DAFENG R180
PROPOSAL TUGAS AKHIR
Oleh
Diovani Dwi Pamungkas NIM. 22050754143
UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK MESIN 2025
ii
DAFENG R180
PROPOSAL TUGAS AKHIR
Diajukan kepada Universitas Negeri Surabaya
Untuk memenuhi sebagian persyaratan dalam menyeselsaikan Program Sarjana Strata Satu (S-1) Teknik Mesin
Oleh
Diovani Dwi Pamungkas NIM. 22050754143
UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK MESIN 2025
iii
Usulan Penelitian Oleh : Diovani Dwi Pamungkas NIM : 22050754143
Program Studi : S-1 Teknik Mesin
Judul : Pengaruh Penggunaan Bahan Bakar Campuran Biodiesel Minyak Kelapa Sawit (Elaeis Guineensis Jacq) Dengan Solar Terhadap Kadar Gas Buang Mesin Diesel Dafeng R180.
Ini telah di setujui dan dinyatakan memenuhi syarat untuk diajukan dalam seminar proposal tugas akhir.
Surabaya, 3 Juni 2025 Menyetujui,
Dosen Pembimbing Proposal Tugas Akhir
Prof. Dr. Drs. Muhaji, S.T., M.T.
NIP. 196109131992031001
iv
Usulan Penelitian Oleh : Diovani Dwi Pamungkas NIM : 22050754143
Program Studi : S-1 Teknik Mesin
Judul : Pengaruh Penggunaan Bahan Bakar Campuran Biodiesel Minyak Kelapa Sawit (Elaeis Guineensis Jacq) Dengan Solar Terhadap Kadar Gas Buang Mesin Diesel Dafeng R180.
Ini telah diuji dan dipertahankan dihadapan dewan penguji pada tanggal…., dan dinyatakan memenuhi syarat.
Dewan Penguji, Tanda Tangan Tanggal Selesai
Revisi Penguji I
Nama NIP.
Penguji II Nama NIP.
Penguji III (Pembimbing)
Prof. Dr. Drs. Muhaji, S.T., M.T.
NIP. 196109131992031001
Mengesahkan,
Dekan Fakultas Teknik Univesitas Negeri Surabaya
Mengetahui,
Koordinator Program Studi S-1 Teknik Mesin
Prof. Dr. Suparji, S.Pd., M.Pd.
NIP. 196906021994031001
Ir. Priyo Heru Adiwibowo, S.T., M.T., IPM NIP. 197604022005011002
v Yang bertanda tangan dibawah ini:
Nama : Diovani Dwi Pamungkas NIM : 22050754143
Tempat, tanggal lahir : Mojokerto, 21 April 2001 Program Studi : S-1 Teknik Mesin
Alamat : Dsn. Tegalsari RT. 17 RW. 05 Ds. Jabon Kec.
Mojoanyar Kab. Mojokerto.
Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa:
1. Tugas Akhir yang diujikan ini benar-benar hasil karya sendiri (tidak didasarkan pada data palsu atau hasil plagiasi/jiplakan atau autoplagiasi.
2. Apabila pada kemudian hari terbukti bahwa pernyataan saya tidak benar, saya akan menanggung resiko dan siap diperkarakan sesuai dengan aturan yang berlaku.
Demikian surat pernyataan yang saya buat dengan sebenar-benarnya.
Surabaya, 3 Juni 2025
Diovani Dwi Pamungkas
vi
Dengan penuh rasa syukur Alhamdulillah atas rahmat Allah SWT,
yang senantiasa melimpahkan berkah, rahmat, taufik, serta hidayah- Nya
sehingga penulis dapat menyelesaikan proposal tugas akhir yang
berjudul “Pengaruh Penggunaan Bahan Bakar Biodiesel Minyak Kelapa Sawit (Elaeis Guineensis Jacq) Dengan Solar Terhadap Kadar Gas Buang Mesin Diesel Dafeng R180”. Proposal tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Progam Studi Strata-1 di Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya.
Penulis menyadari dalam penyusunan proposal tugas akhir ini
tidak lepas dari bimbingan, motivasi, dan semangat dari pihak lain yang sangat membantu penulis dalam menyelesaikan proposal tugas akhir ini.
Pada kesempatan ini, penulis hendak menyampaikan rasa terimakasih
kepada semua pihak yang telah memberikan dukungan secara moril
maupun materiil sehingga proposal tugas akhir ini dapat selesai. Ucapan
terimakasih kasih ini penulis tujukan kepada yang terhormat:
1. Kedua orang tua penulis Ayah Alm. Didik Subianto dan Ibu Mulyo Harti, S.Pd. serta keluarga yang tiada henti memberikan doa, nasehat dan material sehingga penulis dapat menyelesaikan proposal tugas akhir ini.
2. Prof. Dr. Suparji, S.Pd., M.Pd. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Surabaya.
3. Priyo Heru Adiwibowo, S.T., M.T., IBM. selaku Koordinator Program Studi S1 Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Surabaya.
4. Prof. Dr. Drs. Muhaji, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing proposal tugas akhir Teknik Mesin Universitas Negeri Surabaya.
5. selaku dosen penguji satu proposal tugas akhir Teknik Mesin Universitas Negeri Surabaya.
vii
7. Ammar Alam Assysafiq, Fajar Maulana Ghifari, Faisal Darmawan serta teman–teman Prodi S1 Teknik Mesin Universitas Negeri Surabaya angkatan 2021 dan 2022 yang selalu memberikan waktu dan menambah motivasi penulis selama proses pembuatan proposal tugas akhir ini.
Penulis menyadari akan kekurangan-kekurangan dalam pembuatan proposal tugas akhir ini yang harus dibenahi, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran guna sempurnanya penelitian ini. Akhir kata penulis mohon maaf atas segala kesalahan dan kekurangan. Semoga proposal tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
Surabaya, 3 Juni 2025
Penulis
viii
PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR CAMPURAN BIODIESEL MINYAK KELAPA SAWIT (ELAEIS GUINEENSIS JACQ)
DENGAN SOLAR TERHADAP KADAR GAS BUANG MESIN DAFENG R180
Nama : Diovani Dwi Pamungkas NIM : 22050754143
Fakultas : Teknik
Program Studi : S-1 Teknik Mesin
Nama Lembaga : Universitas Negeri Surabaya Dosen Pembimbing: Prof. Dr. Drs. Muhaji, S.T., M.T.
Perkembangan industri otomotif saat ini menunjukkan peningkatan pesat, namun hal ini bertolak belakang dengan ketersediaan bahan bakar fosil yang semakin menipis. Biodiesel merupakan energi terbarukan sebagai pengganti bahan bakar diesel yang terdiri dari campuran mono- alkyl ester dari rantai panjang asam lemak, yang terbuat dari sumber terbarukan. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis karakteristik sifat fisika bahan bakar (densitas, viskositas, titik nyala, dan nilai kalor) dan kadar gas buang (O2, CO, CO2, NOx dan HC) dari bahan bakar campuran biodiesel minyak kelapa sawit dengan solar.
Jenis penelitian ini merupakan penelitian ekperimen. Jenis bahan bakar yang digunakan adalah solar (B0) dan biodiesel minyak kelapa sawit (B10, B20, B30, B40 dan B100). Pengujian karakteristik bahan bakar menggunakan standart American Standard Testing and Material ASTM (densitas D1298, viskositas D445, titik nyala D93, nilai setana D613, dan nilai kalor D240). Pengujian kadar gas buang (O2, CO, CO2, NOx dan HC) menggunakan standart uji dengan ISO 8178:1 dengan metode Load Based Testing. Variasi pengujian yang dilakukan adalah 1200 rpm, 1500 rpm, 1800 rpm, 2100 rpm, 2400 rpm, 2700 rpm kondisi mesin dalam pembebanan 500 watt dilakukan pada mesin diesel Dafeng R180. Intrumen penelitian meliputi engine dynamometer, gas analyzer (Heshbon HG-520), tachometer, thermocouple, dan alat yang digunakan blower. Penelitian dilaksanakan di laboratorium motor bakar teknik mesin Universitas Negeri Surabaya.
