Perhitungan Produksi Dan Perhitungan Ongkos Produksi Alat Pemindahan
SKRIPSIrepository.ub.ac.id/7683/1/M. Rizal Fahmi.pdf · 2020. 4. 14. · BAB II TINJAUAN PUSTAKA...
Transcript of SKRIPSIrepository.ub.ac.id/7683/1/M. Rizal Fahmi.pdf · 2020. 4. 14. · BAB II TINJAUAN PUSTAKA...
PENGARUH PENAMBAHAN KARBON AKTIF BATOK KELAPA
TERHADAP KECEPATAN API PEMBAKARAN PREMIXED
MINYAK KEDELAI
SKRIPSI
TEKNIK MESIN KONSENTRASI TEKNIK KONVERSI ENERGI
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
memperoleh gelar Sarjana Teknik
M. RIZAL FAHMI
NIM. 135060200111067
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
FAKULTAS TEKNIK
MALANG
2017
JUDUL SKRIPSI:
Pengaruh Penambahan Karbon Aktif Batok Kelapa Terhadap Kecepatan Api Pembakaran
Premixed Minyak Kedelai
Nama Mahasiswa : M. Rizal Fahmi
NIM : 135060200111067
Program Studi : Teknik Mesin
Minat : Konversi Energi
KOMISI PEMBIMBING
Dosen Pembimbing 1 : Prof. Ir. ING Wardana, M.Eng., Ph.D.
Dosen Pembimbing 2 : Purnami, ST., MT.
TIM DOSEN PENGUJI
Dosen Penguji 1 : Prof. Dr. Ir. Rudy Soenoko, M.Eng.Sc.
Dosen Penguji 2 : Dr. Eng. Eko Siswanto, ST., MT.
Dosen Penguji 3 : Fikrul Akbar Alamsyah, ST., MT.
Tanggal Ujian : 14 November 2017
SK Penguji : 1531/UN10.F07/SK/2017
i
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan
karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh
Penambahan Karbon Aktif Batok Kelapa Terhadap Kecepatan Api Pembakaran
Premixed Minyak Kedelai” dengan baik.
Skripsi ini disusun sebagai bentuk dokumentasi dan hasil akhir dari proses perkuliahan
yang telah dilaksanakan. Skripsi ini juga diajukan sebagai syarat kelulusan untuk
mendapatkan gelar Sarjana Teknik dalam kurikulum program studi Teknik Mesin
Universitas Brawijaya.
Dalam melaksanakan proses penelitian dan penyusunan skripsi ini, penulis menyadari
bahwa tidak akan dapat menyelesaikan semuanya dengan baik tanpa bantuan dari banyak
pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih
sebesar-besarnya kepada banyak pihak di antaranya:
1. Allah SWT yang telah memberikan kekuatan dan kesabaran tanpa henti dari awal
penulis memasuki dunia perkuliahan sampai dengan penulis dapat menyelesaikan
skripsi.
2. Keluarga tersayang, khususnya untuk Bapa dan Mamah yang telah memberikan
dukungan berupa motivasi, materi, semangat, doa yang tidak pernah putus, kesabaran,
serta kasih sayang sehingga penulis dapat terus termotivasi untuk menyelesaikan
skripsi, serta Nurul Ilmi, M. Fahri Zulhami, M. Mudzaki Alfarizi dan Nisa nurfitriani
yang selalu memberikan semangat, canda tawa, kasih sayang serta dukungan yang
tiada henti untuk penulis.
3. Bapak Prof. Ir. I.N.G. Wardana, M.Eng., Ph.D. selaku dosen Pembimbing I yang telah
memberi bimbingan, ilmu dan motivasi yang sangat mendalam, dalam penyusunan
skripsi ini.
4. Bapak Purnami, ST., MT. selaku dosen pembimbing II yang telah memberi ilmu,
saran dan motivasi dalam penyusunan skripsi ini.
5. Ibu Dr. Eng. Widya Wijayanti, ST., MT. selaku Ketua Program Studi S1 Jurusan
Teknik Mesin Universitas Brawijaya.
6. Ibu Francisca Gayuh Utami Dewi, ST., MT. selaku Ketua Kelompok Konsentrasi
Konversi Energi.
7. Seluruh dosen jurusan Teknik Mesin Universitas Brawijaya yang telah memberi ilmu
selama perkuliahan.
ii
8. Syihabun Tsaqief dan Aprianto Catur Anggoro sebagai partner dalam pembuatan
skripsi dan sebagai teman diskusi perihal ilmu.
9. Bayu setiyono, Benidiktus Lovian wicahyo dan Candra surya permana sebagai
sahabat dalam Praktek Kerja Lapangan yang telah banyak mecurahkan ilmunya,
moivasinya dan waktunya.
10. Laboratorium Fenomena Dasar Mesin dan Laboratorium Mesin-mesin Fluida Teknik
Mesin UB yang telah memberikan tempat untuk melakukan penelitian.
11. Mas Rizky dan mas Sany yang telah banyak membantu dan memberikan dukungan
kepada penulis selama proses penelitian dan penyusunan skripsi.
12. Sahabat-sahabat dari Mesin 2013 yang selalu memberi dukungan dan bantuan berupa
motivasi, ilmu dan waktunya.
13. Sahabat-sahabat dari Ikatan Mahasiswa Keluarga Cirebon yang telah banyak
membantu dalam menjaga semangat dalam menyelesaikan penelitian dan penyusunan
skripsi.
14. Dan seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu
dalam menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi
Dalam penyusunan skripsi ini, penulis menyadari bahwa skripsi ini mungkin belum
sempurna karena keterbatasan ilmu dari penulis dan kendala-kendala yang terjadi selama
pengerjaan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk
penyempurnaan tulisan di waktu yang akan datang. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat
dan dapat digunakan untuk penelitian dan pengembangan yang lebih lanjut.
Malang, Desember 2017
Penulis
iii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .......................................................................................................... i
DAFTAR ISI ....................................................................................................................... iii
DAFTAR TABEL ................................................................................................................ v
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... vi
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................... viii
RINGKASAN ...................................................................................................................... ix
SUMMARY .......................................................................................................................... x
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ....................................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .................................................................................................. 3
1.3 Batasan Masalah..................................................................................................... 3
1.4 Tujuan Penelitian ................................................................................................... 3
1.7 Manfaat Penelitian ................................................................................................. 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 5
2.1 Penelitian Terdahulu .............................................................................................. 5
2.2 Minyak Nabati ........................................................................................................ 5
2.3 Minyak Kedelai ...................................................................................................... 8
2.4 Katalis Karbon Aktif .............................................................................................. 9
2.5 Proses Pembakaran............................................................................................... 12
2.6 Pembakaran Difusi ............................................................................................... 13
2.7 Pembakaran Premixed .......................................................................................... 13
2.8 Rasio Udara dan Bahan Bakar (AFR) .................................................................. 14
2.9 Equivalence Ratio ................................................................................................ 15
2.10 Kecepatan Api Pembakaran Premixed ............................................................... 15
2.11 Konsep ............................................................................................................... 18
2.12 Hipotesis ............................................................................................................. 20
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ........................................................................ 21
3.1 Metode Penelitian................................................................................................. 21
3.2 Tempat dan Waktu Penelitian .............................................................................. 21
3.3 Variabel Penelitian ............................................................................................... 21
3.4 Alat dan Bahan Penelitian .................................................................................... 22
iv
3.5 Skema Intalasi Penelitian ..................................................................................... 24
3.6 Diagram Alir Penelitian ....................................................................................... 29
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................... 31
4.1 Data Hasil Penelitian ............................................................................................ 31
4.2 Visualisasi Api ..................................................................................................... 37
4.3 Analisis Data ........................................................................................................ 32
4.3.1 Perhitungan Air Fuel Ratio (AFR) dan Equivalence Ratio ........................ 32
4.3.2 Perhitungan Kecepatan Api (SL) ................................................................ 35
4.4 Grafik dan Pembahasan........................................................................................ 32
4.4.1 Hubungan Equivalence Ratio dengan Kecepata Api Pembakaran
Premixed pada Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif 0,00% .................. 37
4.4.2 Hubungan Equivalence Ratio dengan Kecepatan Api Premixed
Semua Variasi Penambahan Karbon Aktif .............................................. 38
BAB V PENUTUP ............................................................................................................. 43
5.1 Kesimpulan .......................................................................................................... 43
5.2 Saran ..................................................................................................................... 43
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
v
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak Berbagai Jenis Minyak Nabati ................................... 7
Tabel 2.2 Tipe Ikatan Pada Asam Lemak dan Energi Disosiasi ......................................... 7
Tabel 2.3 Sifat Fisik Beberapa Jenis Minyak Nabati ......................................................... 8
Tabel 2.4 Komposisi Kedelai.............................................................................................. 8
Tabel 2.5 Komposisi Kimia Minyak Kedelai ..................................................................... 9
Tabel 2.6 Sifat Fisika-Kimia Minyak Kedelai .................................................................... 9
Tabel 2.7 Ukuran Pori ....................................................................................................... 12
Tabel 2.8 Massa Molar Unsur........................................................................................... 15
Tabel 4.1 Air Fuel Ratio dan Equivalence Ratio Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif
0,00% .............................................................................................................. 34
Tabel 4.2 Air Fuel Ratio dan Equivalence Ratio Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif
0,01% ................................................................................................................ 34
Tabel 4.3 Air Fuel Ratio dan Equivalence Ratio Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif
0,02% ................................................................................................................ 34
Tabel 4.4 Air Fuel Ratio dan Equivalence Ratio Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif
0,03% ................................................................................................................ 35
Tabel 4.5 Data Hasil Pembakaran Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif 0,00% ........... 36
Tabel 4.6 Data Hasil Pembakaran Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif 0,01% ........... 36
Tabel 4.7 Data Hasil Pembakaran Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif 0,02% ........... 36
Tabel 4.8 Data Hasil Pembakaran Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif 0,03% ........... 37
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Susunan ikatan molekul triglyceride .............................................................. 6
Gambar 2.2 Struktur kimia karbon aktif ........................................................................... 11
Gambar 2.3 SEM micrograph dari (a) karbon batok kelapa (b) karbon aktif batok
kelapa .......................................................................................................... 11
Gambar 2.4 Ilustrasi proses pembakaran .......................................................................... 12
Gambar 2.5 Proses pembakaran difusi ............................................................................. 13
Gambar 2.6 (a) Struktur api premixed dalam tabung (b) Strukur api premixed
pada nosel bunsen ........................................................................................ 16
Gambar 2.7 Penentuan sudut ......................................................................................... 17
Gambar 2.8 Struktur graphene pada karbon aktif .......................................................... 18
Gambar 2.9 Ilustrasi proses memperbaiki struktur sprei dan pecahan molekul
trigliserida hasil dari perpindahan karbon .................................................. 18
Gambar 2.10 Ilustrasi hidrogen bebas yang berikatan dengan atom karbon pada
graphene ..................................................................................................... 19
Gambar 2.11 Ilustrasi reaksi pembakaran pada api .......................................................... 20
Gambar 3.1 Erlenmeyer .................................................................................................... 22
Gambar 3.2 (a) Tabung premixed dan burner (b) Ukuran tabung premixed dan
burner ............................................................................................................ 22
Gambar 3.3 Selang ............................................................................................................ 23
Gambar 3.4 Kamera .......................................................................................................... 24
Gambar 3.5 Skema instalasi penelitian massa jenis uap minyak ...................................... 24
Gambar 3.6 Skema instalasi penelitian massa alir uap minyak ........................................ 25
Gambar 3.7 Skema instalasi pengambilan data ................................................................ 26
Gambar 3.8 Diagram alir penelitian ................................................................................. 29
Gambar 4.1 Visualisasi api minyak kedelai dengan karbon aktif 0,00% ......................... 31
Gambar 4.2 Visualisasi api minyak kedelai dengan karbon aktif 0,01% ......................... 31
Gambar 4.3 Visualisasi api minyak kedelai dengan karbon aktif 0,02% ......................... 32
Gambar 4.4 Visualisasi api minyak kedelai dengan karbon aktif 0,03% ......................... 32
Gambar 4.5 Grafik hubungan antara equivalence ratio dengan kecepatan api
premixed pada minyak kedelai dengan karbon aktif 0,00% ......................... 37
Gambar 4.6 Grafik hubungan antara equivalence ratio dengan kecepatan api
premixed pada minyak kedelai semua variasi ............................................... 38
vii
Gambar 4.7 Visualisasi api premixed, A tanpa penambahan karbon aktif dan
B dengan penambahan karbon aktif .............................................................. 39
Gambar 4.8 Ilustrasi perpindahan elektron dan reaksi oksidasi asam lemak bermuatan ........... 40
Gambar 4.9 Ilustrasi reaksi pembakaran pada bunsen api premixed tanpa
penambahan karbon dan dengan penambahan karbon .................................. 40
viii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Perhitungan AFR Stoikiometri
Lampiran 2 Perhitungan AFR Aktual dan Equivalence Ratio
Lampiran 3 Visualisasi dan Nilai Sudut Api
Lampiran 4 Perhitungan Kecepatan Api
ix
RINGKASAN
M. Rizal Fahmi, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya,
Desember 2017, Pengaruh Penambahan Karbon Aktif Batok Kelapa Terhadap Kecepatan
Api Pembakaran Premixed Minyak Kedelai, Dosen Pembimbing: I.N.G. Wardana dan
Purnami.
