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 pertama di 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."
Minyak yang didapatkan langsung dari pemerahan atau pengempaan biji sumber minyak (oilseed), yang kemudian disaring dan dikeringkan (untuk mengurangi kadar air), disebut sebagai minyak lemak mentah. Minyak lemak mentah yang diproses lanjut guna menghilangkan kadar fosfor (degumming) dan asam-asam lemak bebas (dengan netralisasi dan steam refining) disebut dengan refined fatty oil atau straight vegetable oil (SVO). SVO didominasi oleh trigliserida sehingga memiliki viskositas dinamik yang sangat tinggi dibandingkan 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 dimana memiliki 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.
2.1.2 Definisi Biodiesel
Biodiesel adalah bahan bakar mesin diesel yang berupa ester mono alkil asam-asam lemak rantai panjang, yang diturunkan dari minyak tumbuh-tumbuhan atau lemak hewan.Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar alternatif ramahlingkungan, tidak mempunyai efek terhadap kesehatan dan dapat dipakai sebagai bahan bakar kendaraan bermotor serta dapat lebih menurunkan emisi bila dibandingkan dengan minyak diesel. Biodiesel mempunyai sifat pembakaran yang serupa dengan minyak solar, sehingga dapat dipergunakan langsung pada mesin berbahan bakar minyak solar tanpa mengubah mesin.
Biodiesel bisa digunakan dengan mudah karena dapat bercampur dengan segala komposisi dengan minyak solar, mempunyai sifat fisik yang hampir sama dengan solar biasa sehingga dapat diaplikasikan langsung untuk mesin-mesin diesel yang telah ada hampir tanpa modifikasi, dapat terdegradasi dengan mudah (biodegradable), memiliki angka cetana yang lebih baik dari minyak solar biasa, asap buangan biodiesel tidak hitam, tidak mengandung sulfur dan senyawa aromatik sehingga emisi pembakaran yang dihasilkan ramah lingkungan. Angka cetana adalah bilangan yang menunjukkan ukuran baik tidaknya kualitas solar berdasarkan sifat kecepatan bakar dalam ruang bakar mesin. Semakin tinggi bilangan cetana, semakin cepat pembakaran dan semakin baik efisiensi termodinamisnya.
Penggunaan dan produksi biodiesel meningkat dengan cepat, terutama di Eropa, Amerika Serikat, dan Asia, meskipun dalam pasar masih sebagian kecil saja dari penjualan bahan bakar. Pertumbuhan SPBU membuat semakin banyaknya penyediaan biodiesel kepada konsumen dan juga pertumbuhan kendaraan yang menggunakan biodiesel sebagai bahan bakar.
Dibandingkan dengan solar, biodiesel memiliki kelebihan diantaranya : 1. Dapat terurai (biodegradable)
2. Tidak memerlukan modifikasi mesin diesel yang telah ada.
4. Kandungan energi yang hampir sama dengan kandungan energi petroleum diesel.
5. Penggunaan biodiesel dapat memperpanjang usia mesin diesel karena memberikan lubrikasi lebih daripada bahan bakar petroleum.
6. Memiliki flash point yang tinggi, yaitu sekitar 2000 C, sedangkan bahan bakar petroleum diesel flash pointnya hanya 700C.
7. Bilangan setana (cetane number) yang lebih tinggi daripada petroleum diesel Menurut Syah (2006), karakteristik emisi pembakaran biodiesel dibandingkan dengan solar adalah sebagai berikut :
1. Emisi karbon dioksida (CO2) netto berkurang 100% 2. Emisi sulfur dioksida berkurang 100%
3. Emisi debu berkurang 40-60%
4. Emisi karbon monoksida (CO) berkurang 10-50% 5. Emisi hidrokarbon berkurang 10-50%
6. Hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH = polycyclic aromatic hydrocarbon) berkurang, terutama PAH beracun seperti : phenanthren berkurang 98%, benzofloroanthen berkurang 56%, benzapyren berkurang 71%, serta aldehidadan senyawa aromatik berkurang 13%.