Hasil penelitian ini diharapkan mendapakatkan karakteristik bahan bakar yang sesuai dengan standart mutu biodiesel yang ada di Indonesia berdasarkan pada Keputusan (DIRJEN EBTKE) No. 3.K/EK.05/DJE/2023 dan kadar gas buang (O2, CO, CO2, NOx dan HC) yang dihasilkan sesuai dengan Kementrian Lingkungan Hidup dan Kehutanan Republik Indonesia No. 8 Tahun 2023.
Kata Kunci: minyak sawit, mesin diesel, biodiesel, kadar gas buang.
ix
LEMBAR PERSETUJUAN TUGAS AKHIR ... iii
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR ... iv
SURAT PERNYATAAN KEORISINAL TUGAS AKHIR... v
KATA PENGANTAR ... vi
ABSTRAK ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang... 1
B. Identifikasi Masalah ... 5
C. Batasan Masalah ... 6
D. Rumusan Masalah ... 7
E. Tujuan Penelitian ... 8
F. Manfaat Penelitian ... 8
BAB II KAJIAN PUSTAKA ... 10
A. Motor Bakar ... 10
B. Mesin Diesel ... 10
C. Prinsip Kerja Motor Diesel Empat Langkah ... 11
D. Diagram Katup Mesin Diesel Empat Langkah ... 13
E. Bahan Bakar ... 14
1. Solar ... 15
2. Biodiesel ... 16
3. Biosolar ... 17
F. Minyak Kelapa Sawit (Crude Palm Oil) ... 19
G. Proses Pembakaran Bahan Bakar Mesin Diesel ... 20
1. Pembakaran Sempurna ... 20
2. Pembakaran Tidak Sempurna ... 21
x
2. Viskositas... 22
3. Titik Nyala ... 22
4. Nilai Setana ... 22
5. Nilai Kalor ... 22
I. Kadar Gas Buang ... 23
1. Kadar Gas Buang Beracun (Emisi) ... 24
2. Kadar Gas Buang Tidak Beracun ... 26
J. Penelitian Relevan ... 28
K. Kerangka Berfikir ... 34
BAB III METODE PENELITIAN ... 35
A. Jenis Penelitian ... 35
B. Variabel Penelitian ... 35
1. Variabel Bebas ... 35
2. Variabel Terikat ... 36
3. Variabel Kontrol ... 36
C. Waktu dan Tempat Penelitian ... 36
1. Waktu Penelitian ... 36
2. Tempat Penelitian ... 37
D. Bahan, Alat dan Instrumen Penelitian ... 37
1. Bahan Penelitian ... 37
2. Alat Penelitian ... 37
3. Intrumen Penelitian ... 39
E. Rangkaian Peralatan dan Instrumen Penelitian ... 42
F. Diagram Alur Penelitian ... 43
G. Rancangan Penelitian ... 44
H. Metode dan Standar Penelitian ... 44
I. Prosedur Penelitian ... 51
J. Teknik Pengumpulan Data ... 52
xi
BAB IV DAFTAR PUSTAKA ... 58 LAMPIRAN ... 62
xii
Gambar 2. 1 Langkah Pengisian (Hisap) ... 11
Gambar 2. 2 Langkah Kompresi ... 12
Gambar 2. 3 Langkah Usaha ... 12
Gambar 2. 4 Langkah Pembuangan ... 13
Gambar 2. 5 Diagram katup mesin diesel empat langkah... 13
Gambar 2. 6 Diagram katup hisap ... 14
Gambar 2. 7 Diagram katup buang ... 14
Gambar 2. 8 Grafik Parameter Kadar Gas Buang ... 28
Gambar 2. 9 Grafik hubungan bahan bakar terhadap kadar konsentrasi kadar CO ... 28
Gambar 2. 10 Grafik hubungan bahan bakar terhadap kadar konsentrasi kadar HC ... 29
Gambar 2. 11 Grafik hubungan bahan bakar terhadap kadar konsentrasi kadar Opasitas ... 29
Gambar 2. 12 Grafik hubungan putaran mesin terhadap konsentrasi kadar CO ... 29
Gambar 2. 13 Grafik hubungan putaran mesin terhadap konsentrasi kadar HC ... 30
Gambar 2. 14 Grafik hubungan lamda terhadap konsentrasi kadar CO .. 30
Gambar 2. 15 Grafik hubungan lamda terhadap konsentrasi kadar Opasitas ... 31
Gambar 2. 16 Grafik hubungan lamda terhadap konsentrasi kadar CO2 31 Gambar 2. 17 Grafik hubungan putaran mesin terhadap konsentrasi kadar CO ... 32
Gambar 2. 18 Grafik hubungan putaran mesin terhadap konsentrasi kadar HC ... 32
Gambar 2. 19 Grafik hubungan putaran mesin terhadap konsentrasi kadar NOx ... 32
xiii
Gambar 2. 21 Grafik hubungan crank angle terhadap konsentrasi kadar
HC ... 33
Gambar 2. 22 Grafik hubungan crank angle terhadap konsentrasi kadar NOx ... 33
Gambar 2. 23 Kerangka Berfikir ... 34
Gambar 3. 1 Mesin diesel DAFENG R180 ... 37
Gambar 3. 2 Blower ... 39
Gambar 3. 3 Gas Analyzer ... 40
Gambar 3. 4 Tachometer Digital ... 41
Gambar 3. 5 Thermocouple ... 41
Gambar 3. 6 Diagram Alur Penelitian ... 43
Gambar 3. 7 Desain Eksperimen ... 44
xiv
Tabel 2. 1 Spesifikasi minyak solar murni (B-0) dengan CN 48 ... 15
Tabel 2. 2 Spesifikasi Biodiesel (B100) ... 16
Tabel 2. 3 Sifat-sifat Minyak Kelapa Sawit... 19
Tabel 2. 4 Karakteristik minyak kelapa sawit... 20
Tabel 2. 5 Baku Mutu Emisi Kendaraan Bermotor Kategori M, Kendaraan Bermotor Kategori N, dan Kendaraan Bermotor Kategori O ... 24
Tabel 3. 1 Spesifikasi Mesin diesel DAFENG R180 ... 38
Tabel 3. 2 Spesifikasi Generator... 38
Tabel 3. 3 Intrumen Penelitian Karakteristik Biosolar ... 39
Tabel 3. 4 Form pengujian laboratorium karakteristik bahan bakar ... 53
Tabel 3. 5 Pencatatan hasil pengujian bahan bakar terhadap kadar gas buang ... 53
Tabel 3. 6 Perbedaan kadar gas buang okigen (O2) terhadap putaran mesin pada AFR ... 54
Tabel 3. 7 Perbedaan kadar gas buang hidrokarbon (HC) terhadap putaran mesin pada AFR ... 55
Tabel 3. 8 Perbedaan kadar gas buang karbon monoksida (CO2) terhadap putaran mesin pada AFR ... 55
Tabel 3. 9 Perbedaan kadar gas buang karbon oksida (CO) terhadap putaran mesin pada AFR ... 56
Tabel 3. 10 Perbedaan kadar gas buang Nitrogen Oksida (NOx) terhadap putaran mesin pada AFR ... 56
Tabel 3. 11 Jadwal Pelaksanaan Tugas Akhir ... 57
Tabel 3. 12 Rencana Anggaran Biaya ... 57
xv
Lampiran 1 SK Dirjen EBTKE No. 3.K/EK.05/DJE/2023 ... 62
Lampiran 2 Blangko Bimbingan TUGAS AKHIR ... 62
Lampiran 3 Bukti Kehadiran Mengikuti Seminar Proposal ... 62
Lampiran 4 Surat Penunjukan Dosen Pembimbing ... 62
Lampiran 5 Matrik Seminar Proposal TUGAS AKHIR ... 62
Lampiran 6 Surat Penunjukan Penguji Seminar Proposal ... 62
Lampiran 7 Blangko Revisi Seminar Proposal (Penguji 1) ... 62
Lampiran 8 Blangko Revisi Seminar Proposal (Penguji 2) ... 62
Lampiran 9 Blangko Revisi Seminar Proposal (Penguji 3) ... 62
Lampiran 10 Daftar Hadir Peserta Seminar Proposal ... 62
1 A. Latar Belakang
Perkembangan industri otomotif saat ini menunjukkan peningkatan pesat, namun hal ini bertolak belakang dengan ketersediaan bahan bakar fosil yang semakin menipis (Setiawan dkk., 2021). Salah satu solusi yang diusulkan adalah penggunaan biodiesel sebagai alternatif bahan bakar. Biodiesel ini banyak diperoleh dari minyak nabati seperti minyak sawit, jarak pagar, minyak kelapa, kacang kedelai, dan sumber lainnya, serta memiliki sifat terbarukan, biodegradable, dan ramah lingkungan jika dibandingkan dengan bahan bakar solar (Amirulhadi dan Hakim, 2020). Selain itu, biodiesel memiliki efek pelumasan yang lebih baik dan angka setana yang tinggi (>50) yang membantu memperpanjang umur mesin serta meningkatkan performa mesin tanpa mengorbankan efisiensi (Persulesy et al., 2022).