Pemanfaatan teknologi memaksa manusia bergantung pada energi sebagai zat untuk
menjalankan suatu alat. Hampir 90% energi dunia didapat dari konversi hasil mekanisme
pembakaran bahan bakar fosil, karena hanya pembakaran yang dapat menghasilkan power
besar. Sementara itu kondisi di Indonesia produksi dalam negeri tidak mencukupi
kebutuhan bahan bakar fosil. Hal ini akan berbahaya terhadap keamanan negara apabila
terjadi kondisi darurat. Minyak kedelai dirasa layak sebagai bahan bakar alternatif
pengganti atau penyeimbang produksi dan kebutuhan, hal ini dikarenakan produksi minyak
kedelai dunia menempati posisi kedua terbesar dan kandungan polyunsaturated yang
tinggi. Selain dua hal tadi iklim di Indonesia cocok untuk memproduksi kedelai dalam
jumlah besar. Permasalahan pada bahan bakar minyak nabati adalah memiliki rantai
panjang dan terkandung gliserol, untuk itu katalis karbon aktif ditambahkan bertujuan
untuk mempercepat laju reaksi. Karbon aktif dipakai karena memiliki sifat unik pada
graphene dimana dapat memperbaharui struktur spreinya apabila berkontak dengan
molekul yang mengandung karbon, terlebih karbon aktif memiliki permukaan yang luas
sebagai tempat terjadinya reaksi. Pada penelitian ini karakteristik pembakaran yang diteliti
adalah kecepatan api karena kecepatan api mempengaruhi kualitas dari bahan bakar dan
lebih jauh lagi kecepatan api mempengaruhi energi yang dihasilkan.
Pada penelitian ini minyak kedelai akan diuapkan dengan pemanasan menggunakan
LPG pada debit 1,25 liter/menit untuk memudahkan reaksi pembakaran. Kemudian debit
udara yang ditambahkan pada mixing chamber sebesar 2,17; 3,26; 4,35; 5,43 dan 6,52
liter/menit. Selanjutnya akan didapat nilai massa alir uap minyak kedelai, massa jenis uap
minyak kedelai dan mendapatkan visualisasi api pembakaran premixed.
Hasil dari penelitian ini adalah penambahan kadar karbon aktif batok kelapa pada
minyak kedelai berpengaruh terhadap kecepatan api pembakaran premixed, dimana
semakin tinggi kadar karbon aktif yang ditambahkan maka akan menaikan nilai kecepatan
api. Nilai kecepatan api tertinggi berada pada penambahan karbon 0,03% sebesar 41,59
cm/s, kemudian pada 0,02% sebesar 38,17 cm/s, selanjutnya pada 0,01% sebesar 34,73
cm/s, dan terendah pada tanpa penambahan karbon aktif sebesar 34,72 cm/s.
Kata kunci: Pembakaran premixed, Minyak Kedelai, Karbon Aktif, Kecepatan Api
x
SUMMARY
M. Rizal Fahmi, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering,
University of Brawijaya. December 2017, Influence of Addition Coconut Shell Activated
Carbon to Flame Speed of the Premixed Combustion of Soybean Oil, Academic
Supervisor: I.N.G. Wardana and Purnami.
Utilization of technology forces humans to depend on energy as a substance to run a
tool. Nearly 90% of the world's energy is derived from the conversion of fossil fuel burning
results, because only combustion can produce large power. Meanwhile, conditions in
Indonesia domestic production is not sufficient for fossil fuel needs. This will be dangerous
to the security of the State in the event of an emergency. Soybean oil is considered feasible
as alternative fuel substitute or balancer of production and requirement, this is because
world soybean oil production occupies second position and high content of
Polyunsaturated. In addition to these two things, the climate in Indonesia is suitable for
producing large quantities of soybeans. The problem with biofuel oils is to have long
chains and contain glycerol, for which the activated carbon catalyst aims to speed up the
rate of reaction. Activated carbon is used because it has unique properties in graphene
which can renew the structure of the sheet when it comes into contact with molecules
containing carbon, especially the activated carbon has a large surface as the site of the
reaction. In this study the characteristic of combustion observed is the flame speed because
the flame speed affects the quality of the fuel and furthermore the flame speed affects the
energy produced.
In this study soybean oil will be evaporated by heating using LPG at 1.25 liter /
minute discharge to facilitate combustion reaction. Then the air discharge added to the
chamber mixing is 2.17, 3.26, 4.35, 5.43, and 6.52 liter / min. Next will be the value of
steam soybean oil volumes, soybean oil vapor mass and get visualization of premixed fire
combustion.
The result of this research is the addition of activated coconut carbon content in
soybean oil influenced to flame speed on the premixed combustion, where higher the
activated carbon content added will increase the value of the flame speed. The highest
flame speed value was 0.03% carbon increase of 41.59 cm / s, then at 0.02% of 38.17 cm /
s, then at 0.01% of 34.73 cm / s, and the lowest with no active carbon addition of 34.72 cm
/ s
Keywords: Premixed Combustion, Soybean Oil, Activated Carbon, Flame Speed
1
PENGARUH PENAMBAHAN KARBON AKTIF BATOK KELAPA TERHADAP
KECEPATAN API PEMBAKARAN PREMIXED MINYAK KEDELAI
(Influence of Addition Coconut Shell Activated Carbon to Flame Speed of The Premixed
Combustion of Soybean Oil)
M. Rizal Fahmi, I.N.G. Wardana, Purnami
Jurusan Teknik Mesin Universitas Brawijaya
Jalan MT. Haryono 167, Malang 65145, Indonesia
E-mail: [email protected]
ABSTRAK
Minyak kedelai merupakan alternatif energi Indonesia untuk mengurangi ketergantungan
terhadap bahan bakar fosil. Permasalahannya untuk mereaksikan minyak nabati cukup sulit
karena memiliki ikatan rantai yang panjang, sehingga diperlukan zat untuk mempercepat
laju reaksi dengan memotong rantainya. Pada penelitian ini karbon aktif batok kelapa
ditambahkan sebagai zat untuk memotong rantai pada trigliserida. Penelitian ini dilakukan
untuk mengetahui pengaruh penambahan karbon aktif batok kelapa terhadap kecepatan api
pembakaran premixed minyak kedelai. Kadar karbon aktif yang ditambahkan pada
penelitian ini yaitu sebesar 0,00%, 0,01%, 0,02% dan 0,03%. Berdasarkan data hasil dari
penelitian penambahan karbon aktif batok kelapa mempengaruhi nilai kecepatan api
pembakaran premixed. Didapatkan semakin bertambahnya kadar karbon aktif yang
diberikan semakin tinggi kecepatan api yang dihasilkan. Nilai tertinggi ada pada kecepatan
api pembakaran premixed dengan penambahan kadar karbon aktif 0,03% yaitu sebesar
41,59 cm/s.
Kata kunci: Pembakaran Premixed, Minyak Kedelai, Karbon Aktif Batok Kelapa,
Kecepatan Api,
ABSTRACT
Soybean oil is an alternative energy of Indonesia to reduce dependence on fossil fuels. The
problem for reacting vegetable oil is quite difficult because it has a long chain link, so it
takes a substance to speed up the reaction rate by cutting the chain. In this study, coconut
shell activated carbon is added as a substance to cut chains on triglycerides. This research
was conducted to determine influence of addition coconut shell activated carbon to flame
speed of the premixed combustion of soybean oil. Levels of activated carbon added in this
study are 0.00%, 0.01%, 0.02% and 0.03%. Based on data from the results of research, the
addition of coconut shells activated carbon influence the value of flame speed on premixed
combustion. The increase in the activated carbon content given the higher the flame speed
produced. The highest value is at the flame speed premixed combustion with the addition
of 0.03% activated carbon content of 41.59 cm / s.
Keywords: Premixed Combustion, Soybean Oil, Coconut Shell Activated Carbon, Flame
Speed,
2
PENDAHULUAN
Perkembangan zaman pada era
moderen seperti sekarang ini, manusia
memanfaatkan teknologi sebagai alat
untuk mempermudaah pekerjaan. Dalam
hal ini teknologi erat kaitannya dengan
energi. Energi yang dimanfaatkan diubah
(konversi) menjadi energi lain yang dibu-
tuhkan alat untuk bekerja. Sebagai contoh
pada kendaraan bermotor, energi di
konversi dari energi kimia menjadi energi
mekanik menggunakan mekanisme pem-
bakaran pada motor bakar.
Pembakaran merupakan kunci penting
sebagai mekanisme pengubah energi,
dimana 90% energi dunia didapat dari
pembakaran bahan bakar fosil [1]. Hal ini
dikarenakan hanya mekanisme pem-
bakaran yang dapat menghasilkan power
besar dalam waktu singkat. Sampai saat ini
pembakaran dirasa paling efektif jika di
bandingkan dengan mekanisme lain.
Permasalahan sekarang di Indonesia
produksi bahan bakar fosil dalam negeri
tidak mencukupi kebutuhan dalam negeri.
Hal ini akan mengancam ketahanan energi
nasional, apabila terjadi kondisi daruat.
Indonesia hanya memiliki cadangan ope-
rasional sekitar 21 hari milik Pertamina,
sementara untuk cadangan energi nasional
sendiri masih nol [2].
Untuk menanggulangi permasalahan
tersebut perlu alternatif sumber energi lain.
Biofuel dan bahan bakar gas merupakan
contoh bahan bakar alternatif yang cocok,
dari segi ketersediaan dialam Indonesia.
Tidak hanya itu biofuel merupakan bahan
bakar yang dapat diperbaharui, karena
berasal dari tumbuhan(nabati). Hal ini juga
didukung dari tanah Indonesia yang subur
dan sumber daya air tawar yang melimpah.
Tetapi produksi minyak nabati di
Indonesia masih sangat sedikit karena
sumber minyak nabati diolah secara
langsung menjadi bahan makanan. Jika
dilihat dari keseluruhan produksi dunia
pada tahun 2015 minyak kelapa sawit
diproduksi sebanyak 31%, minyak kedelai
22%, rapeseed oil 13%, dan minyak biji
bunga matahari 8% [3].
Sementara dilihat dari kandungan
polyunsaturated yang berpengaruh pada
kecepatan pembakaran karena energi
disosiasi yang rendah, minyak biji bunga
matahari 69%, minyak kedelai 61% dan
minyak kelapa sawit 10%.
Minyak kedelai lebih unggul
dibandingkan dengan jenis minyak nabati
lainnya dari segi jumlah produksi dan
kandungan polyunsaturated. Dari latar
belakang diatas penulis melakukan
penelitian terhadap minyak kedelai sebagai
alternatif bahan bakar fosil. Tetapi untuk
mereaksikan minyak nabati agar terjadi
pembakaran cukup sulit dilakukan, dalam
mekanisme ini memerlukan pemanasan/
penguapan dahulu pada bahan bakar
minyak nabati. Selain itu untuk lebih
mempercepat laju reaksi perlu
ditambahkan katalis sebagai zat untuk
mempercepat laju reaksi.
Pada penelitian ini karbon aktif
batok kelapa digunakan sebagai zat untuk
mempercepat reaksi. Dimana karbon aktif
memiliki kelebihan yaitu luas permukaan
yang sangat luas, ekonomis dan mudah
dibuat atau didapatkan. Permukaan ini
penting karena berperan sebagai penyedia
tempat reaksi karena molekul karbon pada
hidrokarbon akan ditarik oleh karbon aktif
untuk memperbaiki sprei grafin pada
karbon aktif [4]. Luas permukaan pada
batok kelapa yaitu antara 1244
sampai dengan 1768,8 [5]. Dengan
luas permukaan yang sedemikian luas,
diperlukan penelitian jumlah penambahan
kadar karbon pada minyak kedelai, untuk
mengetahui pengaruh pada karakteristik
pembakaran premixed.
METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang digunakan
pada penelitian ini adalah metode
eksperimental (experimental research)
yaitu dengan pengamatan secara langsung
terhadap objek yang diteliti untuk
memperoleh data-data. Data-data hasil
penelitian dibandingkan dan selanjutnya
3
diberikan sebuah kesimpulan. Terdapat 3
variabel yang digunakan pada penelitian
ini yaitu, pertama variable terkontrol
berupa dimensi burner 8,4 mm dan debit
LPG 1.25 liter/menit, kedua variable bebas
berupa kadar karbon yang ditambahkan
0%, 0.01%, 0.02%, 0.3% dan debit aliran
udara yang diberikan 2.17, 3.26, 4.35,
5.43, dan 6.52 liter/menit, dan ketiga
variable terikat berupa kecepatan api
pembakaran.
