LAPORAN TUGAS AKHIR PEMBUATAN BIODIESEL …... · bilangan penyabunan, angka setan (cetane number),...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

LAPORAN TUGAS AKHIR

PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK BIJI KAPUK RANDU

Oleh :

1. Apri Rokhmah Wahananingrum I8308019

2. Pravita Anatasia Anggraini I8308053

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2011


commit to user


commit to user

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan

karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini.

Laporan Tugas Akhir ini kami susun sebagai syarat untuk menyelesaikan studi

Program Diploma III Universitas Sebelas Maret Surakarta. Laporan Tugas Akhir

ini kami susun berdasarkan data data yang diperoleh dari hasil percobaan.

Selama penyusunan laporan ini kami banyak mendapatkan bimbingan,

dorongan, serta bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu kami ingin menyampaikan

terima kasih kepada :

1. Bregas ST Sembodo , S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Diploma III

Teknik Kimia UNS Surakarta.

2. Dwi Ardiana Setyawardhani, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing Tugas

Akhir.

3. Kepada keluarga tercinta atas doa, dukungan moril dan materiilnya.

4. Teman teman DIII Teknik Kimia angkatan 2008 atas bantuan dan

dukungannya.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini masih banyak

kekurangannya. Oleh karena itu, Penulis mengharapkan kritik dan saran yang

sifatnya membangun demi kesempurnaan laporan ini.

Dan akhirnya Penulis mohon maaf kepada semua pihak, apabila dalam

penyusunan laporan ini terdapat kesalahan. Penulis berharap semoga laporan ini

dapat bermanfaat.

Surakarta, Juni 2011

Penulis


commit to user

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i

LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. ii

LEMBAR KONSULTASI ................................................................................ iii

KATA PENGANTAR ...................................................................................... v

DAFTAR ISI .................................................................................................... vi

DAFTAR TABEL ............................................................................................ vii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... viii

INTISARI ......................................................................................................... ix

BAB I PENDAHULUAN ......................................................................... 1

A. Latar Belakang Masalah ..................................................... 1

B. Perumusan Masalah ............................................................ 2

C. Tujuan ................................................................................ 3

D. Manfaat .............................................................................. 3

BAB II LANDASAN TEORI ................................................................. 4

A. Tinjauan Pustaka ......... ....................................................... 4

B. Kerangka Pemikiran ................ ........................................... 11

BAB III METODOLOGI ............................................................................. 13

A. Alat dan Bahan .................................................................... 13

B. Lokasi....................... ........................................................... 15

C. Cara Kerja ........................................................................... 15

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................... 30

A. Komposisi Minyak Biji Kapuk Randu ....... ........................ 30

B. Sifat Fisis Biodiesel Minyak Biji Kapuk Randu......... ........ 31

C. Sifat Kimia Biodiesel Minyak Biji Kapuk Randu .............. 34

D. Hasil Uji Biodiesel Menggunakan Engine Test Bed ........... 35

BAB V PENUTUP ...................................................................................... 41

A. Kesimpulan................ ......................................................... 41

B. Saran .................... ............................................................. 41

DAFTAR PUSTAKA


commit to user

LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

TABEL 2.1 : Spesifikasi Biodiesel Menurut SNI 04-7182-2006..................... 9

TABEL 2.2 : Spesifikasi solar sesuai SK Dirjen Migas

No.3675K/24/DJM/2006 ........................................................... 10

TABEL 4.1 : Komposisi Asam Lemak Dalam Minyak Biji Kapuk................. 30

TABEL 4.2 : Karakteristik Biodiesel dari Minyak Biji Kapuk Randu ........... 31

TABEL 4.3 : Sifat Kimia Biodiesel dari Minyak Biji Kapuk Randu............... 34


commit to user

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 : Pohon Kapuk Randu ................................................................. 4

Gambar 2.2 : Biji Kapuk Randu .................................................................. 5

Gambar 2.3 11

Gambar 2.4 : Diagram Pengujian Karakteristik Biodiesel

Gambar 3.1 : Reaktor Biodiesel .................................... ............................. 14

Gambar 4.4.1 : Grafik Perbandingan Torsi (Nm) vs Kecepatan Putaran Mesin

(rpm) ........................................................................................ 36

Gambar 4.4.2 : Grafik Perbandingan Daya (kW) vs Kecepatan Putaran Mesin

(rpm) ........................................................................ ............... 37

Gambar 4.4.3 : Grafik Perbandingan BMEP (kPa) vs Kecepatan Putaran Mesin

(rpm) ....................................................................................... 38

Gambar 4..4.4 : Grafik Perbandingan SFC (kg/kWh) vs Kecepatan Putaran

Mesin (rpm) ........................................................... ............... 39


commit to user

INTISARI

Apri Rokhmah Wahananingrum, Pravita Anatasia Anggraini, 2011,

Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu Program Studi

Diploma III Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

Minyak nabati merupakan salah satu alternatif yang dapat digunakan

sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. Salah satu sumber penghasil minyak

nabati yang sangat potensial di Indonesia yaitu biji kapuk randu. Hal ini

dikarenakan Indonesia adalah salah satu negara penghasil kapuk randu dan bijinya

masih jarang dimanfaatkan. Biodiesel adalah senyawa metil ester yang dapat

diperoleh dari proses transesterifikasi minyak nabati maupun esterifikasi asam

lemak. Kualitas biodiesel yang baik dapat dilihat dari tingkat kejenuhan asam

lemak yang tinggi.