Minyak sawit merupakan bahan utama yang digunakan untuk memproduksi biodiesel di Indonesia, yang sekaligus merupakan produsen minyak sawit terbesar di dunia. Industri minyak sawit telah memberikan kontribusi signifikan terhadap pendapatan negara (Siregar et al., 2021). Penggunaan biodiesel dari minyak sawit di Indonesia juga terbukti mampu menurunkan emisi gas buang hingga 47% dibandingkan dengan penggunaan solar konvensional (Siregar et al., 2015).
Mesin diesel merupakan mesin penggerak yang saat ini banyak digunakan pada bidang transportasi maupun bidang industri. Mesin diesel digunakan pada berbagai macam alat transportasi karena efisiensi bahan bakarnya (Afabek dkk., 2024). Mesin diesel menghasilkan tenaga mekanis melalui kompresi panas untuk pembakaran (Chakiim dkk., 2023). Salah satu keunggulan lain pada
mesin diesel ialah dapat mengangkat beban berat secara maksimal.
Mesin diesel dikenal sebagai mesin yang sangat efisien, namun terdapat permasalahan pencemaran udara dari sisa gas buang.
Meskipun biodiesel tidak sepenuhnya bebas dari masalah. Salah satu kelemahan utama biodiesel adalah kemampuannya untuk meningkatkan emisi NOx (nitrogen oksida) dalam gas buang, yang dapat berkontribusi terhadap polusi udara (Setiawan dkk., 2021).
Polusi udara akibat gas buang kendaraan bermotor menjadi perhatian besar di Indonesia, mengingat dampaknya terhadap kesehatan dan lingkungan. Pemerintah menyadari pentingnya menanggulangi masalah ini dan menyambut baik upaya dari industri otomotif untuk mengurangi emisi gas buang (Telaoembanoea, 2016).
Meskipun gas buang dari mesin diesel dan bensin memiliki komposisi emisi yang serupa, porsi emisi dari mesin diesel cenderung lebih rendah. Namun, senyawa berbahaya seperti hidrokarbon (HC), karbon monoksida (CO), dan nitrogen oksida (NOx) yang dihasilkan tetap berbahaya, karena dapat bereaksi dengan oksigen di udara dan mengancam kesehatan manusia (Ponidi dan Rohman, 2021).
Untuk mengatasi masalah ketersediaan bahan bakar fosil dan dampak lingkungan dari emisi gas buang, Indonesia telah mengadopsi inovasi berupa campuran bahan bakar (blending) antara minyak fosil dan minyak nabati. Kebijakan ini didasarkan pada Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) nomor 26 Tahun 2016, yang menegaskan pentingnya penggunaan biodiesel sebagai bagian dari upaya penyediaan dan pemanfaatan bahan bakar nabati jenis biodiesel di Indonesia (ESDM, 2016).
Pada tahun 2023, pemerintah memperbarui kebijakan ini dengan mengeluarkan peraturan baru yang meningkatkan proporsi pencampuran biodiesel dalam bahan bakar fosil. Kebijakan tersebut menetapkan bahwa bahan bakar nabati jenis biodiesel harus
dicampur dengan bahan bakar minyak jenis solar dengan komposisi 35% biodiesel dan 65% solar, yang dikenal sebagai B35 (ESDM, 2023).
Secara umum, B35 merupakan campuran yang berbasis pada Fatty Acid Methyl Esters (FAME) dari minyak kelapa sawit, dimana 35% dari campuran ini berasal dari minyak sawit, sementara sisanya adalah solar (Purnomo dkk., 2023). Kebijakan B35 ini diharapkan dapat mendukung transisi energi yang lebih ramah lingkungan sekaligus mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil, mengingat Indonesia memiliki sumber daya minyak kelapa sawit yang melimpah. Selain itu, langkah ini juga berpotensi mengurangi emisi gas rumah kaca dan mendukung pertumbuhan ekonomi melalui peningkatan penggunaan bahan bakar nabati.
Dalam upaya mengurangi dampak negatif emisi, negara-negara Eropa telah memberlakukan standar emisi yang ketat untuk kendaraan bermotor. Standar ini bertujuan menekan emisi karbon monoksida (CO), hidrokarbon (HC), nitrogen oksida (NOx), dan particulate matter (PM), sehingga kualitas udara dapat ditingkatkan (Purnomo dkk., 2023). Indonesia juga mengikuti langkah ini dengan menerapkan standar emisi Euro 4. Batasan emisi yang ditetapkan untuk mesin diesel di Indonesia mencakup CO 0,50 g/km, HC 0,30 g/km, NOx 0,25 g/km, dan particulate matter (PM) 0,025 g/km.
Penerapan standar ini diharapkan dapat secara signifikan mengurangi polusi udara dari sektor transportasi dan mendorong kualitas udara yang lebih bersih di Indonesia.
Salah satu metode pembuatan biodiesel adalah melalui proses transesterifikasi, yaitu penghilangan gliserol dari minyak dan reaksi antara asam lemak dalam minyak nabati atau hewani dengan alkohol (biasanya metanol) untuk membentuk metil ester (Thifal et al., 2023).
Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan dengan dua cara:
menggunakan katalis atau tanpa katalis. Katalis yang digunakan bisa
berupa katalis homogen atau heterogen. Katalis adalah zat yang mempercepat laju reaksi tersebut. Jika tidak menggunakan katalis, reaksi ini memerlukan suhu dan tekanan tinggi serta memakan waktu yang lama (Putri dan Kurniawati, 2019).
Sebagian besar penelitian tentang biodiesel berfokus pada penambahan biodiesel dalam berbagai proporsi pencampuran ke dalam solar, kemudian mempelajari bagaimana campuran bahan bakar tersebut memengaruhi proses pembakaran, kinerja mesin, dan emisi mesin diesel pada berbagai kondisi beban mesin (Ge et al., 2022).
Berdasarkan penelitian sebelumnya mengkaji emisi gas buang mesin diesel dengan menggunakan campuran solar dan biodiesel.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan campuran biodiesel dapat menurunkan konsentrasi CO, CO₂, dan SO₂ pada emisi gas buang. Hal ini menunjukkan potensi biodiesel dalam mengurangi polusi udara yang dihasilkan oleh mesin diesel (Irfan dan Purnomo, 2018). Penelitian selanjutnya meneliti pengaruh penambahan alkohol pada campuran solar dan minyak sawit terhadap emisi gas buang. Studi ini menemukan bahwa penambahan alkohol seperti metanol dapat menurunkan emisi jelaga pada mesin diesel, meskipun viskositas campuran perlu diperhatikan untuk memastikan performa mesin yang optimal (Syarifudin dkk., 2019) Menurut Wahyudi dkk., (2019) melakukan penelitian uji kadar gas buang minyak solar murni dengan konsentrasi 20% (B20) dari masing- masing biodiesel dengan solar yang terjual dipasaran. Campuran B20 minyak biji kepuh memiliki tingkat emisi gas CO paling rendah.
Campuran B20 minyak biji kepuh memiliki tingkat emisi gas HC yang paling rendah. Campuran B20 minyak biji kepuh menjadi campuran yang memiliki kadar opasitas paling renda dengan penurunan rata- rata sebesar 26%. Menurut Hariyanto dkk., (2021) pengujian yang diamati adalah emisi gas buang yaitu CO dan HC yang diukur
menggunakan alat uji orsat. Pengujian stationeri ini menggunakan variasi kecepatan yaitu 1000, 1250, dan 1500 rpm. Diuji dalam mesin diesel satu silinder type R175A. Dari semua campuran bahan bakar, terlihat bahwa minyak atsiri menghasilkan emisi HC lebih tinggi dibandingkan biodiesel (B30). Setiap campuran bahan bakar mengalami kenaikan nilai CO dengan penambahan putaran mesin, bahwa minyak atsiri menghasilkan emisi gas CO lebih tinggi daripada biodiesel (B30).