Tabel 2.1 Karateristik dan standar biodiesel (Lit.22) Parameter Satuan Standar Nasional
Gliserol Total %wt Maks 0,24 Maks 0,24 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 dapat dibuat dari berbagai minyak hayati (minyak nabati atau lemak hewani) melalui proses esterifikasi gliserida atau dikenal dengan proses alkoholisis. Reaksi yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut (Ma, F., 1999; Hariyadi, dkk,2005).
Hampir seluruh minyak nabati dapat diolah menjadi biodiesel. Minyak nabati yang dapat diolah menjadi biodiesel dapat dihasilkan oleh berbagai macam jenis tumbuhan seperti kedelai, kanola, inti sawit, kelapa, jarak pagar, bunga matahari, biji kapuk, jagung dan ratusan tanaman penghasil minyak lainnya. Namun bahan utama pembuatan biodiesel yang sering digunakan adalah minyak jarak pagar karena minyak ini bukan merupakan minyak untuk pangan karena minyak jarak ini memiliki sifat sangat beracun.
Biodiesel merupakan cairan kekuningan pada bagian atas dipisahkan dengan mudah dengan menuang dan menyingkirkan bagian bawah dari cairan. Untuk skala besar produk bagian bawah dapat dimurnikan untuk memperoleh gliserin yang berharga mahal, juga sabun dan sisa metanol yang tidak bereaksi.
Gambar 2.2 Diagram Alir Biodiesel (Lit.6; Hal.41)
Pembuatan biodiesel dapat dilakukan dengan cara berikut ini: 1. Proses reaksi kimia
Reaksi kimia dalam pembuatan biodiesel bisa dilakukan dengan 2 cara, yaitu : 1.a. Reaksi Trans-esterifikasi
Transesterifikasi (biasa disebut dengan alkoholisis) adalah tahap konversi daritrigliserida (minyak nabati) menjadi alkyl ester, melalui reaksi dengan alkohol, danmenghasilkan produk samping yaitu gliserol. Di antara alkohol-alkohol monohidrik yang menjadi kandidat sumber/pemasok gugus alkil, methanol adalah yang paling umum digunakan, karena harganya murah dan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksi disebut metanolisis).Jadi, di sebagian besar dunia ini, biodiesel praktis identik dengan ester metil asam-asam lemak (Fatty Acids Metil Ester, FAME).
Hal-hal yang mempengaruhi reaksi transesterifikasi
Tahapan reaksi transesterifikasi pembuatan biodiesel selalu menginginkan agar didapatkan produk biodiesel dengan jumlah yang maksimum. Beberapa kondisi reaksi yang mempengaruhi konversi serta perolehan biodiesel melalui transesterifikasi adalah sebagai berikut (Freedman, 1984):
a. Pengaruh air dan asam lemak bebas
Minyak nabati yang akan ditransesterifikasi harus memiliki angka asam yang lebih kecil dari 1. Banyak peneliti yang menyarankan agar kandungan asam lemak bebas lebih kecil dari 0.5% (<0.5%). Selain itu, semua bahan yang akan digunakan harus bebas dari air. Karena air akan bereaksi dengan katalis, sehingga jumlah katalis menjadi berkurang. Katalis harus terhindar dari kontak dengan udara agar tidak mengalami reaksi dengan uap air dan karbon dioksida.
c. Pengaruh jenis alcohol.
Pada rasio 6:1, metanol akan memberikan perolehan ester yang tertinggi dibandingkan dengaan menggunakan etanol atau butanol.
d. Pengaruh jenis katalis
Alkali katalis (katalis basa) akan mempercepat reaksi transesterifikasi bila dibandingkan dengan katalis asam. Katalis basa yang paling populer untuk reaksi transesterifikasi adalah natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), natrium metoksida (NaOCH3), dan kalium metoksida (KOCH3).Katalis sejati bagi reaksi sebenarnya adalah ion metilat (metoksida) Reaksi transesterifikasi akan menghasilkan konversi yang maksimum dengan jumlah katalis 0,5-1,5%-b minyak nabati. Jumlah katalis yang efektif untuk reaksi adalah 0,5%-b minyak nabati untuk natrium metoksida dan 1%-b minyak nabati untuk natrium hidroksida.
e. Metanolisis Crude dan Refined Minyak Nabati
Perolehan metil ester akan lebih tinggi jika menggunakan minyak nabati refined. Namun apabila produk metil ester akan digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel, cukup digunakan bahan baku berupa minyak yang telah dihilangkan getahnya dan disaring.
f. Pengaruh temperature
Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan pada temperatur 30 - 65° C (titik didih metanol sekitar 65° C). Semakin tinggi temperatur, konversi yang diperoleh akan semakin tinggi untuk waktu yang lebih singkat.