Untuk memperoleh biodiesel, minyak biji kapuk randu diasamkan dengan

menggunakan metanol dan katalis H2SO4. Setelah itu, didiamkan selama 3 hari

untuk mengendapkan kotoran, minyak di transesterifikasi dengan metanol dan

katalis KOH. Kemudian didiamkan selama beberapa hari dan akan terbentuk 2

lapisan. Lapisan atas berupa metil ester/biodiesel (berwarna keemasan), lapisan

bawah adalah gliserol (berwarna coklat terang). Setelah itu, biodiesel dicuci

dengan aquadest sebanyak 28% volume biodiesel kemudian sisa air diadsorbsi

dengan silica gel.

Karakteristik biodiesel yang dianalisis meliputi persentase kandungan

asam lemak bebas dan asam lemak total yang ada di dalam biodiesel, selain itu

juga dianalisis spesific gravity, viskositas kinematis, titik nyala/flash point, warna,

titik tuang/pour point, copper strip corosion, CCR (Conradson Carbon Residue),

bilangan penyabunan, angka setan (cetane number), angka asam, bilangan iod,

dan kinerja dengan mesin diesel. Hasil analisis menunjukkan bahwa biodiesel

yang dihasilkan secara umum telah memenuhi standar spesifikasi SNI 04-7182-

2006 dan ASTM. Selain itu dari uji mesin diesel, biodiesel yang dihasilkan lebih

baik daripada solar murni.


commit to user

1

Laporan Tugas Akhir

Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu

Program Studi DIII Teknik Kimia

Universitas Sebelas Maret Surakarta

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Minyak bumi merupakan salah satu sumber energi tak terbarukan (non

renewable) dan cadangan minyak bumi di dunia terbatas jumlahnya, tetapi

minyak bumi ini masih menjadi konsumsi energi yang utama. Hal tersebut

memunculkan perhatian terhadap penggunaan minyak nabati sebagai bahan

bakar alternatif.

Harga minyak bumi di Indonesia yang terus meningkat mempengaruhi

kestabilan perekonomian pemerintah. Meskipun sebagai penghasil minyak,

Indonesia juga sebagai negara pengimpor minyak. Harga BBM di dalam

negeri yang masih di subsidi menyebabkan beban pemerintah terhadap BBM

semakin berat. Eksplorasi minyak bumi yang terus menerus menyebabkan

cadangan minyak bumi akan habis, termasuk di Indonesia diperkirakan

cadangan minyak bumi akan habis dalam 30 tahun mendatang. Sumber energi

yang dapat mensubstitusi BBM salah satunya adalah biodiesel.

Biodiesel adalah alternatif untuk menggantikan solar yang dibuat dari

minyak tanaman atau lemak dengan reaksi transesterifikasi dan produksinya

relatif sederhana sehingga memungkinkan dikembangkan oleh industri kecil

menengah. Bahan yang dapat digunakan sebagai biodiesel salah satunya

adalah minyak biji kapuk randu. Biodiesel memberikan sedikit polusi

dibandingkan bahan bakar petroleum dan dapat digunakan tanpa modifikasi

ulang mesin diesel. Berdasarkan penelitian, minyak biji kapuk randu sangat

berpotensi untuk dijadikan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel.

Beberapa keunggulan yang dimiliki minyak biji kapuk randu antara lain

mudah didapat (masa panen biji randu 6 bulan sekali), harganya relatif murah,

kadar asam lemak tak jenuhnya relatif tinggi (71.95%), dan bilangan iodine

yang memenuhi standar spesifikasi biodiesel (88 g/g). Berdasarkan data

statistik, luas perkebunan kapuk randu di Indonesia (2007) sekitar 77.514,16

ha dan mampu menghasilkan biji kapuk randu sebesar 27.599,84 ton/tahun.

1


commit to user

2

Laporan Tugas Akhir




Memanfaatkan biodiesel sebagai bahan bakar maka dapat mereduksi

emisi gas-gas berbahaya seperti CO, CO2, O3, NOx, SO2, hidrokarbon reaktif

lainnya serta asap dan partikel di udara yang dapat terhirup. Selain itu

biodiesel memiliki beberapa keunggulan di antaranya biodegradable (dapat

terdegradasi dengan mudah), tidak beracun, mempunyai bilangan cetane yang

tinggi, nilai flash point (titik nyala) yang lebih tinggi dari petroleum diesel

sehingga aman disimpan dan digunakan, asap buangan yang tidak hitam,

tidak mengandung sulfur serta senyawa aromatik sehingga emisi pembakaran

yang dihasilkan ramah lingkungan serta tidak menambah akumulasi gas CO2

di atmosfer sehingga lebih jauh lagi mengurangi efek pemanasan global atau

banyak disebut dengan zero CO2 emission.