Berdasarkan latar belakang masalah tersebut, penulis beserta rekan kerjanya tertarik untuk melaksanakan penelitian payung dengan menggunakan biodiesel dari minyak sawit. Pembagian temanya antara lain pembuatan biodiesel, uji nyala api, kadar gas buang, dan unjuk kerja mesin. Sementara itu, penulis mengambil tema pengujian kadar gas buang dengan judul “Pengaruh Penggunaan Bahan Bakar Biodiesel Minyak Kelapa Sawit (Elaeis Guineensis Jacq) Dengan Solar Terhadap Kadar Gas Buang Mesin Diesel Dafeng R180”.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan di atas, maka dapat diidentifikasi pokok–pokok masalah adalah sebagai berikut:
1. Meningkatnya jumlah kendaraan di Indonesia akan meningkatkan penggunaan bahan bakar fosil.
2. Kebutuhan bahan bakar fosil yang terus meningkat menyebabkan ketersediaan bahan bakar fosil yang tidak dapat diperbarui semakin menipis.
3. Besarnya produksi minyak sawit di Indonesia belum terkelola dengan baik karena Indonesia masih fokus pada penggunaan minyak bumi dan belum sepenuhnya merealisasikan penggunaan biodiesel.
4. Masih terbatasnya energi alternatif yang dapat dikembangkan dan diaplikasikan langsung di masyarakat.
5. Kebutuhan untuk mengurangi kadar gas buang mesin diesel melalui penggunaan bahan bakar nabati seperti biodiesel sebagai alternatif yang lebih ramah lingkungan.
6. Keharusan untuk mematuhi standar kualitas udara ambien yang telah ditetapkan untuk menjaga kualitas udara yang sehat.
7. Program pemerintah biodiesel B35, yang diwajibkan oleh undang-undang, merupakan kelanjutan dari kebijakan B30 yang telah diterapkan sebelumnya. Dasar hukum pelaksanaan kebijakan ini merujuk pada SK Dirjen EBTKE No. B- 10766/MG.05/DJM/2024.
8. Penelitian ini untuk membandingkan karakteristik bahan bakar (densitas, viskositas, titik nyala, dan nilai kalor) pada biodiesel minyak kelapa sawit (B10, B20, B30, B40, B100) dengan solar (B0).
9. Penelitian ini untuk membandingkan penggunaan bahan bakar biodiesel minyak kelapa sawit (B10, B20, B30, B40, B100) dengan solar (B0) terhadap kadar gas buang (O2, CO, CO2, NOx dan HC) pada mesin Dafeng R180.
C. Batasan Masalah
Dalam melaksanakan penelitian, perlu membuat batasan agar lebih fokus dalam penelitian. Maka dari itu, batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bahan bakar yang digunakan adalah solar (B0) dan biodiesel dari minyak kelapa sawit sebagai campuran dengan volume 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 100% yang masing masing disebut B10, B20, B30, B40, B100.
2. Mesin yang digunakan dalam penelitian ini adalah mesin diesel Dafeng R180 empat langkah satu silinder dengan kompresi mesin 21:1.
3. Bahan bakar solar murni diperoleh dari laboratorium reparasi mesin jurusan teknik mesin Politeknik Negeri Perkapalan Surabaya.
4. Melakukan pengujian karakteristik sifat fisika densitas, viskositas, titik nyala, dan nilai kalor.
5. Tidak mengujikan nilai cetana
6. Pengujian terhadap kadar gas buang dilakukan pada pembebanan mesin 500 watt dengan variasi putaran mesin 1200 rpm, 1500 rpm, 1800 rpm, 2100 rpm, dan 2700 rpm.
7. Kandungan kadar gas buang yang diteliti adalah O2, CO, CO2, NOx dan HC.
8. Temperatur suhu mesin 60°C - 70°C.
9. Kondisi mesin diabaikan.
10.Temperatur ruangan sekitar 30°C - 35°C.
11.Tidak mengujikan Partikulat Matter (PM).
D. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang sudah tercantum, maka didapatkan rumusan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana karakteristik bahan bakar campuran biodiesel minyak kelapa sawit (densitas, viskositas, titik nyala, dan nilai kalor) dengan solar (B10, B20, B30, B40, B100)?
2. Bagaimana pengaruh penggunaan bahan bakar campuran biodiesel minyak kelapa sawit (B10, B20, B30, B40, B100) dengan solar (B0) pada mesin Dafeng R180 terhadap kadar gas buang terhadap kadar gas buang oksigen (O2), karbon monoksida (CO),
karbon dioksida (CO2), nitrogen oksida (NOx), dan hidrokarbon (HC)?
E. Tujuan Penelitian
Berdasarkan penelitian yang dilakukan, adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Untuk menganalisis karakteristik bahan bakar campuran biodiesel minyak kelapa sawit (densitas, viskositas, titik nyala, dan nilai kalor) dengan solar (B10, B20, B30, B40, B100).
2. Untuk menganalisis pengaruh penggunaan bahan bakar campuran biodiesel minyak kelapa sawit (B10, B20, B30, B40, B100) dengan solar (B0) pada mesin Dafeng R180 terhadap kadar gas buang oksigen (O2), karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), nitrogen oksida (NOx), dan hidrokarbon (HC).
F. Manfaat Penelitian
Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat memeberikan beberapa manfaat, antara lain:
1. Bagi Peneliti
Hasil penelitian ini dapat menambah wawasan, pengetahuan, serta pengalaman tentang cara pengujian kadar gas buang mesin diesen dengan bahan bakar campuran solar dan biodiesel minyak kelapa sawit.
2. Bagi Perguruan Tinggi
Hasil penelitian ini dapat dijadikan bahan kajian dan refrensi tentang uji kadar gas buang mesin diesel dengan bahan bakar solar dan biodiesel minyak kelapa sawit dan sebagai penunjang penelitian unggulan Universitas Negeri Surabaya terkait renewable energy.
3. Bagi Masyarakat
Hasil penelitian ini dapat menjelaskan bahwa penggunaan biodiesel sebagai bahan bakar alternatif dapat di aplikasikan secara luas untuk mengurangi ketergantungan penggunaan bahan bakar fosil.
10 BAB II
KAJIAN PUSTAKA
A. Motor Bakar
Menurut (Pratama dan Abdillah, 2022) Motor bakar adalah suatu mesin yang menghasilkan gerak dengan cara mengkonversikan energi kimia menjadi panas yang selanjutnya menjadi energi mekanik dari gerak translasi menjadi gerak rotasi. Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal, mesin kalor ini dibagi dalam 2 golongan yaitu:
1. Mesin pembakaran luar (external combustion engine).
Dimana terjadinya pembakaran yaitu diluar mesin, energi thermal dan gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui beberapa dinding pemisah, seperti mesin uap, ketel uap dan lain-lain.
2. Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine).
Dimana terjadinya pembakaran yaitu di dalam mesin itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida seperti motor bensin dan diesel.
B. Mesin Diesel
Mesin diesel adalah motor bakar dengan proses pembakaran yang terjadi didalam mesin itu sendiri (Internal Combustion Engine) dan pembakaran terjadi karena udara murni dikompresi dalam suatu ruang bakar sehingga diperoleh udara bertekanan tinggi serta panas yangtinggi, bersamaan dengan itu disemprotkan / dikabutkan bahan bakar sehingga terjadilah pembakaran. Pembakaran yang berupa ledakan akan menghasilkan panas mendadak naik dantekananmenjadi tinggi didalam ruang bakar. Tekanan ini mendorong piston kebawah yang berlanjut dengan poros engkol berputar (Samlawi, 2018). Sesuai dengan gerakan piston untuk
mendapatkan satu kali proses tersebut maka mesin diesel tersebut dibagi dalam 2 macam :
1. Mesin diesel 4 langkah (4 tak) 2. Mesin diesel 2 langkah (2 tak)
C. Prinsip Kerja Motor Diesel Empat Langkah
Prinsip motor diesel adalah menggunakan dua langkah atau two-stroke dalam menempuh satu kali siklus kerja. Sementara tiap langkah, itu membutuhkan setengah putaran engkol. Proses penyalaannya bukan menggunakan loncatan bunga api melainkan ketika torak hampir mencapai titik mati atas (TMA) bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar melalui nosel sehingga terjadilah pembakaran pada ruang bakar dan udara dalam silinder sudah mencapai temperatur tinggi. Syarat ini dapat terpenuhi apabila perbandingan kompresi yang digunakan cukup tinggi (Fadly dan Pakan, 2021). Siklus mesin diesel empat langkah menurut Samlawi, (2018) sebagai berikut:
1. Langkah pengisian (hisap)
Piston bergerak dari TMA ke TMB. Katup hisap terbuka dan katup buang tertutup, karena piston bergerak kebawah maka tekanan didalam silinder menjadi vacum (dibawah satu atmosfir) sehingga udara murni masuk kedalam silinder.