INSTALASI ALAT PENELITIAN
Gambar 1 Skema instalasi penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN
Data yang didapatkan dari penelitian
ini berupa massa alir dan massa jenis uap
tiap variasi penambahan karbon aktif pada
pembakaran api premixed dengan bahan
bakar 100 gram minyak kedelai dan
visualisasi api premixed berupa foto. Hasil
data massa alir, massa jenis uap dan
visualisasi api selanjutnya akan digunakan
untuk menghitung kecepatan kecepatan api
premixed. Kemudian dilakukan peng-
olahan data-data tersebut untuk mencari
nilai kecepatan api premixed SL tiap
equivalence ratio sesuai rumus. Setelah
proses pengolahan data selesai dilakukan,
data akan di ditampilkan dalam bentuk
grafik.
Visualisasi Nyala Api dan Data Hasil
Penelitian
Berikut adalah hasil visualisasi
nyala api dan data hasil penelitian
pembakaran premixed minyak kedelai
pada tiap variasi kadar karbon aktif dari
masing-masing equivalence ratio.
Gambar 2 Nyala api minyak kedelai tanpa
penambahan karbon aktif
Tabel 1. Hasil Penelitian Tanpa penam-
bahan karbon
Debit
Udara
L/min
ṁ
bb
kg/min
ρ
Uap ϴ φ
SL
cm/s
2.17
4.67x
3.5
21 1.01 24.85
3.26 15 0.67 26.40
4.35 12 0.50 28.00
5.43 11 0.40 31.93
6.52 10 0.34 34.73
Gambar 3 Nyala api minyak kedelai
dengan penambahan karbon aktif 0.01%
4
Tabel 2. Hasil Penelitian dengan kadar
karbon 0.01%
Debit
Udara
L/min
ṁ
bb
kg/min
ρ
Uap ϴ φ
SL
cm/s
2.17
4.9x
3.65
22 1.06 25.98
3.26 15 0.71 26.41
4.35 12 0.53 28.00
5.43 11 0.42 31.93
6.52 10 0.35 34.73
Gambar 4 Nyala api minyak kedelai
dengan penambahan karbon aktif 0.02%
Tabel 3. Hasil Penelitian dengan kadar
karbon 0.02%
Debit
Udara
L/min
ṁ
bb
kg/min
ρ
Uap ϴ φ
SL
cm/s
2.17
5.04x
3.75
23 1.09 27.10
3.26 16 0.73 28.12
4.35 13 0.54 30.30
5.43 12 0.44 34.80
6.52 11 0.36 38.17
Gambar 5 Nyala api minyak kedelai
dengan penambahan karbon aktif 0.03%
Tabel 4. Hasil Penelitian dengan kadar
karbon 0.031%
Debit
Udara
L/min
ṁ
bb
kg/min
ρ
Uap ϴ φ
SL
cm/s
2.17
5.15x
4.10
24 1.11 28.21
3.26 18 0.74 31.53
4.35 15 0.56 34.86
5.43 13 0.44 37.65
6.52 12 0.37 41.59
Pada gambar visualisasi api
pembakaran premixed diatas didapatkan
semakin menurunnya nilai Equivalence
Ratio mengakibatkan dimensi api
premixed semakin besar. Hal ini
dikarenakan debit aliran udara yang
diberikan semakin besar. Dimensi api
premixed berpengaruh pada tinggi
rendahnya nilai kecepatan api, karena akan
mempengaruhi sudut api yang terbentuk.
Pada pengolahan data didapat semakin
kecil sudut api pada kadar karbon aktif
yang sama, maka nilai kecepatan api akan
semakin besar. Dan pada setiap variasi
kadar karbon aktif dengan debit aliran
udara yang sama, didapat semakin tinggi
kadar karbon aktif yang diberikan akan
menaikan nilai sudut api, Equivalence
Ratio dan kecepatan apinya.
5
Grafik hubungan Equivalence Ratio dengan Kecepatan Api Premixeded Pada Tanpa
Penambahan Karbon dan Semua Variasi Penambahan Karbon.
Gambar 6 Grafik Hubungan antara Equivalence Ratio dengan Kecepatan Api Premixed Pada
Minyak Kedelai tanpa penambahan karbon aktif
Dari grafik diatas dapat dilihat
bahwa kecepatan tertinggi terjadi pada
Equivalence Ratio 0.34 yaitu 34 cm/detik
dan terendah pada Equivalence Ratio 1.01
yaitu 24.85 cm/detik.
Dalam grafik tersebut memiliki
kecenderungan penurunan nilai kecepatan
api, dimana nilai Equivalence Ratio yang
semakin meningkat akan menurunkan nilai
kecepatan api. Semakin tinggi Equivalence
Ratio maka akan semakin kaya bahan
bakar, hal ini berpengaruh pada kecepatan
api yang semakin menurun. Pada
pembakaran premixed, bunsen yang kaya
akan bahan bakar (Equivalence Ratio
tinggi) mengakibatkan bahan bakar akan
lebih terpusat/mengumpul atau dengan
kata lain luas permukaan pembakaran
bahan bakar dengan jumlah yang sama
akan semakin kecil, hal ini yang
mengakibatkan penurunan nilai kecepatan
api.
Gambar 7 Grafik Hubungan antara Equivalence Ratio dengan Kecepatan Api Premixed pada
Minyak Kedelai dengan Variasi Karbon Aktif
20
25
30
35
40
45
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
Kec
epat
an A
pi
Pre
mix
ed (
cm/s
)
Equivalen Ratio
GRAFIK HUBUNGAN ANTARA EQUIVALENCE RATIO DENGAN KECEPATAN API
PREMIXED PADA MINYAK KEDELAI TANPA PENAMBAHAN KARBON AKTIF
Tanpa penambahan
karbon aktif
20
25
30
35
40
45
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
Kec
epat
an A
pi
Pre
mix
ed (
cm/s
)
Equivalen Ratio
GRAFIK HUBUNGAN ANTARA EQUIVALENCE RATIO DENGAN KECEPATAN API
PREMIXED PADA MINYAK KEDELAI SEMUA VARIASI
Tanpa penambahan
karbon aktif
Dengan penambahan
karbon aktif 0.01%
Dengan penambahan
karbon aktif 0.02%
Dengan penambahan
karbon aktif 0.03%
6
Dari grafik diatas dapat dilihat
bahwa semua variasi memiliki
kecenderungan yang sama yaitu semakin
tinggi nilai Equivalence Ratio maka nilai
kecepatan api premixed semakin
menurun. Nilai Equivalence Ratio dan
kecepatan api premixed tertinggi ada
pada minyak kedelai dengan penambahan
karbon aktif 0.03% dan terendah ada
pada tanpa penambahan karbon aktif.
Nilai kecepatan dari setiap varias pada
penambahan kabon aktif 0.03% sebesar
41.59 cm/s, kemudian pada penambahan
karbon aktif 0.02% sebesar 38.17 cm/s,
selanjutnya pada penambahan karbon
aktif 0.01% sebesar 34.73 cm/s dan pada
tanpa penambahan karbon aktif sebesar
34.72 cm/s.
Dari grafik kita bisa menarik
kesimpulan semakin tinggi kadar karbon
aktif yang diberikan akan meningkatkan
nilai kecepatan dan nilai Equivalence
Ratio. Hal ini dipengaruhi oleh peran
karbon aktif pada bahan bakar minyak
kedelai.
Dalam penlitian ini memiliki dua
metode untuk membuat molekul
bermuatan, yaitu pemanasan dan
penambahan karbon aktif. Karbon aktif
yang ditambahankan mempengaruhi laju
penguapan dimana dengan penambahan
ini asam lemak lebih aktif menyerap
kalor dari pemanasan yang sebelumnya
kalor terlebih dahulu diserap oleh
gliserol, karena sebagian molekul asam
lemak terputus akibat perpindahan atom
karbon tigliserida menuju graphene. Hal
ini bisa dilihat dari visualisasi
pembakaran premixed antara tanpa dan
dengan penambahan karbon aktif seperti
pada gambar 4.7 berikut.
Gambar 8 Visualisasi api premixed, A
tanpa penambahan karbon aktif dan B
dengan penambahan karbon aktif
Dari gambar 4.7 bisa dilihat
ketebalan api yang berbeda, karena pada
minyak kedelai yang ditambahkan karbon
aktif, uap bahan bakar yang dihasilkan
memiliki kandungan asam lemak lebih
banyak dan gliserol yang lebih sedikit.
Seperti yang telah disebutkan
sebelumnya, karbon aktif menjadikan
asam lemak lebih aktif menyerap kalor,
sehingga lebih cepat menguap. Hal ini
bisa dibuktikan dari nilai massa alir yang
meningkat setiap penambahan karbon
aktif.
Peran karbon aktif ini sesuai
dengan konsep dasar, dimana graphene
pada karbon aktif akan mendapatkan
karbon dari sebagian karbon di
trigliserida yang mengakibatkan beberapa
ikatan dari molekul trigleserida terputus.
Dengan terbentuknya graphane
yang mengakibatkan karbon aktif
memiliki sifat magnetik sehingga
elektron pada molekul asam lemak akan
tertarik oleh atom karbon di karbon aktif,
karena karbon memiliki
keelektronegatifan lebih tinggi dari atom
hidrogen pada molekul asam lemak.
Kemudian elektron pada karbon aktif
yang meguap akan berpindah menuju
oksigen karena nilai keelektronegatifan
oksigen lebih besar dari pada karbon.
Selanjutnya perbedaan muatan antara
molekul bahan bakar yang positif dan
A B
7
oksigen yang negatif terjadi reaksi tarik
menarik antara keduanya hal ini yang
mengakibatkan kecepatan pembakaran
lebih meningkat, karena pembakaran
akan lebih mudah terjadi dengan
menurunnya energi disosiasi.
Gambar 9 Ilustrasi perpindahan elektron
dan reaksi oksidasi asam lemak
bermuatan.
Dengan sedikitnya kandungan
gliserol pada uap bahan bakar dan
perbedaan muatan antara bahan bakar dan
oksigen yang diakibatkan oleh transfer
elektron membuat kecepatan pembakaran
yang semakin meningkat. Sementara
untuk peningkatan Equivalence Ratio
dipengaruhi semakin kayanya bahan
bakar pada penambahan karbon aktif
yang semakin tinggi.
Seperti yang kita ketahui
sebelumnya, penambahan karbon aktif
pada minyak kedelai mengakibatkan
meningkatnya kecepatan api pembakaran
premixed. Pada penelitian ini hal yang
paling dominan mempengaruhi kecepatan
api adalah sudut api Bunsen. Dimana
semakin kecil nilai Equivalence Ratio
maka semakin kecil pula sudut api
Bunsennya dan penambahan kadar
karbon aktif yang semakin besar juga
berpengaruh pada sudut api Bunsen yang
terbentuk. Hal ini dikarenakan semakin
besar kadar karbon aktif yang
ditambahkan akan menaikan nilai
kecepatan api, ini dibuktikan dengan
sudut api Bunsen yang relatif semakin
besar pada setiap variasi dalam aliran
udara yang sama.
Gambar 10 Ilustrasi reaksi pembakaran
pada Bunsen api premixed tanpa
penambahan karbon (kiri) dan dengan
penambahan karbon (kanan)
Berdasarkan konsep dasar, seiring
dengan penambahan karbon aktif akan
menaikan kecepatan api yang
mengakibatkan dimensi api Bunsen yang
semakin menurun. Hal ini dikarenakan
penambahan karbon aktif akan
mempercepat terjadinya pembakaran.
Dengan kandugan gliserol pada uap
bahan bakar yang sedikit, energi aktivasi
tidak akan banyak diserap oleh gliserol.
Sehingga energi aktivasi masih dalam
jumlah besar akan berkontak dengan
oksigen dan bahan bakar dengan energi
disosiasi yang telah menurun. Karena hal
tersebut dimensi api menjadi lebih kecil,
karena bahan bakar lebih cepat terbakar.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Penambahan kadar karbon aktif berpe-
ngaruh terhadap kecepatan api pemba-
karan premixed dimana semakin tinggi
kadar karbon aktif yang ditambahkan
maka akan menaikan nilai kecepatan api
premixednya. Nilai kecepatan api ter-
tinggi berada pada penambahan karbon
0.03% sebesar 41.59 cm/s, kemudian
pada 0.02% sebesar 38.17 cm/s,
selanjutnya pada 0.01% sebesar 34.73
cm/s, dan terendah pada tanpa
penambahan karbon aktif sebesar 34.72
cm/s.