1.b. Reaksi Esterifikasi
Untuk mendorong agar reaksi bisa berlangsung ke konversi yang sempurna pada temperatur rendah (misalnya paling tinggi 120° C), reaktan metanol harus ditambahkan dalam jumlah yang sangat berlebih (biasanya lebih besar dari 10 kali nisbah stoikhiometrik) dan air produk ikutan reaksi harus disingkirkan dari fasa reaksi, yaitu fasa minyak. Melalui kombinasi-kombinasi yang tepat dari kondisi-kondisi reaksi dan metode penyingkiran air, konversi sempurna asam-asam lemak ke ester metilnya dapat dituntaskan dalam waktu 1 sampai beberapa jam. Reaksi esterifikasi dari asam lemak menjadi metil ester adalah :
Hal-hal yang Mempengaruhi Reaksi Esterifikasi a. Waktu Reaksi
Semakin lama waktu reaksi maka kemungkinan kontak antar zat semakin besar sehingga akan menghasilkan konversi yang besar. Jika kesetimbangan reaksi sudah tercapai maka dengan bertambahnya waktu reaksi tidak akan menguntungkan karena tidak memperbesar hasil.
b. Pengadukan
Pengadukan akan menambah frekuensi tumbukan antara molekul zat pereaksi dengan zat yang bereaksi sehingga mempercepat reaksi dan reaksi terjadi sempurna.
c. Katalisator
d. Suhu Reaksi
Semakin tinggi suhu yang dioperasikan maka semakin banyak konversi yang dihasilkan, hal ini sesuai dengan persamaan Archenius. Bila suhu naik maka harga k makin besar sehingga reaksi berjalan cepat dan hasil konversi makin besar.
2. Proses Lanjutan (Pencucian)
Banyak cara “washing” biodiesel, yang paling banyak digunakan adalah “The Bubblewash Methode”, caranya adalah ditambahkan air seperempat sampai setengah volume oil (campur H3PO410% 10 ml per galon) pada suhu tetap. Masukkan pompa akuarium, nyalakan 24 jam.Lakukan lagi sekitar 3 - 4 kali hingga pH air netral.
2.2 Biodiesel dari bahan-bahan lainnya
2.2.1 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 105C, 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.
2.2.2 Biodiesel dengan Bahan Baku Kelapa
Famili : Palmae
Genus : Cocos
Inti buah tanaman kelapa ini memiliki kandungan minyak kelapa sebanyak 34 % dengan kelembaban 6-8 %. Kandungan asam lemak minyak kelapa yang paling banyak adalah asam laurat C12:0 (asam lemak jenuh / saturated fatty acid).
Pada pembuatan minyak kelapa yang menjadi bahan baku utamanya adalah daging kelapa. Minyak kelapa berdasarkan kandungan asam lemak digolongkan ke dalam minyak asam laurat, karena kandungan asam lauratnya paling besar jika dibandingkan dengan asam lemak lainnya. Berdasarkan tingkat ketidakjenuhannya yang dinyatakan dengan bilangan iod (iodine value), maka minyak kelapa dapat dimasukkan ke dalam golongan non drying oils, karena bilangan iod minyak tersebut berkisar antara 7,5 – 10,5.
Minyak kelapa yang belum dimurnikan mengandung sejumlah kecil komponen bukan minyak, misalnya fosfatida, gum sterol (0,06 –0,08%), tokoferol (0,003) dan asam lemak bebas (kurang dari 5%), sterol yang terdapat di dalam minyak nabati disebut phitosterol dan mempunyai dua isomer, yaitu beta sitoterol (C29H50O) dan stigmasterol (C29H48O). Stirol bersifat tidak berwarna, tidak berbau, stabil dan berfungsi sebagai stabiliuzer dalam minyak.