B. Perumusan Masalah

Harga solar yang semakin naik seiring dengan terbatasnya ketersediaan

bahan bakar minyak yang tidak terbaharukan (non renewable) maka

diperlukan upaya untuk menciptakan bahan bakar alternatif yang

terbaharukan (renewable), yakni dengan membuat biodiesel dari minyak biji

kapuk randu melalui proses transesterifikasi. Parameter yang digunakan

untuk menguji kualitas biodiesel meliputi spesific gravity, viskositas

kinematis, titik nyala/flash point, warna, titik tuang/pour point, copper strip

corosion, CCR (Conradson Carbon Residue), bilangan penyabunan, angka

setan (cetane number), angka asam, bilangan iod.

Biodiesel di uji mesin menggunakan engine test bed. Dengan pengujian

mesin ini dapat diketahui daya,BMEP (Brake Mean Effective Pressure) atau

tenaga output mesin dan Spesific Fuel Consumption (SFC) yang

menunjukkan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan tiap satuan waktu dan

daya.


commit to user

3

Laporan Tugas Akhir




C. Tujuan

Membuat biodiesel dari minyak biji kapuk randu melalui proses

transesterifikasi.

D. Manfaat

1. Bagi Masyarakat

Mengetahui bahwa minyak biji kapuk randu dapat digunakan untuk

membuat biodiesel sehingga biji yang awalnya dibuang dapat

dimanfaatkan.

Berpotensi untuk mengembangkan bahan bakar terbarukan yang

dapat memenuhi kebutuhan energi masyarakat Indonesia untuk

mengantisipasi dampak negatif dari penggunaan bahan bakar fosil

dan krisis energi yang sedang dialami bangsa Indonesia.

Penggunaan minyak biji kapuk randu sebagai bahan baku pembuatan

biodiesel akan menaikkan nilai ekonomi tanaman kapuk, sehingga

akan mendorong pembudidayaan tanaman kapuk randu secara

khusus.

2. Bagi Mahasiswa

Dapat melakukan proses pembuatan biodiesel dari minyak biji kapuk

randu melalui proses transesterifikasi.


commit to user

4

Laporan Tugas Akhir


Program Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta

BAB II

LANDASAN TEORI

A. TINJAUAN PUSTAKA

1. Kapuk Randu

Pohon Randu yang dikenal dalam bahasa latinnya Ceiba Pentandra

ini merupakan pohon tropis dari keluarga Malvaceae berasal dari Amerika

Latin, Amerika Tengah dan Selatan. Selain hidup di sebagian besar benua

Amerika, pohon jenis ini juga tumbuh di Afrika dan Asia. Di Indonesia,

pohon randu atau kapuk ini biasa disebut Kapas Jawa, Jawa Kapuk. Pohon

ini biasanya tumbuh hingga ketinggian antara 60 - 70 meter. Batangnya

terdapat banyak cabang yang lebih besar dan tidak berduri. Pohon ini

menghasilkan beberapa ratus buah biji. Buah kapuk dikatakan matang dan

siap dipanen jika telah berumur 5-6 bulan. Polong berisi biji ini berwarna

kekuningan, seratnya halus yang merupakan campuran dari lignin dan

selulosa. Serat kapuk itu sangat ringan, ulet dan tahan terhadap air. Jenis

kapuk yang telah dibudidayakan di Indonesia berjumlah sekitar 200

varietas dan tiap varietas mempunyai bentuk buah dan struktur serat yang

berbeda (Mulyadi, 2010).

Gambar 2.1 Pohon Kapuk Randu

4


commit to user

5

Laporan Tugas Akhir



2. Minyak Biji Kapuk Randu

Gambar 2.2 Biji Kapuk Randu

Minyak biji kapuk randu diperoleh dari proses pengepresan biji kapuk

randu. Spesies yang umum dikenal dari tanaman kapuk randu yaitu :

Gossypium hirsutum (USA dan Australia)

G. arboreum dan G. herbaceum (Asia)

G. barbadense (Egypt)

Biji kapuk randu ini memiliki kandungan minyak sebanyak 16,14%

dengan kelembaban < 10%. Kandungan asam lemak minyak biji kapuk

randu yang paling banyak adalah asam linoleat (asam lemak tak

jenuh/unsaturated fatty acid) (Hidayat, 2010).

Minyak kapuk randu berwarna kuning, tidak berbau dan rasanya

tawar. Bungkil hasil pengepresan digunakan sebagai bahan pupuk karena

kandungan Nitrogen 4-5% dan asam fosfat 2%. Bungkil ini mengandung

13% air, 6% abu, 20% serat kasar,6% lemak,29% protein dan 20%

karbohidrat (Mulyadi, 2010).