Saran
1. Diharapkan untuk penelitian
selanjutnya bisa dilanjutkan dengan
menambahan karbon aktif dari
sumber lain seperti dari sekam padi.
Dengan minyak kedelai ataupun
dengan minyak nabati lain.
8
2. Diharapkan untuk penelitian
selanjutnya kompor atau pemanas
yang digunakan bisa menjaga
temperature minyak lebih konstan.
Daftar Pustaka
[1] Wardana, I.N.G. (2008). Bahan
Bakar dan Teknologi Pembakaran.
Malang: Brawijaya University Press.
[2] BPH MIGAS (2016). Indonesia
Belum Punya Cadangan BBM
Nasional. Jakarta Selatan: BPH
MIGAS
[3] MPOC. (2016). Oil and Fat World
Production. Selangor Darul Ehsan:
MPOC .
[4] Novoselov K et al (2012), Graphene
Sheets Can Repair Themselves
Naturally. Manchester: www.zme-
science.com
[5] Mohd Iqbaldin MN et al (2013),
Properties of Coconut Shell
Activated Carbon. Journal of
Tropical Forest Science 25(4): 497-
503.
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi yang semakin pesat, dimana manusia memanfaatkan
teknologi sebagai alat untuk mempermudah kerja manusia. Kendaraan bermotor, ponsel
dan PC (personal computer) merupakan contoh alat untuk mempermudah kerja manusia.
Dalam hal ini teknologi yang telah disebutkan tadi erat kaitannya dengan energi sebagai
suatu zat yang menjalankan alat dengan sebagaimana mestinya. Energi yang dimanfaatkan
diubah (konversi) menjadi energi lain yang dibutuhkan alat untuk bekerja, contohnya pada
kendaraan bermotor dimana energi didapat dari konversi energi kimia bahan bakar menjadi
energi mekanik dengan mekanisme pada motor bakar.
Pembakaran merupakan kunci penting sebagai mekanisme pengubah energi, dimana
90% energi dunia didapat dari pembakaran bahan bakar fosil (Wardana, 2008).
Pembakaran ini penting karena hanya pembakaran yang menghasilkan power besar yang
diperoleh dari pelepasan panas dalam waktu yang singkat. Terlepas dari dampak
merugikan terhadap lingkungan, pembakaran sampai saat ini dirasa paling efektif sebagai
mekanisme pengubah energi karena hasil yang diberikan sangatlah besar dibandingkan
dengan mekanisme lain.
Sumber energi pembakaran seperti yang dijelaskan diatas dimana 90% didapat dari
bahan bakar fosil, sementara kondisi di Indonesia produksi dalam negeri bahan bakar fosil
tidak mencukupi kebutuhan konsumsi nasional, untuk menutupi kekurangan di ambil jalan
impor dari negara lain. Hal ini akan berpengaruh pada ketahanan energi nasional, dimana
Indonesia hanya mempunyai cadangan operasional sekitar 21 hari milik Pertamina, untuk
cadangan energi nasional sendiri masih nol (BPH MIGAS, 2015). Kondisi seperti ini dapat
membahayakan keamanan negara apabila terjadi kondisi darurat.
Untuk itu kita perlu memaksimalkan sumber energi lain, sebagai energi alternatif.
Biofuel dan bahan bakar gas merupakan contoh bahan bakar alternatif yang layak
dimanfaatkan di Indonesia, karena keberadaannya masih tersedia dalam jumlah banyak di
alam. Tidak hanya itu biofuel merupakan bahan bakar yang dapat diperbaharui.
Biofuel merupakan bahan bakar yang paling cocok untuk menjadi bahan bakar
alternatif, dimana telah disebutkan diatas bahwa biofuel dapat diperbaharui karena berasal
dari tumbuhan (nabati). Hal ini juga didukung dari tanah Indonesia yang subur dan
2
memiliki sumber daya air tawar terbesar ketiga didunia, tapi masih sedikit sekali produksi
minyak nabati dalam negeri, karena sumber minyak nabati hanya diolah secara langsung
misalnya biji kedelai menjadi olahan makanan seperti tempe dan tahu. Jika dilihat dari
produksi dunia tahun 2015 minyak kelapa sawit diproduksi sebanyak 31% dari produksi
keseluruhan minyak nabati dunia, minyak kedelai 22%, rapeseed oil 13%, dan minyak biji
bunga matahari 8% (Malaysian Palm Oil Conservation, 2016). Keempat minyak nabati
tersebut merupakan minyak nabati yang diproduksi paling banyak didunia.
Minyak kedelai lebih unggul dibandingkan dengan jenis minyak nabati lainnya dari
segi jumlah produksi menempati urutan kedua dan kandungan polyunsaturated yang besar
mencapai 61%. Sedangkan minyak kelapa sawit yang produksinya lebih besar hanya
memiliki kandungan polyunsaturated 10%. Dibawah itu ada minyak biji bunga matahari
yang memiliki kandungan polyunsaturated 69%, tetapi produksi dunia minyak ini dibawah
produksi minyak kedelai. Polyunsaturated berhubungan dengan banyaknya ikatan ganda
dimana ikatan ganda lebih cepat terjadinya pembakaran, karena energi disosiasi pada
polyunsaturated rendah. untuk itu penulis melakukan penelitian minyak kedelai sebagai
energi alternatif. Tetapi untuk mereaksikan minyak nabati agar terjadi pembakaran cukup
sulit dilakukan, dalam penelitian ini digunakan pemanasan atau penguapan terlebih dahulu
pada bahan bakar minyak nabati. Selain itu untuk lebih mempercepat terjadinya reaksi
pembakaran, penggunaan katalis dapat diaplikasikan sebagai bahan atau zat yang
merangsang molekul agar mudah terjadi pembakaran.
Katalis yang digunakan dalam penelitian ini adalah katalis karbon aktif batok kelapa.
Dimana pada katalis karbon aktif memiliki kelebihan yaitu luas permukaan yang sangat
luas, ekonomis dan mudah dibuat atau didapatkan. Luas permukaan karbon aktif batok
kelapa yaitu antara 1244 sampai dengan 1768,8 (Mohd, 2013). Luas
permukaan ini berpengaruh pada media atau tempat terjadinya reaksi, karena karbon aktif
terdiri dari tumpukan lembaran-lembaran graphene, dimana graphene memiliki sifat unik
yang dapat memperbaiki struktur spreinya apabila berkontak dengan molekul hidrokarbon
dengan mengambil unsur karbon pada hidrokarbon (Konstantine N, 2012). Sehingga
dengan luas yang sedemikian luas ini diperlukan penelitian tentang kadar karbon aktif
batok kelapa yang ditambahkan, untuk mengetahui pengaruh kadar karbon aktif pada
minyak kedelai terhadap karakteristik pembakaran premixed.
Pada penelitian ini karakteristik pembakaran premixed yang diteliti adalah kecepatan
api pembakaran premixed. Hal ini dikarenakan kecepatan api menentukan kualitas dari
bahan bakar, lebih jauh lagi kecepatan api mempengaruhi energi yang akan dihasilkan.
3
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan penjabaran latar belakang diatas, didapat rumusan penelitian ini adalah
bagaimana pengaruh katalis karbon aktif batok kelapa terhadap kecepatan api pembakaran
premixed minyak kedelai.
1.3 Batasan Masalah
Agar memperoleh penelitian yang terarah dan tidak meluas, untuk itu penulis memberi
beberapa batasan masalah pada penelitian ini, yaitu:
1. Bahan bakar nabati yang digunakan adalah minyak kedelai.
2. Katalis yang digunakan adalah karbon aktif batok kelapa.
3. Kadar karbon yang diberikan 0,00%; 0,01%; 0,02% dan 0,03%.
4. Massa jenis udara yang digunakan adalah pada kondisi 1 atm.
5. Debit aliran LPG dijaga konstan pada debit 1,25 liter/menit dan panas api pada kompor
dianggap tidak dipengaruhi lingkungan.
6. Debit aliran udara yang diberikan 2,17; 3,26; 4,35; 5,43 dan 6,52 l/menit.
7. Karakteristik pembakaran yang diamati adalah kecepatan api.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh penambahan katalis karbon
aktif batok kelapa terhadap kecepatan api pembakaran premixed minyak kedelai.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Pembaca dan penulis dapat mengetahui pengaruh penambahan 0,01%; 0,02% dan
0,03% katalis karbon aktif batok kelapa pada minyak kedelai terhadap kecepatan api
pembakaran premixed.
2. Dapat dijadikan sebagai referensi pada penelitian selanjutnya.
4
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Sebelumnya
Penelitian tentang penambahan karbon aktif sebagai katalis pada bahan bakar minyak
nabati masih sedikit dilakukan. Salah satu dari penelitian tersebut Rizky (2016) melakukan
penelitian tentang pengaruh penambahan kabon aktif terhadap karakteristik pembakaran
droplet minyak biji bunga matahari. Penelitian ini menambahkan karbon aktif batok kelapa
dan sekam padi dengan konsentrasi 0,01%; 0,02% dan 0,03%. Adapun hasil yang didapat
adalah penambahan karbon aktif pada minyak biji bunga matahari mengakibatkan tinggi
dan lebar api cenderung mengalami penurunan. Tetapi pada penambahan karbon aktif
batok kelapa dengan kosentrasi 0,02% mengalami kenaikan lebar api dibandingkan dengan
konsentrasi 0,01% dikarenakan terjadinya micro-explotion diawal pembakaran. Hal yang
sama juga terjadi pada penambahan karbon aktif sekam padi pada konsentrasi 0,03%.
Penambahan karbon aktif pada minyak biji bunga matahari juga berpengaruh pada
meningkatnya nilai burning rate dan temperature pembakaran, namun nilai ignition delay
mengalami penurunan. Penurunan ini dikarenakan karbon aktif mempercepat reaksi
pembakaran pada minyak biji bunga matahari dengan memotong ikatan ganda menjadi
ikatan tunggal pada minyak biji bunga matahari.
Jika dilihat dari kecepatan reaksi pembakaran penambahan karbon aktif sekam padi
paling cepat terjadinya pembakaran dibandingkan dengan karbon aktif batok kelapa. Hal
ini dikarenakan kandungan silika dalam sekam padi yang besifat konduktor dimana
elektron dari minyak biji bunga matahari akan ditarik silika sehingga silika memiliki
kelebihan elektron yang akan mengakibatkan ketidakstabilan. Ketidakstabilan inilah yang
membuat elektron silika bergerak bebas dan bergetar yang mengakibatkan terjadinya
transfer panas.
2.2 Minyak Nabati
Minyak nabati adalah minyak yang didapat dari tumbuhan, karena tumbuhan
menyimpan energi dalam bentuk lemak dan minyak. Minyak umumnya terkandung dalam
biji-bijian tumbuhan. Minyak nabati biasanya diperoleh dengan melakukan proses
pemerasan.
6
Minyak nabati tersusun dari molekul-molekul triglyceride yang terdiri dari gliserol
yakni alkohol dengan rantai 3 karbon sebagai rantai utama dan 3 cabang asam lemak
dengan 18 karbon atau 16 karbon. Asam lemak merupakan rantai hidrokarbon lurus dan
panjang memiliki 12 sampai 24 atom karbon. Asam lemak dari tumbuhan merupakan
ikatan tak jenuh dengan satu atau lebih ikatan rangkap diantara atom karbonnya dan
berwujud cair pada suhu ruang. Molekul-molekul triglyceride kebanyakan mengandung
atom karbon dan hidrogen dengan hanya 6 atom oksigen per molekul. Ini berarti lemak dan
minyak nabati adalah mirip dengan hidrokarbon dalam petrolium, yakni merupakan bahan
bakar yang bagus. Fungsi biologis utama dari triglyceride adalah sebagai bahan bakar
(Wardana, 2008).
Gambar 2.1 Susunan ikatan molekul triglyceride
Sumber: Wardhana (2008:38)
Pada Gambar 2.1 dapat dilihat susunan ikatan molekul triglyceride yang terdiri
glycerol dan tiga molekul asam lemak. Fungsi utama dari triglyceride adalah sebagai
bahan bakar. Asam lemak yang biasanya terkandung pada minyak nabati adalah asam
stereat, palmitat, oleat, linoleat (Wardana, 2008). Perbedaan kandungan asam lemak yang
terkandung didalam minyak nabati bergantung pada jenis tumbuhan itu sendiri. Kandungan
asam lemak dapat dilihat dari Tabel 2.1 komposisi asam lemak berbagai jenis minyak
nabati.
7
Tabel 2.1
Komposisi Asam Lemak Berbagai Jenis Minyak Nabati
Sumber: Wardana (2008:42)
Komposisi asam lemak berpengaruh pada energi disosiasi pada bahan bakar nabati.