Tokoferol mempunyai tiga isomer, yaitu α-tokoferol (titik cair 158o-160oC), -tokoferol (titik
cair 138o-140oC) dan -tokoferol. Persenyawaan tokoferol bersifat tidak dapat disabunkan, dan berfungsi sebagai anti oksidan.
Warna coklat pada minyak yang mengandung protein dan karbohidrat bukan disebabkan oleh zat warna alamiah, tetapi oleh reaksi browning. Warna ini merupakan hasil reaksi dari senyawa karbonil (berasal dari pemecahan peroksida) dengan asam amino dari protein, dan terjadi terutama pada suhu tinggi. Warna pada minyak kelapa disebabkan oleh zat warna dan kotoran – kotoran lainnya.
minyak menggunakan uap panas maka warna kuning yang disebabkan oleh karoten akan mengalami degradasi. Daging buah kelapa dapat diolah menjadi santan (juice extract). Santan kelapa ini dapat dijadikan bahan penganti susu atau dijadikan minyak.
Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa (Lit.19; Hal. 18)
Asam lemak Rumus kimia Jumlah ( % )
Asam lemak jenuh
Asam kaproat C5H11COOH 0,0 – 0,8
Asam kaprilat C7H15COOH 5,5 – 9,5
Asam kaprat C9H19COOH 4,5 – 9,5
Asam laurat C11H23COOH 44,0 – 52,0
Asam miristat C13H27COOH 13,2 – 19,0
Asaam palmitat C15H31COOH 7,5 – 10,0
Asam stearat C17H35COOH 1,0 – 3,0
Asam lemak tidak jenuh
Asam palmitoleat C15H29COOH 0,0 – 1,3
Asam oleat C17H33COOH 5,0 – 8,0
Asam linoleat C17H31COOH 1,5 – 2,5
2.2.3 Biodiesel dengan Bahan Baku Sawit
Tanaman kelapa sawit (Elaeis guinensis) berasal dari Guinea di pesisir Afrika Barat, kemudian diperkenalkan ke bagian Afrika lainnya, Asia Tenggara dan Amerika Latin sepanjang garis equator (antara garis lintang utara 15o dan lintang selatan 12o). Kelapa sawittumbuh baik pada daerah iklim tropis, dengan suhu antara 24 oC - 32 oC dengan kelembaban yang tinggi dan curah hujan 200 mm per tahun. Kelapa sawit mengandung kurang lebih 80% perikarp dan 20% buah yang dilapisi kulit yang tipis. Kandungan minyak dalam perikarp sekitar 30% – 40%. Kelapa sawit menghasilkan dua macam minyak yang sangat berlainan sifatnya, yaitu :
2. Minyak inti sawit (CPKO), yaitu minyak yang berasal dari inti kelapa sawit
Pada umumnya minyak sawit mengandung lebih banyak asam-asam palmitat, oleat dan linoleat jika dibandingkan dengan minyak inti sawit. Minyak sawit merupakan gliserida yang terdiri dari berbagai asam lemak, sehingga titik lebur dari gliserida tersebut tergantung pada kejenuhan asam lemaknya. Semakin jenuh asam lemaknya semakin tinggi titik lebur dari minyak sawit tersebut.
Tabel 2.3 Karakteristik Minyak Sawit (Lit.19; Hal. 23)
Karakteristik Harga
Specific Gravity pada 37,8 oC 0,898-0,901
Iodine Value 44 – 58
Saponification Value 195 – 205
Unsaponification Value, % < 0,8
Titer, C 40 – 47
Komponen penyusun minyak sawit terdiri dari trigliserida dan non trigliserida. Asam- asam lemak penyusun trigliserida terdiri dari asam lemak jenuh dan asam lemak tak jenuh.