Tujuan utama dari proses pemurnian minyak adalah untuk

menghilangkan rasa serta bau yang tidak enak, warna yang tidak menarik

(kecoklatan) dan memperpanjang masa simpan minyak sebelum

dikonsumsi atau digunakan sebagai bahan mentah dalam industri (Ketaren,

1986).

Di dalam minyak yang belum dimurnikan terdapat bermacam-macam

kotoran yang larut maupun tidak larut dalam minyak dan suspense koloid.

Kotoran yang larut antara lain asam lemak bebas, aldehida, keton, zat


commit to user

6

Laporan Tugas Akhir



warna dan tokoferol. Sedangkan yang tidak larut misalnya getah, lendir,

protein, fosfatida, yang berasal dari sumber minyak (Hidayat,2010).

Asam-asam lemak minyak nabati terdiri dari komponen senyawa

utamanya yaitu trigliserida dengan rumus bangun sebagai berikut:

Hidrolisis terhadap trigliserida akan menghasilkan asam lemak dan

gliserol, dengan proses sebagai berikut:

Transesterifikasi adalah suatu reaksi antara ester dengan alkohol

membentuk ester baru dan alkohol baru, dalam hal ini terjadi pertukaran

bagian alkohol suatu ester. Pereaksi-pereaksi transesterifikasi secara

umum dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu pereaksi katalis asam dan

basa. Katalis asam yang biasa digunakan adalah asam klorida dalam

etanol, asam sulfat dalam etanol dan borontrifluorida dalam etanol. Katalis

basa yang biasa digunakan adalah natrium etoksida dalam etanol dan

Natrium hidroksida dalam etanol.


commit to user

7

Laporan Tugas Akhir



Transesterifikasi dengan katalis asam diawali dengan serangan proton

terhadap atom oksigen gugus karbonil menghasilkan kation yang

terstabilkan oleh resonansi. Tahap kedua, alkohol (R-OH) sebagai

nukleofil menyerang atom karbon karbonil dari kation yang terstabilkan

membentuk zat antara tetrahedral. Tahap ketiga, terjadi eliminasi dan

pembebasan proton menghasilkan ester dan alkohol baru. Reaksi

transesterifikasi berlangsung dapat balik sehingga untuk menggeser reaksi

ke arah produk dapat dilakukan dengan menggunakan salah satu pereaksi

berlebih.

Mekanisme transesterifikasi dengan katalis basa diawali dengan reaksi

antara ion hidroksida (OH-) dengan alkohol membentuk alkoksida.

Selanjutnya alkoksida yang terbentuk menyerang gugus karbonil (dengan

gugus karbonil sp2) pada ester A membentuk zat antara tetrahedral

(dengan atom C sp3) yang sangat tidak stabil, tahap selanjutnya eliminasi

menghasilkan ester (B) baru dan alkohol baru (R-OH).

Reaksi transesterifikasi dari lemak/minyak dapat dilakukan untuk

menurunkan viskositas minyak nabati sehingga dihasilkan etil ester asam

lemak. Transestrifikasi dapat menurunkan viskositas minyak nabati sampai

85%. Reaksi transesterifikasi minyak nabati dapat dilakukan dengan

mereaksikan minyak yang merupakan trigliserida dengan alkohol

(metanol/etanol) dengan katalis asam atau basa, sehingga dihasilkan alkil

ester asam lemak dan hasil samping gliserol (Hidayat,2010)


commit to user

8

Laporan Tugas Akhir



3. Biodiesel

Biodiesel berbentuk cairan berwarna kuning cerah sampai kuning

kecoklatan. Biodiesel tidak dapat campur dengan air, mempunyai titik

didih tinggi dan mempunyai tekanan uap yang rendah. Biodiesel terdiri

dari senyawa campuran metil ester dari rantai panjang asam-asam lemak

dari minyak tumbuh-tumbuhan yang memiliki flash point 150 °C (300 °F),

densitas 0.88 g/cm³,dibawah densitas air. Biodiesel tidak memiliki

senyawa toksik dan tidak mengandung sulfur.

Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono-

alkil ester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif

bagi bahan bakar dari mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui

seperti minyak sayur atau lemak hewan. Proses transesterifikasi lipid

digunakan untuk mengubah minyak dasar menjadi ester yang diinginkan

dan membuang asam lemak bebas. Setelah melewati proses ini, tidak

seperti minyak sayur langsung, biodiesel memiliki sifat pembakaran yang

mirip dengan diesel (solar) dari minyak bumi.

Biodiesel merupakan kandidat yang paling dekat untuk menggantikan

bahan bakar fosil sebagai sumber energi transportasi utama dunia, karena

merupakan bahan bakar terbaharui yang dapat menggantikan solar di

mesin sekarang ini dan dapat diangkut dan dijual dengan menggunakan

infrastruktur sekarang ini. Penggunaan dan produksi biodiesel meningkat

dengan cepat, terutama di Eropa, Amerika Serikat, dan Asia, meskipun

dalam pasar masih sebagian kecil saja dari penjualan bahan bakar.