Gambar 2. 1 Langkah Pengisian (Hisap) Sumber: Samlawi, 2018
2. Langkah Kompresi
Piston bergerak dari TMB ke TMA. Katup hisap tertutup dan katup buang tertutup, udara didalam silinder didorong (ditekan) sehingga timbul panas dan tekanan yang tinggi. Akhir kompresi bahan bakar dikabutkan (disemprotkan dengan tekanan yang sangat tinggi melalui lubang yang sangat kecil) sehingga terjadi pembakaran (berupa ledakan).
Gambar 2. 2 Langkah Kompresi Sumber: Samlawi, 2018 3. Langkah Usaha
Pembakaran menghasilkan tekanan yang tinggi dalam ruang bakar, tekanan ini mendorong piston dari TMA menuju TMB, melakukan usaha.
Gambar 2. 3 Langkah Usaha Sumber: Samlawi, 2018
4. Langkah Pembuangan
Akhir langkah usaha katup buang terbuka, sehingga gas buang keluar melalui katup tersebut, karena didorong oleh piston bergerak dari TMB menuju TMA.
Gambar 2. 4 Langkah Pembuangan Sumber: Samlawi, 2018
D. Diagram Katup Mesin Diesel Empat Langkah
Diagram katup mesin diesel adalah skematik dari bukaan dan penutupan katup masuk (intake) dan katup buang (exhaust) pada mesin diesel dalam satu siklus kerja mesin empat langkah. Diagram katup mesin diesel empat Langkah:
Gambar 2. 5 Diagram katup mesin diesel empat langkah Sumber: Samlawi, 2018
1. Diagram katup hisap
Diagram katup isap dengan besaran derajat yang ditunjukkan
Dalam hal ini katup isap membuka pada posisi poros engkol 10°
sebelum piston mencapai TMA dan akan menutup pada posisi poros engkol 49° setelah piston melewati TMB. Jadi total waktu katup isap terbuka adalah 10°+180° +49° = 239°
Gambar 2. 6 Diagram katup hisap Sumber: Samlawi, 2018 2. Diagram katup buang
Diagram katup buang dengan besaran derajat, dimana katup buang menutup pada 46° sebelum TMB dan katup buang menutup pada 13° setelah TMA. Jadi total katup buang terbuka adalah 13° + 180° +46° = 239°
Gambar 2. 7 Diagram katup buang Sumber: Samlawi, 2018
E. Bahan Bakar
Bahan bakar adalah suatu material yang dapat diubah menjadi energi melalui reaksi pembakaran, bahan bakar tersebut mengeluarkan energi panas yang dapat dilepaskan dan dimanfaatkan
(Nasution, 2022). Namun pada penelitian ini akan membahas bahan bakar yang digunakan dalam penelitian yaitu:
1. Solar
Solar (C12H23) merupakan fraksi minyak bumi berwarna kuning coklat yang jernih yang mendidih sekitar 175-370°C dan pada umunya solar digunakan sebagai bahan bakar pada semua jenis mesin diesel dengan putaran tinggi (diatas 1000 rpm). Solar disebut juga Gas Oil, Automotive Diesel Oil, High Speed Diesel. Solar memiliki beberapa manfaat seperti lebih hemat energi, lebih tahan lama, dan lebih ramah lingkungan (Pertamina, 2020). Untuk spesifikasi bahan bakar biodiesel sebagai berikut:
Tabel 2. 1 Spesifikasi minyak solar murni (B-0) dengan CN 48
No. Parameter Uji Satuan Batasan
Min. Maks.
1. Bilangan setana:
Angka setana 48 -
Indeks setana 45 -
2. Berat jenis (pada
suhu 15°C) kg/m3 815 870
3. Viskositas (pada
suhu 40°C) mm2/s 2,0 4,5
4.
Kandungan sulfur % m/m -
0,25 0,05 0,005 5. Distilasi 90% vol.
penguapan ℃ - 370
6. Titik nyala ℃ 52 -
7. Titik kabut ℃ - 18
Titik tuang ℃ - 18
8. Residu karbon % m/m - 0,1
9. Kandungan air mg/kg - 5400
10. Korosi bilah
tembaga kelas - kelas 1
11. Kandungan abu % m/m - 0,01
12. Kandungan
sendimen % m/m - 0,01
13. Bilangan asam kuat Mg KOH/g 0
14. Bilangan asam total Mg KOH/g - 0,6 15. Penampilan visual - jernih dan terang
16. Warna No. ASTM - 3
No. Parameter Uji Satuan Batasan Min. Maks.
17. Lubrisitas (HFRR
wear scar dia. @60°C) mikron - 460
Sumber: Pertamina 2020 2. Biodiesel
Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif yang didapatkan melalui proses reaksi kimia antara minyak hewani atau nabati dengan alkohol rantai pendek, seperti etanol, metanol, atau butanol dengan bantuan katalis, proses ini disebut dengan proses transesterifikasi (Rusli dkk., 2022). Bahan bakar biodiesel memiliki rumus molekul CH3(CH3)nCOOCH3 (methyl esters), yang merupakan bahan bakar biodiesel murni dari produk minyak kelapa sawit (Sukri dkk., 2021).
Berikut ini adalah standar dan mutu (spesifikasi) bahan bakar biodiesel yang dipasarkan dalam negeri:
Tabel 2. 2 Spesifikasi Biodiesel (B100)
No. Parameter Uji Satuan Min. Persyaratan Maks. Metode Uji 1. Massa jenis (pada
suhu 40 °C) kg/m3 850 890 SNI 7182:2015, ASTM D4052 2.
Viskositas kinematic (pada suhu 40 °C)
mm2/s
(cSt) 2,3 6,0 SNI 7182:2015, ASTM D44
3. Angka setana - 51 SNI 7182:2015,
ASTM D613 4.
Titik nyala (mangkok
tertutup) °C 130 SNI 7182:2015,
ASTM D93 5.
Korosi lempeng tembaga (3 jam
pada 50 °C) Nomor 1 SNI 7182:2015,
ASTM D130
6.
Residu karbon dalam percontoh asli
atau
dalam 10% ampas destilasi
%- massa
0,05
0,3 SNI 7182:2015, ASTM D4530
7. Temperature
distilasi 90% °C 360 SNI 7182:2015, ASTM D1160
No. Parameter Uji Satuan Min. Persyaratan Maks. Metode Uji 8. Abu tersulfatkan %-
massa 0,02 SNI 7182:2015, ASTM D874
9. Belerang mg/kg 10 SNI 7182:2015,
ASTM D5453
10. Fosfor mg/kg 4 SNI 7182:2015,
ASTM Ca 12-55 11. Angka asam mg-
KOH/g 0,4 SNI 7182:2015, ASTM D664 12. Gliserol bebas %-
massa 0,2 SNI 7182:2015, ASTM D6584 13. Gliserol total %-
massa 0,24 SNI 7182:2015, ASTM D6584 14. Kadar ester metil %-
massa 96,5 SNI 7182:2015, 15. Angka iodium
%- massa
(g- I2/100g
)
115 SNI 7182:2015, ASTM Cd 1-25
16.