Tabel 2.4 Komposisi Komponen Trigliserida Asam Lemak pada Minyak Sawit dari Berbagai Sumber (Lit.15; Hal.2)
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 -
Komponen non-trigliserida ini merupakan komponen yang menyebabkan rasa, aroma dan warna kurang baik. Kandungan minyak sawit yang terdapat dalam jumlah sedikit ini, sering memegang peranan penting dalam menentukan mutu minyak. Tabel 2.5 Kandungan Minor (Komponen non-Trigliserida) Minyak Sawit(Lit.19; Hal. 24)
Komponen ppm
2.2.4 Biodiesel dengan Bahan Baku Minyak Wijen
Berdasarkan catatan pustaka, produk minyak wijen atau sesame oil yang diperoleh dengan cara memeras biji tanaman wijen sudah dikenal sejak zaman
baheula. Salah satu sumber pustaka yang memuat tentang minyak wijen adalah kitab Hindu Ayur-Veda dari Tanah India. Sedangkan bangsa-bangsa yang sejak lama menggunakan minyak wijen, selain mereka yang berasal dari India, juga bangsa-bangsa Timur Tengah, Cina, Jepang, Amerika, dan Kanada.
Minyak wijen yang diproses dari biji wijen hitam atau putih sangat kaya dengan kandungan protein, vitamin, dan mineral. Minyak wijen yang diketahui sangat kaya zat gizi itu, sekaligus mengandung senyawa asam lemak esensial, omega 6, omega 9, antioksidan, dan lecithin yang berkasiat baik bagi pencegahan penyakit jantung, kolesterol, kanker, dan lain-lain.
Biji wijen murni 100 % dipilih, dipanaskan pada temperatur sedang dan dengan menggunakan dua tahap penyaringan untuk menghasilkan minyak yang diharapkan. Minyak mentah yang dihasilkan adalah dasar yang diyakini sebagai RBDW minyak wijen.
Minyak wijen memiliki sifat yang khas, berwarna kuning keemasan yang jernih dan beraroma lembut. Minyak ini memiliki kesetimbangan yang tinggi dan ketahanan dari kerusakan dan oksidasi. Keuntungan dari minyak wijen bahwa minyak ini pada temperatur tinggi tidak terbakar secepat minyak lain, dan keuntungan yang lain adalah memiliki anti oksida yang disebut SESAMOL. Minyak wijen memiliki 87 % lemak tidak jenuh yang 41 %- nya merupakan asam linoleat.
Tabel 2.6 Tabel Spesifikasi Kualitas (Lit.19; Hal. 16)
ANALISA RANGE
Asam lemak bebas (Linoleat) Maks 2 %
Bilangan Peroksida 2,0
Laju pengeringan Maks 0,15 %
Massa jenis (20 oC) 0,916-0,926 gr/ml
Bilangan Iodida 104-125
Angka Penyabunan 188-198
Test Halpen Negatif
Indeks Refraksi 1,472-1,4786
Test beku selama 5,5 jam pada 0 oC Berhasil
Sabun 0
Tabel 2.7 Tabel Profil Asam Lemak Bebas (Lit.19; Hal. 17)
Profil asam lemak Nama Jumlah
C16 Palmitic 7%-12%
C18 Stearic 3,6%-50%
C18:1 Oleic 35%-50%
C18:2 Linoleat 35%-50%
Sebagai catatan, minyak wijen yang bukan berasal dari hasil pembakaran biji wijen, kadang- kadang dapat kita jumpai disupermarket dan tidak bagus digunakan sebagai pengganti minyak wijen yang digunakan pada bahan makanan/masakan. Karena minyak wijen yang digunakan pada makanan dihasilkan dari biji wijen yang dipress. Minyak Rusia. Kandungan asam oleat berbanding terbalik dengan proses maturasi biji.
Bunga matahari banyak dibudidayakan di Eropa. Prosesing awal dari biji bunga matahari dari kulit menghasilkan minyak kuning dengan aroma yang lembut. Minyak biji bunga matahari ini (refined oil) digunakan sebagai minyak salad atau sebagai minyak goreng dan sebagai sumber pembuatan margarin. Untuk minyak salad yang digunakan hanya bunga matahari yang dihasilkan dari daerah Minnesota dan Dakota yang beriklim dingin, karena minyak yang dihasilkan berbeda untuk tiap daerah tergantung pada keadaan iklim.