Pertumbuhan SPBU membuat semakin banyaknya penyediaan biodiesel

kepada konsumen dan juga pertumbuhan kendaraan yang menggunakan

biodiesel sebagai bahan bakar (Hidayat,2010)


commit to user

9

Laporan Tugas Akhir



Tabel 2.1 Spesifikasi biodiesel menurut SNI 04-7182-2006

Parameter Satuan Nilai

Masa jenis pada suhu 40º Kg/m3 850-890

Viskositas kinematik pada

40º

Mm2/s (cst) 2,3-6,0

Angka setana - Min 51

Titik nyala (mangkok

tertutup)

oC Min 100

Titik kabut oC Maks 18

Korosi lempeng tembaga

(3 jam pada suhu 50º)

- Maks no 3

Residu karbon

Dalam contoh asli

Dalam 10% ampas distilasi

%-massa

%-massa

Maks 0,05

Maks 0,30

Air dan sedimen %-vol Maks 0,05

Temperatur distilasi 90% oC Maks 360

Abu tersulfatkan %-massa Maks 0,02

Belerang Ppm-m (kg/mg) Maks 100

Fosfor Ppm-m (kg/mg) Maks 10

Angka asam Mg-KOH/g Maks 0,8

Gliserol bebas %-massa Maks 0,02

Gliserol total %-massa Maks 0,24

Kadar ester alkil %-massa Min 96,5

Kadar iodium %-massa( g-12

/100g)

Maks 115

Uji halphen - Negatif

Bilangan penyabunan - Maks 189


commit to user

10

Laporan Tugas Akhir



Tabel 2.2 Spesifikasi solar menurut SK Dirjen Migas No.3675 K/24/DJM/2006

No Karakteristik Unit Super Reguler

1 Berat jenis pada suhu 15 0C kg/m

3 820-860 815-870

2 Viskositas kinematik pada suhu

40 0C

mm2/s 2.0-4.5 2.0-5.0

3 Angka setana / indeks -45

4 Titik nyala 40 0C

0C

5 Titik tuang 0C

6 Korosi lempeng tembaga (3 jam

pada 50 0C)

7 Residu karbon % massa

8 Kandungan air mg/kg

9 T90/95 0C <370

10 Stabilitas oksidasi g/m3 -

11 Sulfur %m/m 5

12 Bilangan asam total mg-KOH/g

13 Kandungan abu %m/m

14 Kandungan sedimen >%m/m

15 Kandungan FAME %m/m

16 Kandungan metanol dan etanol %v/v Tak terditeksi Tak terditeksi

17 Partikulat mg/l -


commit to user

11

Laporan Tugas Akhir



Penggunaan biodiesel sebagai bahan bakar mempunyai beberapa keuntungan

yakni :

Biodiesel tidak akan habis karena dapat ditanam atau diperbaharui

sumbernya.

Dengan berkembangnya biodiesel jelas akan dapat memanfaatkan

tanah-tanah kritis yang banyak tersebar diseluruh pelosok tanah air.

Menciptakan lapangan kerja baru baik dibidang pertanian/budidaya

kapuk randu, pabrik-pabrik mini agroindustri pengolah biodiesel

sehingga akibatnya dapat meningkatkan kesejahteraan petani.

Aman digunakan sebagai bahan bakar, emisi hidokarbon lebih sedikit,

sehingga penggunaan biodiesel ini akan menurunkan polusi udara

akibat kendaraan bermotor.

B. KERANGKA PEMIKIRAN

1. Proses pembuatan biodiesel

Gambar 2.3 Diagram Pembuatan Biodiesel

M inyak B iji K apuk R andu

Acid Pretreatm ent

Esterifikasi

Pem urnian

K atalis H 2SO 4 M etanol

M etanolK atalis K O H

G liserol

B iodiesel


commit to user

12

Laporan Tugas Akhir



2. Tahap Pengujian Karakteristik Biodiesel

Gambar 2.4 Diagram Pengujian Karakteristik Biodiesel

B iodiesel

A nalisa S ifat F isis dan K im ia

U ji K inerja dengan M esin D iesel


commit to user

13

Laporan Tugas Akhir




BAB III

METODOLOGI

A. Alat dan Bahan

1. Alat

1) Untuk Percobaan Pendahuluan

Alat yang digunakan :

Labu leher tiga

Pendingin spiral

Termometer

Pemanas mantel

Gelas beaker

Gelas ukur

Erlenmeyer

Pipet tetes

Labu takar

Magnetic stirer

Pengaduk kaca

Botol timbang

Buret

Klem dan statif

Pengaduk merkuri

Motor pengaduk

Pipet volume

Pipet ukur

2) Untuk Produksi

Alat yang digunakan :