Dimana energi disosiasi adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk memutuskan satu
mol ikatan kimia suatu spesies dalam fase gas. Pada Tabel 2.2 terlihat semakin banyak
memiliki ikatan rangkap energi disosiasi akan semakin menurun. Hal ini berpengaruh pada
semakin cepat terjadinya pembakaran pada minyak nabati.
Tabel 2.2 Tipe Ikatan Pada Asam Lemak dan Energi Disosiasi
Sumber: Wardana (2008:41)
Selain itu sifat fisik pada minyak nabati memiliki peranan penting sebagai
karakteristik bahan bakar nabati. Hal ini berpengaruh pada kecocokan dan kebutuhan
terhadap lingkungannya. Contohnya pada Tabel 2.2 minyak sawit dimana titik alir 12 o
C
yang hanya cocok pada iklim tropis, untuk menanggulanginya dibutuhkan pemanasan
minyak sawit terlebih dahulu sebelum dialirkan keruang bakar. Berikut sifat fisik beberapa
jenis minyak nabati.
8
Tabel 2.3
Sifat Fisik Beberapa Jenis Minyak Nabati
Sumber: Wardana, (2008:42)
2.3 Minyak Kedelai
Minyak kedelai diisolasi dari kedelai. kedelai merupakan tanaman semusim yang
biasanya diusahakan pada musim kemarau, karena sifatnya yang tidak memerlukan banyak
air. Umumnya kedelai tumbuh didaerah dengan ketinggian 0 sampai 500 mdpl
(ketaren,1986). Hal ini cocok dengan kondisi iklim Indonesia yang tropis dimana tanaman
ini dapat memanfaatkan musim kemarau didataran rendah Indonesia untuk memproduksi
kedelai dalam jumlah besar.
Kadar minyak kedelai relatif lebih rendah dibandingkan dengan jenis kacang-
kacangan lainnya. Kadar protein yang tinggi menyebabkan kedelai lebih banyak digunakan
sebagai sumber protein dari pada sebagai sumber minyak kedelai. Dapat dilihat dari Tabel
2.3 komposisi kedelai kandungan lemak kasar yang terkandung dalam biji kedelai dengan
hanya memiliki rata-rata 19,63% lebih kecil dari protein yang mencapai rata-rata 42,78%.
Tabel 2.4
Komposisi Kedelai
Sumber: MY Thoha (2008)
Pengambilan minyak kedelai dari kedelai dapat dilakukan dengan beberapa cara antara
lain ekstraksi dan penyulingan (distilasi). Ekstraksi adalah metode pemisahan komponen
pada suatu campuran berdasarkan kemampuan kelarutan suatu larutan atau beberapa
komponen pada fase yang lain. Fase lain yang ditambahkan biasanya zat cair sedangkan
9
campuran yang akan dipisahkan dapat berupa zat cair atau zat padat. Sedangkan
penyulingan atau distilasi merupakan metode pemisahan komponen-komponen suatu
campuran dari dua jenis cairan atau lebih berdasarkan perbedaan tekanan uap dari masing-
masing zat tersebut. (MY Thoha, 2008).
Pada Tabel 2.4 dapat dilihat komposisi kimia yang terkandung dalam minyak kedelai.
sedangkan pada Tabel 2.5 dapat dilihat sifat fisika-kimia pada minyak kedelai.
Tabel 2.5
Komposisi Kimia Minyak Kedelai
Sumber: Ketaren (1986:249)
Tabel 2.6
Sifat Fisika-Kimia Minyak Kedelai
Sumber: Ketaren (1986:249)
2.4 Katalis Karbon Aktif
Katalis adalah sebuah zat yang mempercepat laju reaksi kimia, tapi tidak terkonsumsi
dalam reaksi dan tidak mempengaruhi kesetimbangannya (Gates,1992). Katalis berfungsi
merangsang elektron yang mengikat atom-atom dalam molekul sehingga ikatan atomnya
akan putus atau meninggalkan molekul sehingga molekul tersebut menjadi pecah dan
10
bermuatan. (Wardana, 2008). Katalis mempercepat laju reaksi disebebabkan Karena
kemampuannya mengadakan interaksi paling sedikit satu molekul reaktan untuk
meghasilkan senyawa antara yang lebih aktif. Interaksi ini akan dapat meningkatkan
ketepatan orientasi tumbukan, meningkatkan konsentrasi akibat lokalisasi reaktan,
sehingga meningkatkan jumlah tumbukan dan membuka alur reaksi dengan energi aktivasi
yang lebih rendah (Gates, 1992).
Katalis dibagi menjadi 3 komponen yakni situs aktif, penyanggga dan promotor. Situs
aktif berperan dalam reaksi kimia yang diharapkan, penyangga berperan dalam
memodifikasi komponen aktif, menyediakan permukaan yang luas, dan meningkatkan
stabilitas katalis, sementara itu promotor berperan dalam meningkatkan atau membatasi
aktivitas katalis serta berperan dalam struktur katalis (Istiadi, 2011).
Katalis dibagi menjadi dua jenis yaitu katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis
homogen adalah dimana katalis berada dalam fase yang sama dengan reaktan, sedangkan
katalis heterogen adalah katalis dan reaktan berbeda fase. Pada katalis homogen katalis
berupa molekul yang mengkordinasi reaksi. Sementara katalis heterogen menyediakan
permukaan sebagai tempat reaksi berlangsung (Wardana, 2008). Pada penelitian ini
digunakan katalis heterogen dimana reaktan berupa minyak kedelai yang fase cair dan
katalis berupa karbon aktif batok kelapa yang berfase padat sebagai penyedia permukaan.
Karbon aktif didapat dari pengaktifan senyawa karbon. Karbon aktif terdiri dari grafit,
sementara grafit tersusun dari tumpukan lembaran-lembaran graphene. Ada dua metode
pengaktifan karbon, yaitu dengan fisika dan kimia. Pengaktifan karbon dengan metode
fisika melalui dua proses, pertama pengaktifan karbon menggunakan pemanasan dan kedua
penambahan oksigen dan karbon dioksida sebagai bahan pengaktif. Sementara itu metode
dengan cara kimia terjadi dengan satu proses dimana pengaktifan karbon menggunakan
bahan kimia sebagai bahan pengaktif seperti potassium hydroxide (KOH), phosphoric acid
dan zinc chloride (yuen & hameed, 2009).
Katalis karbon yang digunakan pada penelitian ini adalah karbon aktif batok kelapa
dengan pengaktifan secara fisika dimana pengaktifan menggunakan pemanasan. Secara
lengkap pengaktifan fisika terdiri dari 3 proses yaitu dehidrasi, kabonisasi, dan aktivasi.
1. Dehidrasi
Dehidrasi merupakan proses penghilangan kandungan air yang ada pada karbon,
bertujuan menyempurnakan proses karbonisasi. Proses ini dilakukan dengan
memanaskan karbon sampai pada temperature 170oC.
11
2. Karbonisasi
Karbonisasi merupakan proses pembakaran material organik pada bahan baku.
Sebagian besar unsur non-karbon akan hilang pada proses ini. Pelepasan unsur-unsur
non-karbon akan membuat struktur pori-pori mulai terbentuk pada karbon. Karbon
akan terbentuk pada suhu 400oC sampai 600
oC.
3. Aktivasi
Daya adsorpsi pada hasil karbonisasi masih rendah dikarenakan masih ada residu yang
menutupi permukaan pori-pori dan pembentukan pori-pori belum sempurna. Maka dari
itu perlu dilakukan aktivasi lanjutan untuk meningkatkan luas permukaan dan daya
adsorpsi karbon aktif. Pada proses aktivasi ini melepas hidrokarbon, tar, dan senyawa
organik yang melekat ada karbon. Proses aktivasi ini memanaskan karbon pada suhu
800oC sampai 1000
oC dan dialirkan gas pengoksida.
Karbon aktif yang sering dijumpai atau diproduksi di Indonesia berbahan dasar batok
kelapa, selain karena bahan yang mudah ditemukan karbon aktif batok kelapa juga
memiliki kandungan karbon yang tinggi yaitu 80,13%. Secara lengkap karbon aktif pada
batok kelapa mempunyai komposisi 80,13% C; 2,36% H; 1,1% N; 0,06% S dan 16,35% O
(Mohd et al, 2013).
Gambar 2.2 Struktur kimia karbon aktif
Sumber: Sudibandriyo (2013)
Gambar 2.3 SEM micrograph dari (a) karbon batok kelapa (b) karbon aktif batok kelapa
Sumber: Mohd et al (2013)
a b
12
Pengaktifan karbon mengakibatkan luas permukaan yang tinggi yaitu antara 1244,0
/g dengan 1768,8 /g dari sebelumnya yang hanya memiliki luas 36,5 /g (Mohd et
al, 2013). Hal ini dapat dilihat dari gambar karbon batok kelapa sebelum dan sesudah
diaktifkan pada Gambar 2.3. Jika dilihat dari ukuran pori karbon aktif dibedakan menjadi
tiga jenis, bisa dilihat pada dibawah ini.
Tabel 2.7
Ukuran Pori
Sumber: Smisek and Cerny (1970)
2.5 Proses Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi kimia yang terjadi antara bahan bakar dan pengoksidasi
(oksigen atau udara) yang menghasilkan panas dan cahaya. Syarat terjadinya pembakaran
adalah adanya bahan bakar, pengoksidasi (oksigen atau udara) dan Panas atau energi
aktivasi (Wardana, 2008).
Gambar 2.4 Ilustrasi proses pembakaran
Sumber: Wardana (2008:3)
Energi aktivasi merupakan panas yang digunakan untuk mengaktifkan molekul-
molekul bahan bakar. Pada pembakaran terjadi dua peristiwa utama. Pertama komposisi
antar reaktan yang berubah terhadap waktu disebabkan oleh proses pada tingkat molekuler.
Kedua ikatan molekul yang lemah akan terlepas yang selanjutnya digantikan oleh ikatan
yang lebih kuat. Kelebihan energi dari ikatan tersebut dilepas kedalam system, yang
biasanya menyebabkan naiknya temperatur yang sangat tinggi. Energi yang diperlukan
13
untuk melepas ikatan molekul bergantung pada nilai energi ikatan atom dalam molekulnya.
Energi disosiasi yaitu jumlah energi yang dibutuhkan untuk memutuskan satu mol ikatan
kimia dalam fase gas, ini digunakan untuk menentukan kekuatan suatu ikatan kimia
(Wardana, 2008:7).
Pembakaran dibagi menjadi dua yaitu pembakaran premixed dan difusi. Pembakaran
premixed bahan bakar dan udara bercampur dahulu didalam mixing chamber sebelum
memasuki zona reaksi, sedangkan pembakaran difusi bahan bakar dan udara bercampur
dalam zona reaksi.
2.6 Pembakaran Difusi
Pembakaran difusi merupakan suatu proses pembakaran dimana bahan bakar dan
udara bercampur di zona reaksi akibat difusi molekul atau bisa disebut dengan terbakar
secara alami (bercampur sendiri). Pembakaran difusi terjadi apabila bahan bakar dan udara
bercampur secara alami, disaat pencampuran terjadi secara sempurna atau mencapai
kondisi stoikiometrik, panas yang dilepas oleh energi aktifasi langsung terbakar yang
berarti pencampuran sudah cukup.
Pada pembakaran difusi menggunakan dua saluran yang berbeda kemudian bercampur
pada zona pencampuran awal. Pada pencampuran awal ini terjadi proses yang akan
membentuk api difusi. Hal ini bisa dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Proses pembakaran difusi
Sumber: Wardana (2008:149)
2.7 Pembakaran Premixed
Pembakaran premixed adalah suatu proses pembakaran yang terjadi karena adanya
pencampuran antara bahan bakar dan udara secara mekanis di mixing chamber sebelum
reaktan (bahan bakar dan udara) di bakar. Api pembakaran premixed berbentuk lembar
datar tipis dan merambat tegak lurus menuju arah reaktan. Adapun api kerucut bagian luar
adalah bahan bakar yang belum terbakar habis sehingga bercampur dengan udara sekitar
14
(difusi). Pada pembakaran premixed memiliki dua jenis perilaku reaktan saat melintasi
zona reaksi yaitu:
Pertama pembakaran premixed turblen. Pembakaran ini bergantung pada kandungan
atau jenis properti yang terkandung pada gas yang digunakan untuk mengetahui kecepatan
pembakarannya. Bentuk api premixed tergantung pada jenis alirannya, dalam hal ini
terdapat struktur api yang dapat terjadi yaitu api laminar, terdapat gumpalan api dalam
vorteks dan reaksinya menyebar, aliran turbulen dapat meningkatkan rambatan api yang
terjadi pada pembakaran.
