan setting point.
Parameter yang dikendalikan pada sistem ini biasanya berbentuk besaran analaog yang berupa temperatur, tekanan, aliran (flow), level, kadar pH atau komposisi gas.
Cara kerja sistem kendali proses dapat diidentifikasi dengan menggunakan blok diagram / diagram kotak yang akan memberikan gambaran mengenai perubahan sinyal/parameter pada setiap komponen sistem kendali, baik pada tranduser, pengkondisian sinyal, kontroller, maupun aktuator.
Kontroller pada sistem kendali proses memiliki empat langkah kerja, yaitu mengukur, membandingkan, menghitung dan mengoreksi.
Gambar 2.16 Diagram kotak
Sistem kontrol proses terbagi dalam dua golongan, yaitu : 1. Sistem Terbuka / Open Loop
Pada sistem ini manusia/operator masih dibutuhkan untuk mengendalikan sebuah proses.
2. Sistem Tertutup / Closed Loop
Pada sistem ini manusia/operator hanya dibutuhkan untuk memasukan set point, proses pengendalian sepenuhnya dilakukan oleh kontrol otomatis. b. Sistem Kontrol Berurutan (Sequential)
Ciri sistem kontrol ini adalah sistem merupakan satu siklus tertutup yang aktuatornya bekerja secara berurutan dimana setiap aktuator gerakannya dibatasi oleh satu atau lebih sensor yang berupa limit switch atau proximity switch.
Cara kerja sistem sequential dapat diidentifikasi dengan menggunakan diagram langkah / Step Diagram yang akan memberikan gambaran mengenai urutan gerakan setiap aktuator dan posisi sensor –sensor yang digunakan.
c. Sistem Kondisional
Ciri sistem kontrol ini adalah sistem kontrol harus memilih satu pilihan dari beberapa alternatif pilihan berdasarkan kondisi yang ada.
Cara kerja sistem kondisional dapat diidentifikasi dengan menggunakan Tabel Kebenaran (Truth Table) yang akan memberikan gambaran hubungan variasi input/sensor terhadap output.
2.12 Isolator Panas
Isolator panas berfungsi untuk mengisolasi sistem agar panas yang dihasilkan tidak keluar ke lingkungan dan tidak ada panas dari lingkungan yang masuk ke sistem.
Gambar 2.17 Glasswall
Material yang digunakan sebagai isolator panas harus memiliki nilai konduktivitas rendah atau disebut bahan isolasi. Bahan isolasi banyak sekali macamnya. Penggunaannya tergantung pada besar panas yang akan diisolasi dan kekuatan bahan dalam menahan panas.
Tabel 2.8 Nilai induktivitas bahan isolasi
Nama Bahan Konduktivitas Bahan (W/m.oC)
Asbes (lembaran) 0.166 Celotex 0.048 Glasswall 0.038 Kapuk 0.035 Silica aerogel 0.024
![Tabel 2.2 Komposisi kimia biji jarak Komponen Jumlah (%) Minyak 54 Karbohidrat 13 Serat 12.5 Abu 2.5 Protein 18 Sumber : Ketaren (1986) [4]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/4489399.2993907/4.892.122.800.80.314/komposisi-komponen-jumlah-minyak-karbohidrat-protein-sumber-ketaren.webp)