Kestabilan oksidasi Accelerated Method atau
menit
600 SNI 7182:2015, EN 15751 Rapid Small Scale
Oxidation Test
(RSSOT) 45 SNI 7182:2015,
ASTM D7545 17. Monogliserida %-
massa 0,55 SNI 7182:2015, ASTM D6584
18. Warna 3 ASTM D1500
19. Kadar air ppm 350 ASTM D6371
20. CFPP (Cold Filter
Plugging Point) °C 15
EN 14108 EN 14109 EN 14538 AAS, ICPS 21. Logam I (Na+K) mg/kg 5 EN 14538 22. Logam II (Ca+Mg) mg/kg 5 AAS, ICPS 23. Total kontaminan mg/lite
r 20 ASTM D6217
Sumber: Kementrian ESDM, 2023 3. Biosolar
Biosolar merupakan bahan bakar campuran antara biodiesel dengan solar fosil (minyak bumi). Biosolar diproduksi dari campuran biodiesel Fatty Acid Methyl Esters (FAME) dengan solar fosil dalam proporsi tertentu (misalnya 30% biodiesel ditambah
70% solar). Dalam produksinya tidak memerlukan reaksi kimia tambahan karena hanya perlakuan pencampuran antara biodiesel dan solar, hal ini dilakukan karena bertujuan untuk mengubah karakteristiknya agar sesuai dengan kebutuhan (Cappenberg, 2017). Menurut Ooi et al., (2024), nilai cetana biodiesel minyak kelapa sawit adalah 51 sehingga ketika dicampurkan dengan solar akan mampu meningkatkan nilai setana pada bahan bakar solar yang memiliki nilai cetana 48. Secara matematik untuk menghitung nilai setana biosolar (B20, B30, B40, B50) sebagai berikut:
a. Campuran biosolar 20% (B20) Biodiesel = 10020 𝑥 51 = 10,2
Solar = 10080 𝑥 48 = 38,4
Nilai setana B20 adalah 10,2 + 38,4 = 48,6 b. Campuran biosolar 30% (B30)
Biodiesel = 10030 𝑥 51 = 15,3 Solar = 10080 𝑥 48 = 33,6
Nilai setana B20 adalah 15,3 + 33,6 = 48,9 c. Campuran biosolar 40% (B40)
Biodiesel = 10040 𝑥 51 = 20,4
Solar = 10060 𝑥 48 = 28,8
Nilai setana B20 adalah 20,4 + 28,8 = 49,2 d. Campuran biosolar 50% (B50)
Biodiesel = 10050 𝑥 51 = 25,5
Solar = 10050 𝑥 48 = 24
Nilai setana B20 adalah 25,5 + 24 = 49,5
Apabila nilai setana tinggi memerlukan titik penyalaan sendiri yang lebih rendah sehingga angka setana yang lebih tinggi
akan menyebabkan detonasi di dalam mesin. Angka setana tinggi akan lebih mudah terbakar dan angka setana terendah akan lebih sulit terbakar (Mutu dan Sukadana, 2009).
F. Minyak Kelapa Sawit (Crude Palm Oil)
Minyak kelapa sawit yang dikenal dengan istilah CPO (Crude Palm Oil) merupakan salah satu jenis bahan dasar untuk pembuatan bahan bakar biodiesel dari tumbuhan kelapa sawit yang dikembangkan sejak tahun 1992. Kelapa sawit merupakan salah satu dari beberapa tanaman golongan palm yang dapat menghasilkan minyak. Biodiesel minyak kelapa sawit memiliki sifat cukup baik sebagai bahan bakar alternatif seperti halnya nilai kalor, viskositas dan bilangan setana yang mendekati sifat bahan bakar solar (Sugiantoro, dkk. 2023).
Tabel 2. 3 Sifat-sifat Minyak Kelapa Sawit
Sumber: Byusyairi dkk., 2020
Selain dari sisi harga yang terjangkau nan kompetitif, hal positif lainnya adalah proses sintesis berlangsung efektif dan sekaligus meningkatkan stabilitas secara oksidasi. Lalu, produk turunan dari minyak sawit ini telah merambah pemanfaatannya ke arah komoditas makanan, kosmetik, dan juga kebersihan domestik. Secara tidak langsung, bahan baku kelapa sawit terbilang sangat efektif dalam pemanfaatan bagi kehidupan manusia (Fadhillah, dkk. 2023).
Sifat Fisik Sifat Kimia
Berwarna kuning Reaksi hidrolisa, minyak akan diubah menjadi asam lemak dan gliserol
Berbau agak tengik Proses oksidasi berlangsung jika terjadi kontak antar sejumlah oksigen dengan minyak
Terdapat endapan Proses hidrogenasi bertujuan untuk menumbuhkan ikatan rangkap dari rantai karbon asam lemak pada minyak
Tabel 2. 4 Karakteristik minyak kelapa sawit
G. Proses Pembakaran Bahan Bakar Mesin Diesel
Proses pembakaran terjadi pada tiap bahan bakar yng digunakan pada mesin. Pembakaran dalam mesin diesel di bagi ada dua yaitu, secara sempurna (complete combustion) atau tidak sempurna (incomplete combustion).
1. Pembakaran Sempurna
Pembakran yang terjadi akan sempurna jika seluruh kandungan bahan bakar karbon (C) bereaksi menghasilkan karbon dioksida (CO2) dan seluruh kandungan hydrogen (H) berubah dan menghasilkan air (H2O) saat terjadinya pelepasan panas (Sharif et al., 2019). Reaksi yang terjadi pada proses pembakaran sempurna bahan bakar diesel adalah:
2C12 H26 + 37O2 → 24CO2 + 26H2O Keterangan : C12H26 : Solar
O2 : Oksigen N2 : Nitrogen
Proses ini dicapai melalui pencampuran bahan bakar dan udara yang cukup, waktu injeksi yang tepat, serta suhu dan
Karakteristik Satuan Nilai
Angka asam mg-KOH/g 1,0-2,5
Angka iodium* g-l2/100g 48,56-55
Massa jenis** g/cm3 0,978
Titik nyala (flash oint)** ℃ 260
Titik tuang (pour point) *** ℃ 9
Kadar air (water content) * (wt%) 0,01-0,14 Panas pembakaran (heating value) *** kal/g 0,497 Viskositas pada suhu 40℃** mm2/s 31
Titik didih*** ℃ 298
Berat molekul*** g/mol 847,28
Sumber:
*Hasibuan (2012)
**R. El-Araby et al., (2018)
***Rahardja dkk., (2019)
tekanan ruang bakar yang optimal. Pembakaran sempurna pada motor diesel sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti kualitas bahan bakar, kondisi mesin, dan parameter operasi (Krintanto dan Tirtoadmojo, 2000).
2. Pembakaran Tidak Sempurna
Pembakaran tidak sempurna terjadi ketika bahan bakar tidak sepenuhnya terbakar, menghasilkan emisi seperti CO, HC, PM, dan NOx. Hal ini disebabkan oleh pencampuran yang tidak homogen, waktu pembakaran yang tidak cukup, atau kondisi operasi mesin yang tidak optimal (Purnomo, 2014). Reaksi dari pembakaran tidak sempurna adalah:
2C12H26 + 25O2 → 24CO + 26H2O+ PM + energi (panas) Keterangan : C12H26 OaSbNc : Solar
PM : Particular molecule
H. Karakteristik Sifat Fisika Biodiesel
Karakteristik sifat fisika biodiesel adalah parameter penting yang digunakan untuk mengevaluasi kualitas dan kinerjanya sebagai bahan bakar alternatif. Berikut adalah beberapa sifat fisika biodiesel:
1. Densitas
Massa jenis atau densitas atau rapatan adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu bahan bakar, maka semakin besar pula massa yang dimiliki bahan bakar per satuan volumenya, sehingga menghasilkan jumlah bahan bakar yang lebih besar saat dibakar. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Standar uji untuk densitas adalah ASTM D1298 dan untuk jenis instrumennya menggunakan Aerometer (Qomaruddin dan Marsudi, 2014).
2. Viskositas
Viskositas merupakan kekentalan dari suatu zat yang menunjukkan sifat penghambat terhadap aliran dan menunjukkan sifat pelumasannya. Semakin kental suatu cairan juga berpengaruh pada kecepatan tertentu, karena gaya yang dibutuhkan juga semakin besar. Standar uji viskositas adalah ASTM D445 dan untuk instrumennya mengunakan viscometer (Qomaruddin dan Marsudi, 2014).
3. Titik Nyala
Titik nyala (Flash Point) merupakan angka yang menyatakan suhu terendah dari bahan bakar minyak dapat terbakar jika permukaan minyak tersebut didekatkan dengan nyala api. Titik nyala digunakan untuk mengetahui pada temperature berapa miyak mulai akan menyala (terbakar) apabila bercampur dengan udara, hal ini berkaitan dengan keamanan dalam penyimpanan dan penanganan bahan bakar. Berdasarkan uji yang dilakukan dengan metode ASTM D93 diperoleh nilai titik nyala untuk biodiesel adalah 1850°C. berdasarkan Standard Nasional Indonesia menetapkan bahwa nilai titik nyala (flash point) minimal 1000°C.