Tangki Biodiesel

Tangki Pencucian

13


commit to user

14

Laporan Tugas Akhir




Tangki Gliserol

Termocouple

Impeller

2. Bahan

1) Bahan utama

1. Minyak Biji Kapuk Randu

2. Metanol

3. KOH

4. H2SO4

2) Bahan pembantu analisa hasil

1. Indikator phenolptalein (PP)

2. Indikator pati

3. Indikator Metil Orange (MO)

4. Larutan HCl

5. Larutan NaOH

6. Aquadest

7. Boraks (Na2B4O7.10H2O)

8. Etanol

9. Pereaksi Hanus

10. Larutan Karbon Tetra Klorida (CCl4)

11. Larutan Natrium Tiosulfat (Na2S2O3)


commit to user

15

Laporan Tugas Akhir




3. Gambar Rangkaian Alat

Impeler

Thermocouple

Heater

Gambar 3.1 Reaktor Biodiesel

B. Lokasi

Percobaan pendahuluan dan analisis sifat kimia dilakukan di

Laboratorium Dasar Teknik Kimia Gedung VI lantai III UNS, namun

untuk produksi dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Teknik Mesin

Gedung VI lantai I UNS. Sedangkan untuk analisa sifat fisis biodiesel

dilakukan di Laboratorium Minyak Bumi dan Gas UGM, analisa

komposisi minyak biji kapuk randu dilakukan di Laboratorium Kimia

Organik (FMIPA) UGM dan untuk uji mesin diesel di Laboratorium

Konversi Energi Teknik Mesin UGM.

C. Cara Kerja

Percobaan Pendahuluan

1) Tahap Acid Pretreatment

1. Merangkai alat metanolisis minyak biji kapuk


commit to user

16

Laporan Tugas Akhir




2. Memanaskan 400 mL minyak biji kapuk dan H2SO4 pekat 1,5%

volume minyak dalam labu leher tiga yang dilengkapi dengan

pendingin spiral, termometer, dan pengaduk sampai suhu 60 °C

3. Memasukkan larutan metanol (perbandingan volume metanol :

minyak = 1:5) ke dalam labu leher tiga yang berisi minyak biji

kapuk pada saat mencapai suhu 60 0C

4. Menghidupkan pengaduk dan mengatur pada kecepatan konstan

±1500 rpm dan mulai menghitung waktu reaksi

5. Membiarkan reaksi selama 2 jam, menjaga temperatur dan

pengadukan tetap konstan

6. Mendiamkan asam lemak yang terbentuk selama 1 hari untuk

mengendapkan kotoran

2) Tahap Esterifikasi

Preparasi bahan baku

1. Menganalisa minyak biji kapuk untuk mengetahui rapat massa,

kadar asam lemak total dan asam lemak bebas

3) Tahap Transesterifikasi

1. Merangkai alat esterifikasi minyak biji kapuk dengan metanol

2. Memanaskan 400 mL minyak biji kapuk dari tahap acid

pretreatment dalam labu leher tiga yang dilengkapi dengan

pendingin spiral, termometer, dan pengaduk sampai suhu 50 °C

3. Memanaskan larutan metanol (perbandingan volume metanol :

minyak = 1:5) dan KOH (2% berat minyak) sampai suhu 50 0C

4. Memasukkan larutan metanol dan KOH ke dalam labu leher tiga

yang berisi minyak biji kapuk pada saat keduanya mencapai suhu

50 0C

5. Membiarkan reaksi selama 1 jam dengan kecepatan pengadukan

±1500 rpm, menjaga temperatur dan pengadukan tetap konstan

(reaksi akan berjalan dengan cepat, akan segera terbentuk 2 lapisan


commit to user

17

Laporan Tugas Akhir




yang terpisah). Lapisan atas metil ester (berwarna keemasan),

lapisan bawah adalah gliserol (berwarna coklat terang).

Produksi

1) Tahap Acid Pretreatment

1. Memastikan/mengecek reaktor dapat beroperasi atau tidak

2. Memasukkan 70 liter minyak biji kapuk dan H2SO4 pekat 1,5%

volume minyak dalam reaktor

3. Memasukkan larutan metanol (perbandingan volume metanol :

minyak = 1:5) ke dalam reaktor yang berisi minyak biji kapuk pada

saat mencapai suhu 60 0C (mengeset termocouple agar suhunya

konstan pada 60 0C)

4. Menghidupkan impeller

5. Membiarkan reaksi selama 2 jam

6. Mendiamkan asam lemak yang terbentuk selama 3 hari untuk

mengendapkan kotoran

2) Tahap Transesterifikasi

1. Mengukur volume minyak dalam reaktor

2. Memanaskan larutan metanol (perbandingan volume metanol :

minyak = 1:5) dan KOH (2% berat minyak) sampai suhu 50 0C

3. Memasukkan larutan metanol dan KOH ke dalam reaktor yang

berisi minyak kapuk randu

4. Memanaskan larutan sampai suhu 50 0C (mengeset termocouple

agar suhunya konstan pada 50 0C)

5. Menghidupkan impeller

6. Membiarkan reaksi selama 1 jam

7. Mendiamkan larutan selama beberapa hari. Akan terbentuk 2

lapisan yang terpisah. Lapisan atas metil ester (berwarna

keemasan), lapisan bawah adalah gliserol (berwarna coklat terang).