Produksi minyak biji bunga matahari relatif besar di Rusia, Argentina dan Hungaria. Perkembangan popularitas biji bunga matahari terutama berhubungan dengan :
1. Kestabilan rasanya tanpa perlu hidrogenasi Hal ini menjadikan biji bunga matahari lebih alami
2. Ketinggian kandungan asam linoleatnya (55-70 %)
Hal ini menyebabkan produsen dapat memberi potongan harga kepada konsumen. Berbeda dengan minyak biji bunga matahari yang jauh lebih mahal harganya. Proses pengolahan minyak biji bunga matahari diawali dengan proses ekstraksi. Minyak mentah yang dihasilkan masih mengandung materi-materi pengotor yang kemudian disingkirkan melalui proses refining (Degumming, Neutralizing, Washing, Drying, Bleaching dan Deoderizing).
2.4 Mesin Diesel
Motor bakar diesel biasa disebut juga dengan mesin diesel (atau mesin pemicu kompresi) adalah motor bakar pembakaran dalam yang menggunakan panas kompresi untuk menciptakan penyalaan dan membakar bahan bakar yang telah diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Mesin ini tidak menggunakan busi seperti mesin bensin atau mesin gas. Mesin diesel memiliki efisiensi termal terbaik dibandingkan dengan mesin pembakaran dalam maupun pembakaran luar lainnya, karena memiliki rasio kompresi yang sangat tinggi. Mesin diesel kecepatan-rendah (seperti pada mesin kapal) dapat memiliki efisiensi termal lebih dari 50%. Mesin diesel dikembangkan dalam versi dua-tak dan empat-tak. Mesin ini awalnya digunakan sebagai pengganti mesin uap. Sejak tahun 1910-an, mesin ini mulai digunakan untuk kapal dan kapal selam, kemudian diikuti lokomotif, truk, pembangkit listrik, dan peralatan berat lainnya. Pada tahun 1930-an, mesin diesel mulai digunakan untuk mobil. Sejak saat itu, penggunaan mesin diesel terus meningkat dan menurut British Society of Motor Manufacturing and Traders, 50% dari mobil baru yang terjual di Uni Eropa adalah mobil bermesin diesel, 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 2.3 Diagram P-v
Keterangan Gambar: P = Tekanan (atm)
V = Volume Spesifik (m3/kg) T = Temperatur (K)
S = Entropi (kJ/kg.K)
Diagram T-S
Keterangan Grafik:
1-2 Kompresi Isentropik
2-3 Pemasukan Kalor pada Tekanan Konstan 3-4 Ekspansi Isentropik
4-1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan
2.4.1 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
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 2.5 Prinsip Kerja Mesin Diesel (Lit. 9 ; Hal 11)
2.4.2 Performansi Mesin Diesel 1. Nilai Kalor Bahan Bakar.
Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Berdasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor bawah.
nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong yang ditunjukkan pada persamaan 2.1 di bawah ini:
HHV = 33950 + 144200 (H2- 2
8) + 9400 S ... (2.1) Dimana: HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)
H2 = Persentase hidrogen dalam bahan bakar
O2 = Persentase oksigen dalam bahan bakar
S = Persentase sulfur dalam bahan bakar
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 umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan 2.2. berikut :
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
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 :
PB = daya ( KW )
T = torsi ( Nm )
n = putaran mesin ( Rpm )
3. Torsi
P
B=
2�.( .� )
60 ... (2.4)
�
=
.602�. ... (2.5)
4. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)
Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi yang penting di dalam suatu motor bakar. Parameter ini biasa dipakai sebagai ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya kuda yang dihasilkan. Untuk mencari konsumsi bahan bakar spesifik ditunjukkan oleh persamaan 2.6 di bawah ini:
SFC
=
�103
... (2.6)
m
f=
� 8 � 10 −3�
3600 ... (2.7)Dengan :
SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (gr/kw.jam) PB = daya (KW)
m
f = laju aliran bahan bakar (kg/jam)sgf = spesicific gravity t = detik
5. Efisiensi Termal
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)
6. 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 )...(2.9)
dimana: Te = suhu gas keluar exhaust manifold Ta = Suhu lingkungan (27oC)
Cp = panas jenis udara pada tekanan tetap (1.005 KJ/Kg K) Lit 29; hal 825
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 x mf )x (Te – Ta )
� ��� ...(2.10)
7. Emisi Gas Buang
Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik mengandung karbon dan hydrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen, sulfur atau fosfor. Contohnya hidrokarbon, alkohol, ester dan lain-lain. Polutan inorganik seperti karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen oksida, ozon dan lain-lain.