Instrumennya menggunakan flash point tester (Hartono et al., 2023).
4. Nilai Setana
Nilai setana merupakan indikator laju pembakaran bahan bakar diesel dan kompresi yang dibutuhkan untuk terjadinya pengapian. Semakin tinggi nilai setana maka semakin baik kualitas bahan bakar diesel. Standar uji untuk nilai setana adalah ASTM D613 dan untuk instrumennya cetane number analyzer (Qomaruddin dan Marsudi, 2014).
5. Nilai Kalor
Nilai kalor pembakaran merupakan angka yang menyatakan jumlah panas atau kalor yang diperoleh dari proses pembakaran
sejumlah bahan bakar dengan udara atau oksigen. Nilai kalori dari biodiesel akan berpengaruh terhadap variasi nilai Heat Heating Value (HHV). Standar uji nilai kalor yaitu ASTM D240 dan untuk jenis instrumennya menggunakan bomb calorimeter (Hartono et al., 2023).
I. Kadar Gas Buang
Emisi gas buang dari kendaraan bermotor merupakan salah satu sumber utama pencemaran udara, yang dihasilkan dari proses pembakaran di dalam mesin. Meski demikian, proporsi senyawa berbahaya dalam gas buang dapat menimbulkan risiko serius terhadap kesehatan manusia serta lingkungan, terutama jika terakumulasi dalam konsentrasi tinggi (Muhammad, 2013). Jumlah dari polusi yang dihasilkan bergantung pada besarnya campuran dari biodiesel dengan bahan bakar biasa. Berangkat dari hal tersebut pada penelitian ini akan dicari besar emisi yang dialirkan oleh mesin ketika menggunakan biodiesel ditinjau dari besar NOx, CO2, dan CO (Lapuerta et al., 2007).
Sesuai dengan Kementrian Lingkungan Hidup dan Kehutanan Republic Indonesia No. 8 Tahun 2023 tentang penerapan baku mutu emisi kendaraan bermotor kategori M (kendaraan Bermotor roda empat atau lebih yang digunakan untuk angkutan orang), Kategori N (kendaraan Bermotor roda empat atau lebih yang digunakan untuk angkutan barang), Kategori O (kendaraan Bermotor penarik untuk gandengan atau tempel), Kategori L (kendaraan Bermotor beroda kurang dari empat) sebagai berikut:
Tabel 2. 5 Baku Mutu Emisi Kendaraan Bermotor Kategori M, Kendaraan Bermotor Kategori N, dan Kendaraan Bermotor Kategori
O Kategori Tahun
Pembuatan
Parameter
Metode Uji Karbon
Monoksida (CO)
Hidrokarbo
n (HC) Opasitas Berpenggerak motor bakar cetus api (bensin) Kategori
M
< 2007 2007-2018
> 2018
4%
1%
0,5%
1000 ppm 150 ppm
100 ppm Kondisi
diam (Idle) Kategori
N dan Kategori
O
< 2007 2007- 2018
> 2018
4%
1%
0,5%
1100 ppm 200 ppm 150 ppm
Berpenggerak motor bakar penyalaan kompresi (diesel) Kategori M, Kategori N dan Kategori O
JBB ≤ 3,5 ton
< 2010 2010-2021
>2021
65%
40%
30% Percepat an bebas GVW >
3,5 ton
< 2010 2010-2021
>2021
65%
40%
35%
Sumber : Mentri Lingkungan Hidup (2023)
* HSU : Hartride Smoke Unit
JBB : Jumlah berat yang diperbolehkan ppm : Part per million
1. Kadar Gas Buang Beracun (Emisi) a. Karbon Monoksida (CO)
Karbon monoksida (CO) adalah gas berbahaya yang dihasilkan dari pembakaran yang tidak sempurna. Gas ini tidak berwarna, tidak berbau, sukar larut dalam air, dan tidak memiliki rasa (Maharbudi dkk., 2021). Karbon monoksida terbentuk dari satu atom oksigen dan satu atom karbon.
Sebagian besar emisi CO dihasilkan oleh kendaraan bermotor, yang berkontribusi sebesar 76,4% dari total emisi CO (Hodijah dkk., 2014).
Proses pembentukan CO biasanya terjadi ketika jumlah udara dalam campuran bahan bakar tidak mencukupi atau
ketika waktu yang tersedia untuk pembakaran tidak cukup, menyebabkan pembakaran tidak sempurna (Jayanti et al., 2014). Menurut Meleev, (1945) reaksi pembakaran karbon monoksida mengikuti mekanisme sebagai berikut:
C + 12 O₂ → CO
Reaksi ini terjadi ketika oksigen tidak cukup tersedia untuk melanjutkan pembakaran sempurna menjadi karbon dioksida (CO₂).
b. Karbon Dioksida (CO2)
Karbon dioksida (CO₂) juga dikenal sebagai zat asam arang, adalah senyawa kimia yang terdiri dari dua atom oksigen yang terikat secara kovalen dengan satu atom karbon (Maharbudi dkk., 2021). Peningkatan emisi CO₂ menunjukkan bahwa pembakaran dalam ruang bakar berlangsung dengan lebih sempurna, karena semua karbon dari bahan bakar berhasil bereaksi dengan oksigen untuk membentuk CO₂.
Menurut Meleev, (1945) reaksi pembentukan karbon dioksida adalah sebagai berikut:
C + O₂ → CO₂
Reaksi ini terjadi ketika ada cukup oksigen selama proses pembakaran, sehingga karbon sepenuhnya teroksidasi menjadi karbon dioksida, yang merupakan hasil pembakaran sempurna.
c. Hidrokarbon (HC)
Hidrokarbon merupakan unsur senyawa bahan bakar solar. Salah satu penyebab terbentuknya emisi hidrokarbon adalah akibat dari tidak terbakarnya bahan bakar secara sempurna (Jayanti et al., 2014). Sumber emisi HC tebagi menjadi dua yaitu bahan bakar yang tidak terbakar dan keluar menjadi gas mentah dan bahan bakar yang terpecah karena reaksi panas
berubah menjadi gugusan HC lain yang keluar bersama gas buang (Syahrani, 2006).
d. Nitrogen Oksida (NOx)
Nitrogen oksida (NOx) terbentuk selama proses pembakaran pada suhu tinggi, terutama saat pembakaran tidak sempurna terjadi. Gas ini terdiri dari dua komponen utama, yaitu nitrogen monoksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2).
Ketika suhu pembakaran sangat tinggi, nitrogen di udara bereaksi dengan oksigen, menghasilkan NO yang kemudian dapat bereaksi lebih lanjut di atmosfer dan membentuk NO2.
Untuk mengurangi emisi NOx, diperlukan strategi yang berfokus pada peningkatan suplai udara dan perbaikan campuran bahan bakar sehingga pembakaran dapat berlangsung secara sempurna. Pembakaran sempurna akan menghasilkan emisi yang lebih bersih karena semua bahan bakar terbakar dengan efisien, mengurangi pembentukan NOx.
Selain itu, menjaga suhu mesin pada tingkat normal juga penting untuk mencegah terbentuknya suhu yang terlalu tinggi, yang bisa memicu peningkatan produksi NOx (Pujaardana, 2016).