commit to user

18

Laporan Tugas Akhir




Tahap Pengujian Karakteristik Biodiesel

1) Pemurnian Hasil

1. Mendiamkan produk esterifikasi selama ± 20 jam sehingga

terbentuk 2 lapisan. Lapisan atas berupa metil ester/biodiesel dan

lapisan bawah berupa gliserol

2. Mengambil biodiesel

3. Mencuci biodiesel dua kali dengan aquadest masing-masing 28%

volume biodiesel untuk menghilangkan sisa katalis dan metanol

2) Analisa Angka Asam

1. Memasukkan 5 gram biodiesel ke dalam erlenmeyer

2. Menambahkan 50 mL alkohol netral yang telah mengandung

indikator PP

3. Mendidihkan campuran selama 60 menit dengan memasang

pendingin spiral

4. Mendinginkan larutan kemudian menitrasinya dengan larutan KOH

0,1 N

5. Angka Asam dihitung dengan persamaan

Angka Asam = G

NA 1,56

dengan : A = jumlah mL KOH untuk titrasi

N = normalitas larutan KOH

G = bobot contoh (gram)

3) Analisis Angka Penyabunan (SN)

1. Menyaring biodiesel yang dihasilkan dengan kertas saring untuk

membuang bahan asing dan kandungan air

2. Menimbang 1 gram sampel di dalam erlenmeyer

3. Menambahkan 10 ml KOH 0,5 N beralkohol secara perlahan-lahan

dengan pipet


commit to user

19

Laporan Tugas Akhir




4. Mendidihkan campuran dengan hati-hati sampai semua contoh

tersabunkan dengan sempurna, yaitu jika diperoleh larutan yang

bebas dari butir-butir lemak, dengan pendingin spiral

5. Mendinginkan campuran dan membilas bagian dalam pendingin

tegak dengan sedikit air

6. Menitrasi campuran dengan HCl 0,5 N

7. Melakukan prosedur yang sama untuk analisis blangko

8. Angka penyabunan dihitung dengan persamaan

SN = G

NBA HCl 1,56

dengan : A = ml HCl untuk titrasi blangko

B = ml HCl untuk titrasi sampel

G = berat sampel

N = normalitas HCl

4) Analisa Angka Iod (IV)

1. Memasukkan 0,05 gram biodiesel ke dalam labu erlenmeyer yang

bertutup

2. Menambahkan 2 ml karbon tetra klorida dan 5 ml pereaksi Hanus,

dan 2 ml larutan KI 15%

3. Membiarkan reaksi selama 1 jam di tempat yang gelap

4. Menitrasi campuran dengan larutan natrium tiosulfat 0,1 N dengan

indikator larutan pati

5. Melakukan prosedur yang sama untuk analisis blangko

6. Angka iod dihitung dengan persamaan

IV = G

NSB 69,12)(322 OSNa

dimana, B = ml Na2S2O3 untuk titrasi blangko

S = ml Na2S2O3 untuk titrasi sampel

N = normalitas Na2S2O3 ( 0.1 N )

G = berat sampel


commit to user

20

Laporan Tugas Akhir




5) Analisa Angka Setana Biodiesel

Penentuan angka setana biodiesel dapat dilakukan dengan cara

sederhana dan relatif murah, yaitu dengan menggunakan persamaan

cetane number (CN) fatty acid methyl ester (biodiesel) sebagai fungsi

dari angka iodine (IV) dan saponifikasi (SN) dengan rumus :

CN = 46,3 + 5458/SN 0,225 x IV

Tahap Analisa Sifat Fisis Biodiesel

1. Specific Gravity (metode tes ASTM D-1298)

Definisi

Spesific gravity adalah ratio antara massa dari suatu volume

tertentu bahan bakar dengan masa air pada volume yang sama.

Spesific gravity

berarti bahwa bahan bakar dan air berada pada suh

pengukuran sampel dilakukan (Hardjono, 2001).

Prosedur

a. Mengatur suhu biodiesel sesuai dengan tipe biodiesel. Juga suhu

tabung hidrometer.

b. Memindahkan biodiesel ke dalam tabung hidrometer dengan hati-

hati supaya tidak terjadi gelembung udara dan supaya penguapan

konstituen yang lebih mudah menguap dalam contoh minimal.

c. Menempatkan tabung yang berisi biodiesel pada posisi tegak di

suatu tempat yang bebas dari aliran udara. Suhu biodiesel tidak

boleh berubah lebih dari 2oC (5

oF) selama pengujian. Kalau suhu

pengujian jauh diatas atau dibawah suhu kamar dapat digunakan

penangas suhu tetap untuk menghindarkan terjadinya perubahan

suhu yang berlebihan.

d. Memasukkan hidrometer dengan pelan-pelan ke dalam biodiesel.