Kedua pembakaran api premixed laminar. Pembakaran ini memiliki bentuk api yang
khas yaitu berbentuk api bunsen dan api yang merambat dalam tabung. Proses
pencampuran dan penjalaran panas pada bahan bakar dan udara berlangsung secara
molekuler. Api premixed laminar biasa terdapat pada api bunsen yaitu api berbentuk
kerucut dengan dinding kerucut yang merupakan permukaan dari api premixed dengan api
yang berbentuk lembar datar tipis yang terjadi didalam tabung.
2.8 Rasio Udara dan Bahan Bakar (AFR)
Salah satu parameter penting dalam pembakaran premixed adalah perbandingan udara
dan bahan bakar atau Air Fuel Ratio (AFR).
(2-1)
(2-2)
Dimana:
N = Jumlah mol
M = Jumlah massa dari molekul
Sumber: Wardana (2008)
Salah satu cara menentukan perbandingan udara dan bahan bakar (AFR) dalam suatu
reaksi pembakaran adalah dengan menentukan massa molarnya. Menurut Amedeo
Avogadro, setiap dari satu gram zat terkandung 6,022x1023
sma (satuan massa atom)
kemudian nilai 6,022x1023
dikenal sebagai bilangan Avogadro. Avogadro adalah ilmuan
pertama kali yang mengemukakan bahwa volume gas yang sama memiliki jumlah molekul
yang sama pula. Jadi pada satu mol yang terdapat disuatu zat merupakan jumlah massa
yang sama dengan massa atom zat atau massa molekul tersebut yang dinyatakan dalam
satuan massa (gram atau kilogram).
15
Dalam sebuah reaksi pembakaran antara bahan bakar (hidrokarbon) dengan
pengoksidan (udara atau oksigen) terdapat atom-atom yang terlibat langsung adalah karbon
(C), Hidrogen (H), Oksigen (O2) dan Nitrogen (N2). Massa molar unsur-unsur tersebut
dapat diketaui dari Tabel 2.8 dibawah ini:
Tabel 2.8
Massa Molar Unsur
Sumber: Wardana (2008:59)
2.9 Equivalence Ratio
Equivalence ratio adalah perbandingan antara rasio campuran bahan bakar dan
udara stoikiometri (AFRstokio) dengan rasio campuran bahan bakar dan udara yang terjadi
secara actual (AFRaktual). Maka persamaannya dapat dijabarkan menjadi sebagai berikut:
(2-3)
Equivalence ratio atau rasio ekuivalen umumnya digunakan untuk menentukan
kualitas dari pembakaran yang terjadi, apakah pembakaran dalam keadaan campuran udara
dan bahan bakar dalan keadaan campuran kaya, miskin ataupun stoikiometri:
- Jika > 1, maka merupakan campuran kaya bahan bakar, dimana reaktan memiliki
kelebihan bahan bakar pada campuran.
- Jika = 1, maka merupakan campuran udara dan bahan bakar yang Sempurna atau
Stoikiometrik.
- Jika < 1, maka merupakan campuran miskin bahan bakar, dimana reaktan memiliki
kekurangan bahan bakar pada campuran.
Equivalence ratio sangat mempengaruhi nilai kecepatan rambat api. Pada equivalence
ratio yang stoikiometri ( = 1) maka akan terjadi kecepatan rambat api tercepat.
Sedangkan pada equivalence ratio campuran miskin < 1) dan campuran kaya ( < 1)
kecepatan rambat apinya lebih rendah.
2.10 Kecepatan Api Pembakaran Premixed
Vektor kecepatan pembakaran api premixed (SL) adalah kecepatan sebuah laminar
gelombang pembakaran merambat dibandingkan dengan campuran gas yang terbakar.
16
Dalam Gambar 2.6 terlihat (a) SL sejajar dengan vektor kecepatan reaktan (Vu) dan vektor
kecepatan produk (Vb). Dikarenakan sifat fluida yang mengalir dari kerapatan tinggi
menuju ke kerapatan yang lebih rendah maka garis reaktan akan membelok di dekat api
dan mengalir tegak lurus dengan permukaan api. Hal ini terjadi karena adanya perubahan
densitas reaktan yang menurun sekitar 10 kali akibat kenaikan temperatur api sekitar
3000K. Oleh sebab itu komponen vektor kecepatan reaktan (Vu) pada api adalah seperti
pada Gambar 2.6 (b).
Gambar 2.6 (a) Struktur api premixed dalam tabung (b) Strukur api premixed pada nosel bunsen
Sumber: Wardana (2008:152)
Pada api bunsen dalam kondisi stasioner, kecepatan api sama dengan kecepatan gas
reaktan sehingga:
(2-4)
dengan:
= kecepatan api premixed (cm/s)
= kecepatan reaktan (cm/s)
= sudut antara api dengan sumbu nosel
Sudut didapatkan dari garis arus reaktan (garis lurus vertikal) dengan garis
kemiringan api yang terjadi. Berikut gambar cara menentukan sudat .
17
Gambar 2.7 Penentuan sudut
Kecepatan reaktan dihitung dengan rumus:
(2-5)
dengan:
= massa alir reaktan (kg/menit)
= densitas reaktan (kg/m3)
= luas penampang lintang nosel (m2)
Selain menggunakan rumus diatas ada metode lain untuk mengetahui kecepatan
pembakaran premixed laminar yaitu dengan menggunakan hukum kekekalan masa didalam
tabung. Dalam hukum kekekalan massa diketahui bahwa massa alir reaktan sama dengan
massa alir produk.
= tetap (2-6)
dengan:
= densitas produk (kg/m3)
= kecepatan produk (kg/m3)
Karena luas penampang pada tabung sama sebesar A maka:
(
) (2-7)
Jika api premixed dalam tabung stasioner, maka didapat kecepatan api laminar sama
dengan kecepatan reaktan yaitu SL=Vu, sehingga kecepatan api laminar dalam tabung
adalah:
(
) (2-8)
Pada rumus diatas maka dapat dilihat bahwa yang mempengaruhi nilai kecepatan
pembakaran yaitu:
1. Kecepatan reaktan
Kecepatan reaktan adalah kecepatan gas reaktan (bahan bakar dan pengoksidasi)
menuju zona reaksi.
18
2. Sudut api
Sudut api yang mempengaruhi kecepatan pembakaran api premixed adalah kerucut
pada sebelah dalam dengan posisi yang terdekat dengan mulut nosel sesuai Gambar
2.6.
2.11 Konsep
Dalam penelitian ini minyak nabati ditambahkan kabon aktif untuk mengetahui
pengaruhnya terhadap kecepatan pembakaran premixed. Karbon aktif tersusun dari grafit,
dimana grafit sendiri tersusun dari tumpukan lembaran-lembaran graphene. Seperti terlihat
pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.8 struktur graphene pada karbon aktif
Sumber: Konstantine N (2012)
Graphene merupakan alotrop karbon dalam bentuk kisi heksagonal dengan ketebalan
hanya satu atom. Graphene memiliki sifat unik dimana dapat memperbaiki sendiri struktur
seprainya, bila terkena molekul yang mengandung karbon, seperti hidrokarbon
(Konstantine N, 2012).
Gambar 2.9 Ilustrasi proses memperbaiki struktur sprei dan pecahan molekul trigliserida hasil dari
perpindahan karbon
Sumber: Konstantine N (2012)
19
Dikarenakan minyak kedelai sendiri mengandung molekul hidrokarbon, maka
graphene dapat memperbaiki struktur spreinya. Dengan sifat unik yang dimiliki graphene
sebagian atom karbon pada molekul trigliserida akan ditembakan untuk memperbaiki
struktur sprei pada graphene seperti terlihat pada Gambar 2.9. Hal ini akan mengakibatkan
struktur molekul dari trigleserida berubah, diakibatkan oleh berpindahnya atom karbon ke
graphene. Dengan pemindahan atom karbon, otomatis akan terdapat atom hidrogen yang
terlepas karena kehilangan ikatan pada karbon.
Gambar 2.10 Ilustrasi hidrogen bebas yang berikatan dengan atom karbon pada graphene
Sumber : Os. Jorge (2016)
Atom hidrogen yang terlepas ini selanjutnya menjadi radikal bebas. Sebagian atom
hidrogen yang bebas berikatan dengan atom karbon pada molekul asam lemak yang tidak
berikatan karena ditinggalkan oleh atom karbon, sebagian lain berikatan pada atom karbon
di graphene yang membentuk alotrop yang bernama graphane dan sisanya akan tetap
menjadi radikal bebas. Atom hidrogen yang berikatan dengan atom karbon pada graphene
memunculkan sifat magnetik pada molekul graphene (Os. Jorge, 2016).
Sifat magnetik yang terbentuk mengakibatkan elektron pada molekul bahan bakar
terlepas dari orbitnya, hal ini mengkibatkan molekul-molekul bahan bakar bermuatan dan
mudah untuk bereaksi. Dengan perbedaan potensial antara atom karbon pada karbon aktif
dan hidrogen pada molekul bahan bakar, dimana karbon memiliki nilai keelektronegatifan
yang lebih besar. Maka elektron yang terlepas dari molekul bahan bakar berpindah menuju
karbon aktif, sehingga mengakibatkan karbon aktif menjadi kelebihan elektron.
Pada penelitian ini dilakukan penambahan kalor (pemanasan) untuk menguapkan
bahan bakar. Dalam bahan bakar yang telah ditambahkan karbon aktif struktur molekulnya
telah berubah karena sebagian molekul asam lemak terpisah dari trigliserida, disebabkan
sebagian atom karbon diambil oleh graphene untuk memperbaiki kisi heksagonal
20
graphene. Hal ini mengakibatkan bahan bakar mudah menguap, dikarenakan kalor yang
sebelumnya diserap terlebih dahulu oleh gliserol (akumulator panas) langsung diserap pada
asam lemak yang telah terputus ikatannya dengan trigliserida.
Pada uap hasil pemanasan bahan bakar dengan campuran karbon aktif kandungan
gliserol lebih sedikit, hal ini dikarenakan gliserol menyerap kalor lebih sedikit karena telah
diserap terlebih dahulu oleh molekul asam lemak yang terputus. Pada uap ini terjadi reaksi
antara karbon aktif dan oksigen. Dimana oksigen yang memiliki potensial lebih negatif
menarik elektron dari karbon aktif, yang menjadikan oksigen memiliki muatan negatif.
Selanjutnya karena perbedaan muatan dari bahan bakar yang lebih positif dan oksigen yang
lebih negative, maka antara keduanya terjadi saling tarik menarik dan kemudian mudah
untuk bereaksi. Dengan sedikitnya kandungan gliserol pada uap bahan bakar dan
perpindahan elektron yang mengakibatkan reaksi tarik menarik antara oksigen dan bahan
bakar, kedua hal ini yang mengakibatkan kecepatan pembakaran meningkat.
Gambar 2.11 Ilustrasi reaksi pembakaran pada api
Sumber: Dokumentasi pribadi
2.12 Hipotesis
Dari landasan teori yang telah dikumpulkan penulis, didapat hipotesis dari penelitian
ini adalah karbon aktif batok kelapa mempengaruhi kecepatan api yang akan lebih tinggi.
Hal ini terjadi dikarenakan molekul trigliserida terpecah menjadi beberapa molekul,
disebabkan berpindahnya beberapa atom karbon pada trigliserida ke graphene di karbon
aktif. Sehingga kalor yang sebelumnya diserap terlebih dahulu oleh gliserol dapat langsung
diserap oleh molekul asam lemak yang terputus. Selain itu dengan penambahan karbon
aktif memungkinkan terjadinya proses transfer elektron dari minyak nabati ke karbon aktif
kemudian berpindah menuju oksigen yang mengakibatkan reaksi tarik menarik antara
oksigen dan molekul bahan bakar menjadikan pembakaran terjadi lebih cepat.
21
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Metode Penelitian
Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimental
(experimental research) yaitu dengan pengamatan secara langsung terhadap objek yang
diteliti untuk memperoleh data-data penelitian. Data-data hasil penelitian akan
dibandingkan dan selanjutnya diberikan sebuah kesimpulan.
3.2 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fenomena Dasar Mesin Jurusan Mesin
Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang pada bulan Juni 2017 sampai dengan
selesai.
3.3 Variabel Penelitian
Adapun variabel-variabel yang digunakan pada penelitian ini.
1. Variabel terkontrol (control variable)
Variabel terkontrol adalah variabel yang nilainya ditentukan oleh peneliti dan
dikondisikan konstan. Pada penelitian ini variabel terkontrol adalah:
a. Dimensi burner 8,4 milimeter
b. Debit LPG 1,25 liter/menit
2. Variabel bebas (independent variable)
Variabel bebas adalah variabel yang besarnya ditentukan sendiri oleh peneliti dan
harganya dapat diubah untuk mendapatkan nilai variabel terikat dari objek penelitian,
sehingga didapatkan hubungan antara keduanya. Pada penelitian ini variabel bebasnya
adalah kadar karbon dan variasi bukaan udara:
a. Kadar karbon yang ditambahkan yaitu 0,01%; 0,02% dan 0,03%.
b. Debit aliran udara yang dibeikan 2,17; 3,26; 4,35; 5,43 dan 6,52 l/menit.