Polutan dibedakan menjadi Partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan, dan cairan seperti debu, asap, abu, kabut dan spray. Partikulat dapat bertahan di atmosfer sedangkan Polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan bercampur dengan udara bebas.
a. Partikulat
Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan magnetik asap. Fasa padatan tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan udara sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu Partikulat juga mengandung timbal yang merupakan bahan aditif
untuk meningkatkan kinerja pembakaran bahan bakar pada mesin kendaraan. Apabila butir-butir bahan bakar yang terjadi pada penyemprotan ke dalam silinder motor terlalu besar atau apabila butir-butir berkumpul menjadi satu maka akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya karbon-karbon padat atau angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur tinggi tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada didalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna terutama pada saat-saat dimana terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor akan diperbesar misalnya untuk akselerasi maka terjadinya angus itu tidak dapat dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak maka gas buang yang keluar dari gas buang motor akan berwarna hitam.
b. UHC (Unburned Hidrocarbon)
Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar ditangki bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara silinder dari torak masuk kedalam poros engkol yang disebut dengan blow by gasses (gas lalu). Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga akan menghasilkan gas buang yang mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor diesel terutama disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar.
c. Carbon Monoksida (CO)
Karbon dan oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida (CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan bakar (kira-kira 85% dari berat dan sisanya hidrogen) terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih gemuk daripada campuran stoikiometris dan terjadi selama idling
pada beban rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk, bila campuran kurus karbon monoksida tidak terbentuk.
d. Nitrogen Oksida (NOX)
Senyawa nitrogen oksida yang sering menjadi pokok pembahasan dalam masalah polusi udara adalah NO dan NO2. Kedua senyawa ini terbuang langsung ke udara bebas dari hasil pembakaran bahan bakar. Nitrogen monoksida (NO) merupakan gas berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam. Gas NO merupakan gas yang berbahaya karena mengganggu syaraf pusat. Gas NO terjadi karena adanya reaksi antara ion – ion N2 dan O2.
2.5Supercarjer
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.
Tujuan utama pemakaian supercarjer adalah untuk menambah daya akibat perubahan ketinggian tempat operasi (kepadatan udara rendah), ataupun untuk meningkan daya yang dapat diperoleh dari mesin tanpa supercarjer, mengurangi biaya bahan bakar, dan mengurangi berat atau ruang konstruksi pada suatu daya tertentu. Peningkatan daya output yang dapat diperoleh dari suatu mesin yang dilengkapi dengan supercarjer tergantung oleh beberapa faktor, tetapi yang terpenting adalah tekanan superchargering. Peningkatan daya output yang diperoleh dapat mencapai 40-100 , tetapi dengan disain khusus peningkatan yang lebih besar dapat dicapai. Mesin yang dilengkapi dengan supercarjer seperti yang dikatakan sebelumnya juga menghemat bahan bakar karena daya yang diperolah dengan mengunakan supercarjer meningkat dengan cepat dibandingkan dengan losses-losses akibat gesekan yang relatif tetap dan juga disebabkan oleh kecepatan udara yang tinggi me nyebabkan aliran turbulen dalam ruangan bakar sehingga proses pencampuran udara + bahan bakar dapat lenih cepat dan lebih baik mutunya.
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.
Untuk mencegah terjadinya tekanan maksimum yang terlalu tinggi ada kecenderungan untuk mengurangi perbandingan kompresi yang sekaligus memperingan start mesin. Karena supercarjer dapat memasukkan udara lebih banyak, dapat diharapkan menjadi lebih baik dan gas buangnya lebih bersih. Saat ini banyak motor diesel yang semulanya dirancang untuk bekerja tanpa supercarjer dilengkapi dengan supercarjer untuk mencapai tujuan tersebut.
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.
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 sempurnah.