2. Kadar Gas Buang Tidak Beracun a. Oksigen (O2)
Oksigen (O₂) merupakan salah satu senyawa yang dihasilkan dari proses pembakaran dan termasuk dalam komponen gas buang yang tidak berbahaya bagi makhluk hidup. Oksigen juga berperan penting dalam proses pembakaran itu sendiri terdapat hubungan terbalik antara jumlah oksigen (O₂) dan karbon dioksida (CO₂) dalam gas buang. Ketika kadar CO₂ dalam gas buang tinggi, maka kadar O₂ akan rendah. Namun, kadar O₂ tidak boleh mencapai 0%,
karena hal ini menunjukkan bahwa campuran bahan bakar terlalu kaya, yang dapat menyebabkan pembakaran yang tidak sempurna. Kadar oksigen dalam gas buang biasanya dinyatakan dalam persentase (%) (Maharbudi dkk., 2021).
b. Nitrogen (N2)
Nitrogen (N₂) adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau, dengan kandungan sekitar 79% di atmosfer. Gas ini juga masuk ke dalam ruang pembakaran bersama dengan udara. Selama pembakaran, sebagian besar nitrogen tetap dalam bentuk murninya dan tidak bereaksi. Namun, pada suhu tinggi sekitar 1800°C, dan dengan konsentrasi oksigen (O2) yang tinggi, nitrogen dapat bereaksi dengan oksigen membentuk senyawa oksida nitrogen (NOx). Senyawa NOx inilah yang menjadi salah satu penyebab utama polusi udara, karena dapat berkontribusi pada pembentukan kabut asap dan hujan asam serta berdampak buruk bagi kesehatan manusia (Triwibowo, 2013).
c. Uap Air (H2O)
Uap air adalah air dalam bentuk gas yang terbentuk pada suhu tinggi, yaitu sekitar 100°C atau lebih. Dalam proses pembakaran, uap air dihasilkan sebagai produk sampingan dari reaksi antara hidrogen (H₂) dalam bahan bakar dan oksigen (O₂) di udara. Uap air ini termasuk komponen gas buang yang tidak berbahaya bagi lingkungan maupun kesehatan manusia, karena merupakan zat alami dan tidak beracun. Sebagai sisa pembakaran, uap air tidak berkontribusi pada pencemaran udara seperti senyawa berbahaya lainnya (Yusuf dan Sutrisno, 2018).
Gambar 2. 8 Grafik Parameter Kadar Gas Buang
J. Penelitian Relevan
Berikut merupakan hasil penelitian yang relevan sebelumnya, tentang uji kadar gas buang dengan campuran biodiesel:
Penelitian oleh Wahyudi dkk., (2019) , Uji kadar gas buang minyak solar murni dengan konsentrasi 20% (B20) dari masing- masing biodiesel dengan solar yang terjual dipasaran. Campuran B20 minyak biji kepuh memiliki tingkat emisi gas CO paling rendah.
Campuran B20 minyak biji kepuh memiliki tingkat emisi gas HC yang paling rendah. Campuran B20 minyak biji kepuh menjadi campuran yang memiliki kadar opasitas paling renda dengan penurunan rata- rata sebesar 26%. Untuk grafiknya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2. 9 Grafik hubungan bahan bakar terhadap kadar konsentrasi kadar CO
Penelitian oleh Hariyanto dkk., (2021) Pengujian yang diamati adalah emisi gas buang yaitu CO dan HC yang diukur menggunakan alat uji orsat. Pengujian stationeri ini menggunakan variasi kecepatan yaitu 1000, 1250, dan 1500 rpm. Diuji dalam mesin diesel satu silinder type R175A. Dari semua campuran bahan bakar, terlihat bahwa minyak atsiri menghasilkan emisi HC lebih tinggi dibandingkan biodiesel (B30).Setiap campuran bahan bakar mengalami kenaikan nilai CO dengan penambahan putaran mesin, bahwa minyak atsiri menghasilkan emisi gas CO lebih tinggi daripada biodiesel (B30).
Untuk grafiknya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2. 10 Grafik hubungan bahan bakar terhadap kadar konsentrasi kadar HC
Gambar 2. 11 Grafik hubungan bahan bakar terhadap kadar konsentrasi kadar Opasitas
Gambar 2. 12 Grafik hubungan putaran mesin terhadap konsentrasi kadar CO
Peniltian lain oleh Wibowo, (2021) pengujian yang dilakukan adalah pada 1500 rpm-3000 rpm dengan range 500 rpm menggunakan biodiesel B-0, B-20, B-30. menunjukan rata-rata komposisi gas buang CO yang menjauhi ambang batas 4,5% adalah pengujian mesin yang menggunakan campuran biodiesel biji buah bintaro dan solar (B30) sebesar 2.93%, komposisi gas buang CO2 yang mendekati batas minimal 12% adalah pengujian mesin yang menggunakan bahan bakar biodiesel biji bintaro campuran solar (B30) sebesar 7.9%, komposisi opasitas yang menjauhi batas standart 70% adalah pengujian mesin yang menggunakan campuran biodiesel dari minyak biji bintaro dan solar (B30) sebesar 40.8%. Untuk grafiknya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2. 13 Grafik hubungan putaran mesin terhadap konsentrasi kadar HC
Gambar 2. 14 Grafik hubungan lamda terhadap konsentrasi kadar CO
Penelitian lain oleh Saksono dkk., (2023) pengaruh penggunaan jenis bahan bakar dengan variasi putaran engine terhadap nilai emisi gas buang pada mobil Diesel engine dengan sistem common rail. Menggunakan jenis bahan bakar Solar, Dexlite, dan PertaminaDex dengan variasi putaran engine sebesar 900, 1500, 2500, 3500 dan 4000 rpm. Engine yang digunakan adalah mobil merk Toyota Type Hilux 2.4 G Double Cabin tahun 2018. Nilai emisi gas buang kendaraan bermotor paling rendah dihasilkan oleh jenis bahan bakar PertaminaDex pada saat putaran engine 900 rpm (idle) untuk kandungan gas CO dan HC, serta putaran engine 4000 rpm untuk kandungan gas NOx. Sedangkan nilai emisi gas buang kendaraan bermotor paling tinggi dihasilkan oleh jenis bahan bakar Solar pada saat putaran engine 4000 rpm untuk kandungan gas CO dan HC, serta putaran engine 900 rpm (idle) untuk kandungan gas NOx. Untuk grafiknya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2. 15 Grafik hubungan lamda terhadap konsentrasi kadar Opasitas
Gambar 2. 16 Grafik hubungan lamda terhadap konsentrasi kadar CO2
Penelitian oleh Wicaksono dkk., (2024) membahas validasi eksperimen variasi injection timing terhadap karakteristik pembakaran mesin diesel 1 silinder berbahan bakar biodiesel B30.
Berdasarkan hasil disimpulkan bahwa waktu injeksi 23° bTDC memberikan karakteristik pembakaran dan emisi yang lebih baik dibandingkan dengan waktu injeksi standar. Pada waktu injeksi 23°
bTDC, penundaan pembakaran lebih lama sehingga berdampak positif pada peningkatan tekanan pembakaran dan temperatur
Gambar 2. 17 Grafik hubungan putaran mesin terhadap konsentrasi kadar CO
Gambar 2. 18 Grafik hubungan putaran mesin terhadap konsentrasi kadar HC
Gambar 2. 19 Grafik hubungan putaran mesin terhadap konsentrasi kadar NOx
silinder. Sedangkan karakteristik emisi gas buang CO, HC dan asap dapat dikurangi dengan waktu injeksi 23° bTDC. Namun, emisi NOx mengalami peningkatan signifikan, seiring dengan peningkatan waktu injeksi. Untuk grafiknya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2. 20 Grafik hubungan crank angle terhadap konsentrasi kadar CO
Gambar 2. 21 Grafik hubungan crank angle terhadap konsentrasi kadar HC
Gambar 2. 22 Grafik hubungan crank angle terhadap konsentrasi kadar NOx
K. Kerangka Berfikir
Berdasarkan kajian pustakadan penelitian yang relevan di atas, kerangka berpikir disusun sebagai berikut:
Gambar 2. 23 Kerangka Berfikir
Bahan Bakar Solar (C12H23)
Biodiesel Kelapa Sawit [C3H5(COOR)3]
Biosolar (B10, B20, B30, B40, B100) B0Proses PembakaranPengujian Karakteristik
1.Nilai kalor 2.Nilai densitas 3.Nilai viskositas 4.Nilai titik nyala 1.Nilai kalor 2.Nilai densitas 3.Nilai viskositas 4.Nilai titik nyala
Pengujian KarakteristikProses Pembakaran 1.Kadar gas buang CO ↓ 2.Kadar gas buang HC ↓ 3.Kadar gas buang CO2 ↑ 4.Kadar gas buang O2 ↑ 5.Kadar gas buang Nox ↑ Faktor yang mempengaruhi: 1.Komposisi Fatty Acid Mehtyl Ester (FAME) dalam biodiesel. 2.Asam lemak tak jenuh dan Asam lemak jenuh dalam biodiesel 3.Kandungan gliseroldankadungan methanol dalam biodiesel.
Pengujian Kadar Gas Buang