3. Variabel terikat (dependent variable)
Variabel terikat adalah variabel yang nilainya tergantung pada variabel bebas. Pada
penilitian ini variabel terikat yang diamati adalah kecepatan api pembakaran.
22
3.4 Alat dan Bahan Penelitian
1. Erlenmeyer
Erlenmeyer digunakan untuk memanaskan bahan bakar minyak kedelai hingga
mencapai fase uap. Bahan erlenmeyer kaca pyrex dengan volume maksimal 250 ml.
Gambar 3.1 Erlenmeyer
2. Burner dan tabung premixed
(a) (b)
Gambar 3.2 (a) Tabung premixed dan burner (b) Ukuran tabung premixed dan burner
Jenis burner yang digunakan adalah circular tube burner yang menjadi satu dengan
tabung pencampuran bahan bakar dan udara.
Bahan : Besi dan Kuningan
Diameter luar burner : 8,4 mm
Tinggi burner : 75 mm
Tinggi tabung premixed : 75 mm
Diameter dalam tabung premixed : 27 mm
Diameter dalam katup premixed : 9,48 mm
Diameter saluran udara : 5,96 mm
23
3. Minyak Kedelai (soy bean oil)
Minyak kedelai digunakan sebagai bahan bakar yang akan diteliti.
4. Karbon Aktif (activated carbon)
Karbon aktif digunakan sebagai katalis. Karbon aktif merupakan katalis heterogen
dimana karbon aktif menyediakan permukaan sebagai wadah untuk reaksi. Dimana
pada karbon aktif sediri memiliki luas permukaan yang sangat luas.
5. LPG (Liquified Petroleum Gas)
LPG digunakan sebagai bahan bakar kompor yang memanaskan minyak kedelai pada
tabung erlenmeyer.
6. Flowmeter LPG dan Udara
Alat ini digunakan untuk mengukur dan mengontrol debit alir dari LPG ke kompor
dan debit udara dari kompresor ke tabung premixed, dengan ketelitian 0,25 l/menit
dan 0,5 l/menit
7. Kompresor udara
Kompresor udara digunakan untuk mengalirkan udara ke tabung premixed.
Spesifikasi : - Kapasitas tangki : 6 liter
- Daya : ¾ Hp
- Tekanan tabung maksimal : 8 bar
- Putaran motor : 2850 rpm
8. Kompor gas
Kompor ini digunakan sebagai pemanas minyak kedelai agar terjadi penguapan.
9. Selang
Selang digunakan untuk mengalirkan gas LPG ke kompor, selain itu selang juga
digunakan sebagai pengalir udara dari kompresor ke mixing chamber. Pada selang
juga dipasangkan flowmeter sebagai pengatur dan pengukur aliran fluida yang terdapat
pada selang. Selang yang digunakan ukuran 4x6 mm.
Gambar 3.3 Selang
Sumber: Dokumetasi pribadi
24
10. Timbangan elektrik
Timbangan elektrik digunakan sebagai pengukur massa karbon aktif batok kelapa,
minyak kedelai dalam erlenmeyer dan suntikan (menghitung massa jenis).
11. Suntikan
Suntikan digunakan untuk mengambil uap hasil pemanasan minyak kedelai yang akan
dihitung masa jenis uap minyak kedelai. kapasitas jarum suntik yang digunakan
sebesar 20 ml berjumlah 10.
12. Kamera
Kamera digunakan untuk memfoto hasil pembakaran pada burner.
Gambar 3.4 Kamera
Sumber: Dokumentasi pribadi
3.5 Skema Instalasi Penelitian
1. Skema Instalasi Penelitian Massa Jenis Uap Minyak
Gambar 3.5 Skema instalasi penelitian massa jenis uap minyak
25
Keterangan:
1. Alat Suntik
2. Timbangan Elektrik
3. Erlenmeyer
4. Kompor
5. Flowmeter aliran gas
6. LPG
2. Skema Instalasi Penelitian Massa Alir Uap Minyak
Gambar 3.6 Skema instalasi penelitian massa alir uap minyak
Keterangan:
1. Burner
2. tabung premixed
3. Erlenmeyer
4. kompor
5. Flowmeter aliran gas
6. LPG
7. Timbangan Elektrik
26
3. Skema Instalasi Pengambilan Data
Gambar 3.7 Skema instalasi pengambilan data
Keterangan:
1. Kompressor
2. Flowmeter aliran udara
3. Tabung premixed
4. Erlenmeyer
5. Burner
6. Kompor
7. Flowmeter aliran gas
8. LPG
9. Kamera
3.6 Prosedur Pengambilan Data Penelitian
1. Prosedur pengambilan data penelitian massa jenis uap minyak kedelai
a. Menyiapkan Erlenmeyer, kompor gas, flowmeter gas LPG (Liquified Petroleum
Gas), suntikan dan timbangan elektrik.
b. Menimbang massa 10 suntikan yang telah diberi nomor 1 sampai dengan 10 tanpa
uap minyak kedelai menggunakan timbangan elektrik. Kemudian catat hasil
menimbang dari setiap suntikan.
27
c. Tuangkan kedalam tabung erlenmeyer sebanyak 100 gram minyak kedelai,
kemudian dipanaskan menggunakan kompor dengan mengatur debit aliran gas
pada 1,25 l/menit menggunakan flowmeter yang telah terpasang pada selang LPG.
d. Ambil uap minyak kedelai dengan suntikan nomor 1 sampai 10 sebanyak 20 ml
dengan jarak 1 menit.
e. Menimbang setiap suntikan berisi uap minyak kedelai dengan timbangan elektrik
kemudian catat hasilnya.
f. Mengurangi hasil data langkah e dengan hasil data langkah b sesuai dengan
nomor suntikan.
g. Menghitung rata-rata hasil data langkah f dari setiap suntikan.
h. Melakukan langkah b sampai g pada minyak yang ditambahkan karbon aktif
minyak kedelai sebanyak 0,01 gram, 0,02 gram dan 0,03 gram pada langkah c.
2. Prosedur pengambilan data penelitian massa alir uap minyak
a. Menyiapkan erlenmeyer, kompor gas, flowmeter gas LPG, tabung premixed
beserta burner, dan timbangan elektrik.
b. Menimbang berat erlenmeyer tanpa minyak kedelai dengan timbangan elektrik
kemudian catat hasil berat erlenmeyer.
c. Letakan erlenmeyer pada timbangan kemudian tekan tombol tare pada timbangan
lalu tuangkan minyak kelapa mentah kedalam erlenmeyer yang masih berada
diatas timbangan elektrik sebanyak 100 gram.
d. Tambahkan hasil data langkah b dengan 100 gram.
e. Panaskan erlenmeyer yang telah diinstal dengan tabung premixed beserta burner.
f. Tunggu minyak mulai menguap dilihat dari keluarnya uap pada ujung burner.
g. Mulai perhitungan waktu dengan stopwatch setelah langkah f terpenuhi, kemudian
setelah 10 menit matikan kompor dan tutup ujung burner, tunggu sampai
temperatur normal.
h. Timbang elenmeyer yang telah dipanaskan dan sudah ditunggu sampai temperatur
normal menggunakan timbangan elektrik.
i. Menghitung massa minyak kedelai dengan cara mengurangi data hasil langkah h
dengan data hasil langkah d.
j. Menghitung massa aliran dengan cara membagi hasil data langkah i dengan waktu
10 menit.
k. Melakukan langkah a sampai j pada minyak yang ditambahkan karbon aktif
minyak kedelelai sebanyak 0,01 gram, 0,02 gram dan 0,03 gram pada langkah c.
28
3. Prosedur pengambilan data
a. Menyiapkan erlenmeyer, kompor gas, kompresor udara, flowmeter udara dan
LPG, timbangan elektrik, tabung premixed beserta burner dan kamera.
b. Menuangkan minyak kedelai sebanyak 100 gram, kemudian instal alat sesuai
Gambar 3.7.
c. Memanaskan erlenmeyer dan mengatur debit LPG konstan pada 1,25 liter/menit
menggunakan flowmeter LPG.
d. Mengatur waktu pemanasan menggunakan stopwatch selama 20 menit. Setelah itu
menyalakan api dengan menggunakan korek api pada burner.
e. Mengatur debit aliran dengan variasi 2,17; 3,26; 4,35; 5,43 dan 6,52 l/menit.
f. Pengambilan data pada setiap variasi udara yang diberikan menggunakan kamera.
g. Mengulang langkah b sampai f dengan penambahan 0,01 gram, 0,02 gram dan
0,03 gram pada langkah b.
29
3.7 Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.8 Diagram alir penelitian
Mulai
Persiapan Penelitian
-Studi Literatur dan Membuat Hipotesis
-Persiapan alat dan bahan penelitian
Menyiapkan minyak kedelai dengan
penambahan karbon aktif 0,00%;
0,01%; 0,02% dan 0,03%
Pengujian massa jenis dan
massa alir minyak kedelai
Data minyak kedelai tanpa
karbon dan dengan karbon:
massa jenis dan massa alir
Tiga kali pengulangan
pengambilan data
Analisis dan Pembahasan
Pengolahan data
Kesimpulan dan
saran
Selesai
Tidak
Ya
30
31
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian
Dari penelitian yang telah dilakukan didapat data hasil penelitian berupa massa alir
uap, massa jenis uap dan visualisasi api pembakaran premixed minyak kedelai pada setiap
variasi kadar karbon aktif (0,00%; 0,01%; 0,02% dan 0,03%). Hasil penelitian yang
didapat kemudian dilakukan pengolahan data untuk menghitung nilai equivalence ratio dan
kecepatan api premixed (SL) sesuai dengan rumus (terlampir).
Setelah proses pengolahan data dilakukan, selanjutnya didapat data berupa dua grafik
hubungan antara equivalence ratio dengan kecepatan api pembakaran premixed, pertama
pada minyak kedelai dengan karbon aktif 0,00% dan kedua pada minyak kedelai dengan
semua variasi kadar karbon aktif.
4.2 Visualisasi Api
Berikut adalah hasil visualisasi nyala api pembakaran premixed minyak kedelai pada
setiap variasi kadar karbon aktif dari masing-masing equivalence ratio.
Gambar 4.1 Visualisasi api minyak kedelai dengan karbon aktif 0,00%
Gambar 4.2 Visualisasi api minyak kedelai dengan karbon aktif 0,01%
32
Gambar 4.3 Visualisasi api minyak kedelai dengan karbon aktif 0,02%
Gambar 4.4 Visualisasi api minyak kedelai dengan karbon aktif 0,03%
Pada gambar visualisasi nyala api pembakaran premixed diatas didapatkan semakin
menurunnya nilai equivalence ratio mengakibatkan dimensi api premixed semakin besar.
Hal ini dikarenakan debit aliran udara yang diberikan semakin besar. Dimensi api
premixed berpengaruh pada tinggi rendahnya nilai kecepatan api, karena akan
mempengaruhi sudut api yang terbentuk. Pada pengolahan data didapat semakin kecil
sudut api pada kadar karbon aktif yang sama, maka nilai kecepatan api akan semakin besar.
Dan pada setiap variasi kadar karbon aktif dengan debit aliran udara yang sama, didapat
semakin tinggi kadar karbon aktif yang diberikan akan menaikan nilai sudut api,
equivalence ratio dan kecepatan apinya.
4.3 Analisis Data
4.3.1 Perhitungan Air Fuel Ratio (AFR) dan Equivalence Ratio
Dibawah ini contoh perhitungan untuk menentukan nilai air fuel ratio dan equivalence
ratio minyak kedelai dengan kadar karbon aktif 0,01%.