Gambar 2.7 Supercarjer
2.5.1 Jenis- jenis Supercarjer
Berdasarkan kompressor yangdigunakan untuk menggerakkan supercharger maka supercarjer dapat dibagi atas :
a) Supercarjer, yang menggunakan positive displacement rotary compressor, dapat dibagi atas:
1. Impeler dengan 2 lobes 2. Impeler dengan 3 lobes
b) Supercarjer yang menggunakan centrifugal compressor.
Sedangkan berdasarkan cara penggerakkan kompressor maka supercarjer dapat dibagi atas :
1. Kompressor yang digerakkan dari crankshaft mesin itu sendiri 2. Kompressor yang digerakkan dari sumber daya luar
3. Kompressor yang digerakkan turbin dengan pemanfatan gas buang (Turbocharger) yang dapat dibagi atas :
b. Turbocarjer majemuk (compound Turbochargering) Jenis-jenis kompressor
1. Positive Displacement Rotary Compressor
Positve displacement rotary compressor yang digunakan dalam
supercharger biasanya berasal dari tipe “ROOT” yang terdiri atas dun rotor
(impeler) yang bergerak secara berlawanan. Impeler dipasang pada kedua poros yang paralel dan memiliki dua atau tiga kuping (lobes) yang saling berpasangan seperti roda gigi ketika impeler ini berputar. Udara yang masuk pada awlnya akan terjebak pada ruang antara rumah dan lembah pada lobes yang saling berdekatan, yang kemudian dibawa ke saluran keluar dan udara dipaksa memasuki ruang silinder.
Untuk impeler dengan 2 kuping (lobes) memiliki sifat-sifat sebagai berikut: 1. Menghasilkan kapasitas udara yang paling maksimum
2. Mengkonsumsi energi yang paling sedikit 3. Pemasukan udara yang tidak kontinius
4. Sangat berisik terutama jika bentuk lobenya lurus
Sedangkan untuk imepeler dengan 3 lobes yang berbentuk spiral, merupakan tipe root kompressor yang lebih baik dibandingkan dengan 2 lobes karena tidak besrisik dan terutama karena aliran udara lebih merata (kontiniu)
2. Centrifugal kompressor
Sentrifugal kompressor merupakan tipe kompressor yang menggunakan rada kecepatan tinggi yang dilengkapi sudu-sudu dan ditiup dengan casing berbentuk
valve. Udara memasuki casing melalui saluran masuk, kemudian melalui sudu-sudu roda tersebut seolah-olah dilemparkan dengan gaya sentrifugal kesaluran kompressor. Udara yang dilempar dengan kecepatan tinggi ini masuk saluran buang diubah energi kinetiknya menjadi energi tekanan melalui diffuser. Biasanya putaran 4000-5000 rpm. Keunggulan positve displacement rotary compressor
Positive displacement rotary compressor secara praktis akan melapaskan udara dalam jumlah yang sama setiap putaran mesin tanpa memperhatikan kecepatan ataupun tekanan kerja dalam silinder. Tetapi untuk kompressor sentrifugal jumlah udara yang dimasukkan ke dalam silinder tiap putaran mesin akan selslu berubah-ubah karena tergantung pada kuadrat kecepatan roda putarnhya sehingga kapasitas pemasukkan udaranya akan jauh lebih sedikit dibandingkan dengan positive displacement rotary compressor terutaman pada putaran rendah.
Supercarjer mirip dengan turbocarjer, tetapi turbocarjer ditenagai oleh arus gas keluaran mesin (exhaust) yang mendorong turbin. Supercharger dapat menyerap sebanyak sepertiga tenaga crankshaft mesin dan dalam banyak aplikasi kurang efisien daripada turbocharger.
Menurut Society of Automotive Engineers (SAE), turbocarjer berfungsi menambah tekanan dan keperekatan dari cairan – dalam hal ini campuran udara dan bensin – yang masuk ke ruang baker mesin bensin. Untuk itu digunakan kompresor yang digerakan turbin melalui pemanfaatan tenaga dan tekanan gas sisa pembakaran. Bila mengacu pada kamus bahasa otomotif, supercarjer adalah sebuah kompresor yang bekerja secara mekanis, digerakan puli crankshaft dengan bantuan tali pengerak (belt driven).