AFR stoikiometri dihitungan dengan menentukan nilai massa bahan bakar dan nilai
massa udara dari reaksi kimia pada pembakaran minyak kedelai dengan karbon aktif
0,01% pada kondisi stoikiometri yaitu:
33
- Massa Udara = 4,1347 ( 2. 16 + 3,76 . 2 . 14) = 567,615 gr
- Massa Bahan Bakar = 100 gr
- Massa Karbon Aktif = 0,01 gr
AFR (Air Fuel Ratio) stoikiometri minyak kedelai dengan penambahan karbon aktif
0,01%
(AFR) =
=
= 5,67558
AFR (Air Fuel Ratio) aktual minyak kedelai dengan penambahan karbon aktif 0,01%
AFRaktual =
Q adalah debit aliran udara yang diberikan yaitu sebesar 2,17 l/min, adalah massa
jenis udara sebesar 1,21 kg/m3, dan adalah massa alir bahan bakar dapat dihitung
dengan menggunakan nilai massa Erlenmeyer dan bahan bakar sebelum pemanasan (m1)
sebesar 258,13 gr, massa erlenmeyer dan bahan bakar setelah pemanasan (m2) sebesar
253,23 gr dan waktu penguapan 10 Menit, sehingga:
Setelah diketahui nilai Q udara, udara dan bahan bakar, maka
AFRaktual =
= 5,366
34
Equivalence Ratio ( ) dicari dengan rumus:
=
= 1,06
Dengan menggunakan cara perhitungan yang sama dengan yang diatas akan
didapatkan nilai air fuel ratio aktual dan equivalence ratio ( ) pada setiap debit aliran udara
dan pada setiap variasi penambahan karbon aktif. Maka hasilnya dapat dilihat dari tabel
berikut:
Tabel 4.1
Air Fuel Ratio dan Equivalence Ratio Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif 0,00%
Tabel 4.2
Air Fuel Ratio dan Equivalence Ratio Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif 0,01%
Tabel 4.3
Air Fuel Ratio dan Equivalence Ratio Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif 0,02%
35
Tabel 4.4
Air Fuel Ratio dan Equivalence Ratio Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif 0,03%
4.3.2 Perhitungan Kecepatan Api (SL)
Berikut merupakan contoh perhitungan untuk menentukan nilai kecepatan api (SL)
Minyak kedelai dengan penambahan Karbon Aktif 0,01%.
1. Kecepatan Reaktan (Vu)
Untuk menghitung kecepatan reaktan, diperlukan menghitung nilai luas penampang
burner.
Selanjutnya menghitung kecepatan reaktan didapat dengan rumus dibawah ini. Massa
jenis uap ( ) sebesar didapat dari pengambilan data. Kemudian nilai
equivalence ratio sebesar 1,06, massa alir bahan bakar sebesar 0,00049 kg/menit dan debit
aliran udara 2,17 L/min
(
)
(
)
Setelah kecepatan reaktan didapatkan, selanjutnya dilakukan proses perhitungan
kecepatan api (SL):
36
Diketahui:
= 22o
= 0.375
Dengan metode perhitungan yang sama maka akan didapatkan nilai kecepatan api (SL)
pada setiap variasi debit aliran udara dan pada setiap variasi penambahan karbon aktif.
Maka hasilnya dapat dilihat dalam tabel berikut:
Tabel 4.5
Data Hasil Pembakaran Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif 0,00%
Tabel 4.6 Data Hasil Pembakaran Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif 0,01%
Tabel 4.7
Data Hasil Pembakaran Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif 0,02%
37
Tabel 4.8
Data Hasil Pembakaran Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif 0,03%
4.4 Grafik dan Pembahasan
4.4.1 Hubungan Equivalence Ratio dengan Kecepatan Api Pembakaran Premixed
pada Minyak Kedelai dengan Karbon Aktif 0,00%
Gambar 4.5 Grafik hubungan antara equivalence ratio dengan kecepatan api premixed pada
minyak kedelai dengan karbon aktif 0,00%
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa kecepatan tertinggi terjadi pada equivalence
ratio 0,34 yaitu 34 cm/detik dan terendah pada equivalence ratio 1,01 yaitu 24,85
cm/detik.
Dalam grafik tersebut memiliki kecenderungan penurunan nilai kecepatan api, dimana
nilai equivalence ratio yang semakin meningkat akan menurunkan nilai kecepatan api.
Semakin tinggi Equivalence Ratio maka akan semakin kaya bahan bakar, hal ini
berpengaruh pada kecepatan api yang semakin menurun. Pada pembakaran premixed
bunsen yang kaya akan bahan bakar (equivalence ratio tinggi) mengakibatkan bahan bakar
akan lebih terpusat atau dengan kata lain luas permukaan pembakaran bahan bakar dengan
jumlah yang sama akan semakin kecil, hal ini yang mengakibatkan penurunan nilai
kecepatan api.
38
4.4.2 Hubungan Equivalence Ratio dengan Kecepatan Api Premixed semua variasi
penambahan karbon aktif
Gambar 4.6 Grafik hubungan antara equivalence ratio dengan kecepatan api premixed pada
minyak kedelai semua variasi
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa semua variasi memiliki kecenderungan yang
sama yaitu semakin tinggi nilai equivalence ratio maka nilai kecepatan api premixed
semakin menurun. Nilai equivalence ratio dan kecepatan api premixed tertinggi ada pada
minyak kedelai dengan penambahan karbon aktif 0,03% dan terendah ada pada tanpa
penambahan karbon aktif. Nilai kecepatan dari setiap variasi pada penambahan kabon aktif
0,03% sebesar 41,59 cm/s, kemudian pada penambahan karbon aktif 0,02% sebesar 38,17
cm/s, selanjutnya pada penambahan karbon aktif 0,01% sebesar 34,73 cm/s dan pada tanpa
penambahan karbon aktif sebesar 34,72 cm/s.
Dari grafik kita bisa menarik kesimpulan semakin tinggi kadar karbon aktif yang
diberikan akan meningkatkan nilai kecepatan api dan nilai equivalence ratio. Hal ini
dipengaruhi oleh peran karbon aktif pada bahan bakar minyak kedelai.
Dalam penlitian ini memiliki dua metode untuk membuat molekul bermuatan, yaitu
pemanasan dan penambahan karbon aktif. Karbon aktif yang ditambahkan mempengaruhi
laju penguapan dimana dengan penambahan ini asam lemak lebih aktif menyerap kalor
dari pemanasan yang sebelumnya kalor terlebih dahulu diserap oleh gliserol, karena
sebagian molekul asam lemak terputus akibat perpindahan atom karbon tigliserida menuju
graphene. Hal ini bisa dilihat dari visualisasi pembakaran premixed antara tanpa dan
dengan penambahan karbon aktif seperti pada Gambar 4.7 berikut.
39
Gambar 4.7 Visualisasi api premixed, A tanpa penambahan karbon aktif dan B dengan
penambahan karbon aktif
Dari Gambar 4.7 bisa dilihat ketebalan api yang berbeda, karena pada minyak kedelai
yang ditambahkan karbon aktif, uap bahan bakar yang dihasilkan memiliki kandungan
asam lemak lebih banyak dan gliserol yang lebih sedikit. Seperti yang telah disebutkan
sebelumnya, karbon aktif menjadikan asam lemak lebih aktif menyerap kalor, sehingga
lebih cepat menguap. Hal ini bisa dibuktikan dari nilai massa alir yang meningkat setiap
penambahan karbon aktif.
Peran karbon aktif ini sesuai dengan konsep dasar, dimana graphene pada karbon aktif
akan mendapatkan karbon dari sebagian karbon di trigliserida yang mengakibatkan
beberapa ikatan dari molekul trigleserida terputus.
Dengan terbentuknya graphane yang mengakibatkan karbon aktif memiliki sifat
magnetik. Sehingga elektron pada molekul asam lemak akan tertarik oleh atom karbon di
karbon aktif karena karbon memiliki nilai keektronegatifan lebih tinggi dari atom hidrogen
pada molekul asam lemak. Selanjutnya elektron pada karbon aktif akan berpindah menuju
oksigen karena nilai keelektronegatifan oksigen lebih besar dari pada karbon. Dikarenakan
perbedaan muatan antara molekul bahan bakar yang positif dan oksigen yang negatif
terjadi reaksi tarik menarik antara keduanya hal ini yang mengakibatkan kecepatan
pembakaran lebih meningkat, karena pembakaran akan lebih mudah terjadi dengan
menurunnya energi disosiasi.
40
Gambar 4.8 Ilustrasi perpindahan elektron dan reaksi oksidasi asam lemak bermuatan
Dengan sedikitnya kandungan gliserol pada uap bahan bakar dan perbedaan muatan
antara bahan bakar dan oksigen yang diakibatkan oleh transfer elektron membuat
kecepatan pembakaran yang semakin meningkat. Sementara untuk peningkatan
equivalence ratio dipengaruhi semakin kayanya bahan bakar pada penambahan karbon
aktif yang semakin tinggi.
Seperti yang kita ketahui sebelumnya, penambahan karbon aktif pada minyak kedelai
mengakibatkan meningkatnya kecepatan api pembakaran premixed. Pada penelitian ini hal
yang paling dominan mempengaruhi kecepatan api adalah sudut api bunsen. Dimana
semakin kecil nilai equivalence ratio maka semakin kecil pula sudut api bunsennya dan
penambahan kadar karbon aktif yang semakin besar juga berpengaruh pada sudut api
bunsen yang terbentuk. Hal ini dikarenakan semakin besar kadar karbon aktif yang
ditambahkan akan menaikan nilai kecepatan api, ini dibuktikan dengan sudut api bunsen
yang relatif semakin besar pada setiap variasi dalam aliran udara yang sama.
Gambar 4.9 Ilustrasi reaksi pembakaran pada Bunsen api premixed tanpa penambahan karbon
(kiri) dan dengan penambahan karbon (kanan)
41
Berdasarkan konsep dasar, seiring dengan penambahan karbon aktif akan menaikkan
nilai kecepatan api yang mengakibatkan dimensi api bunsen yang semakin menurun. Hal
ini dikarenakan penambahan karbon aktif akan mempercepat terjadinya pembakaran.
Dengan kandungan gliserol pada uap bahan bakar yang sedikit, energi aktivasi tidak akan
banyak diserap oleh gliserol. Sehingga energi aktivasi masih dalam jumlah besar akan
berkontak dengan oksigen dan bahan bakar dengan energi disosiasi yang telah menurun.
Hal tersebut mengakibatkan dimensi api menjadi lebih kecil, karena bahan bakar lebih
cepat terbakar.
42
43
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Penambahan kadar karbon aktif batok kelapa pada minyak kedelai berpengaruh
terhadap kecepatan api pembakaran premixed, dimana semakin tinggi kadar karbon aktif
yang ditambahkan maka akan menaikan nilai kecepatan api. Nilai kecepatan api tertinggi
berada pada penambahan karbon 0,03% sebesar 41,59 cm/s, kemudian pada 0,02% sebesar
38,17 cm/s, selanjutnya pada 0,01% sebesar 34,73 cm/s, dan terendah pada tanpa
penambahan karbon aktif sebesar 34,72 cm/s.
5.2 Saran
1. Diharapkan untuk penelitian selanjutnya bisa dilanjutkan dengan menambahan karbon
aktif dari sumber lain seperti dari sekam padi. Dengan minyak kedelai ataupun dengan
minyak nabati lain.
2. Diharapkan untuk penelitian selanjutnya kompor atau pemanas yang digunakan bisa
menjaga temperatur minyak lebih konstan.
DAFTAR PUSTAKA
BPH MIGAS (2016). Indonesia Belum Punya Cadangan BBM Nasional. Jakarta Selatan:
BPH MIGAS.
Gates, Bruce C. (1992). Catalytic Chemistry. Newark: John Willey & Sons, Inc
Istadi, 2011, Teknologi Katalis untuk Konversi Energi: Fundamental dan Aplikasi, Edisi
Pertama, Graha Ilmu, Yogyakarta.
Ketaren, S. 1986. Pengantar Teknologi Minyak dan Lemak Pangan. Cetakan Pertama.
Jakarta : UI-Press.
Konstantine N et al (2012), Graphene Sheets Can Repair Themselves Naturally.
Manchester: www.zmescience.com.
Mohd Iqbaldin MN et al (2013), Properties of Coconut Shell Activated Carbon. Journal of
Tropical Forest Science 25(4): 497-503.
MPOC. (2016). Oil and Fat World Production. Selangor Darul Ehsan: MPOC.
MY Thoha et al (2008). Pengaruh Suhu, Waktu dan Konsentrasi Pelarut Pada Ekstrasi
Minyak Kacang Kedelai Sebagai Penyedia Vitamin E. Palembang: Universitas
Sriwijaya.
O.S Jorge et al (2016), Graphane: Two-dimensional Hydrocarbon. Pennsylvania: The
Pennsylvania State University.
Rizky. (2016). Pengaruh Penambahan Karbon Aktif Terhadap Karakteristik Pembakaran
Droplet Minyak Biji Bunga Matahari. Skripsi. Tidak dipublikasikan. Malang:
Universitas Brawijaya. Smisek, M. & Cerny S. 1970. Active Carbon Manufactute Properties and Aplication.
Amsterdam: El Savier Publishing Company. Hal 10-25.
Sudibandriyo, M. (2013). Ph Dissertasion: A General Ono-KondoLattice Model for High
Pressure on Carbon Adsorben. Oklahoma: Oklahoma State University.
Wardana, I.N.G. (2008). Bahan Bakar dan Teknologi Pembakaran. Malang: Brawijaya
University Press.
Yuen, FK and Hameed B.H. (2009). Recent Develoments in The Preparation and
Regeneration of Activated Carbons by Microwaves. Journal Advances in Colloid and
Interface Science (149): 19-27.