Hendaklah berhati-hati jangan sampai batang hidrometer diatas

permukaan biodiesel terbasahi oleh biodiesel. Aduk biodiesel


commit to user

21

Laporan Tugas Akhir




secara terus menerus dengan termometer. Setelah diperoleh

pembacaan yang tetap, catat suhu biodiesel sampai 0,25oC (0,5

oF).

e. Menekan hidrometer kira-kira dua pembagian skala ke dalam

biodiesel dan kemudian lepaskan. Biarkan hidrometer untuk

mengapung dengan bebas.

f. Memperkirakan pembacaan skala hidrometer sampai 0,0001

terdekat untuk kerapatan relatif (specific gravity) dan 0,05o untuk

API gravity. Pembacaan yang benar pada hidrometer adalah titik

pada skala hidrometer dimana permukaan biodiesel memotong

skala.

g. Setelah mengamati skala hidrometer, catatlah suhu biodiesel

sampai 0,2oC (0,5

oF). Kalau terjadi perbedaan suhu dari suhu

pembacaan pertama lebih dari 0,5oC (1

oF), maka ulangi pengujian

hidrometer dan pengamatan suhu sampai suhu menjadi stabil dalam

0,5oC (1

oF).

2. Pour Point (metode tes ASTM D-97)

Definisi

Titik tuang ( Pour Point ) adalah suhu terendah dimana bahan

bakar masih dapat dibuang atau mengalir apabila didinginkan pada

kondisi tertentu. Selain itu pour point juga menunjukkan suhu terendah

di mana bahan bakar masih dapat dipompa (Hardjono, 2001).

Prosedur

a. Menuang biodiesel ke dalam tabung uji tepat sampai tanda. Kalau

perlu, biodiesel dapat dipanaskan dalam penangas air sehingga

biodiesel menjadi cukup mudah untuk dituang ke dalam tabung uji.

b. Menutup tabung uji dengan sumbat gabus yang telah dipasang

termometer. Mengatur kedudukan sumbat dan termometer sehingga

bola termometer tercelup sedemikian sehingga permulaan kapiler

berada 3 mm di bawah permukaan biodiesel.


commit to user

22

Laporan Tugas Akhir




c. Untuk biodiesel yang mempunyai pour point antara 90oF dan -30

oF

(32oC dan -34

oC), panaskan biodiesel tanpa pengadukan sampai

115oF (46

oC) dalam penangas yang suhunya dipertahankan 118

oF

(48oC). Mendinginkan biodiesel dalam udara sampai suhu 95

oF

(35oC). Untuk biodiesel yang mempunyai pour point di atas 90

oF

(32oC) panaskan biodiesel sampai suhu 115

oF (46

oC) atau sampai

suhu kira-kira 15oF (8

oC) di atas pour point yang diharapkan.

Untuk biodiesel yang mempunyai pour point di bawah -30oF (-

34oC), panaskan biodiesel sampai suhu 115

oF (46

oC), dan

dinginkan sampai suhu 60oF (16

oC) dalam penangas air dimana

suhunya dipertahankan 45oF (7

oC).

d. Menempatkan lempeng pada dasar jaket. Menempatkan cincin

gasket disekeliling tabung uji, 25 mm (1 in) dari dasar.

Memasukkan tabung uji ke dalam jaket.

e. Mempertahankan suhu pendingin pada 30 sampai 35oF (-1 sampai

2oC). Menempatkan jaket dalam kedudukan tegak dalam penangas

pendingin sehingga tidak lebih dari 25 mm (1 in) jaket menonjol

keluar medium pendingin.

f. Mulai pada suhu 15oF (8

oC) diatas pour point biodiesel yang

diharapkan untuk biodiesel yang mempunyai pour point di atas

suhu 90oF (32

oC) atau untuk biodiesel yang lain, pada suhu 20

oF

(11oC) diatas pour point yang diharapkan, pada setiap pembacaan

termometer yang merupakan kelipatan 5oF (3

oC), mengambil

tabung uji dari jaket dengan hati-hati dan miringkan untuk sekedar

mengetahui apakah ada gerakan biodiesel dalam tabung uji.

Pekerjaan seluruhnya tidak boleh lebih dari 3 detik. Apabila

biodiesel masih mengalir pada suhu 50oF (10

oC), pindahkan tabung

uji ke jaket lain di dalam penangas kedua dimana suhunya

dipertahankan antara 0 sampai 5oF (-18 sampai -15

oC). Apabila

biodiesel masih mengalir bilamana suhu mencapai 20oF (-7

oC),

maka pindahkan tabung ke penangas yang ketiga dimana suhunya


commit to user

23

Laporan Tugas Akhir




dipertahankan antara -30 sampai -25oF (-34 sampai -32

oC). Untuk

penentuan pour point yang sangat rendah, diperlukan penangas

tambahan, dimana masing-masing penangas dipertahankan 30oF

(17oC) dibawah suhu penangas yang lain. Dalam setiap hal

pindahkan tabung uji apabila suhu biodiesel mencapai suhu 50oF

(28oC) diatas suhu penangas yang baru. Segera setelah biodiesel di

dalam tabung uji tidak mengalir apabila tabung dimiringkan,

pertahankan tabung uji dalam kedudukan mendatar selama 5 detik.

Apabila biodiesel bergerak, kembalikan tabung uji ke dalam jaket

dan ulangi pengujian untuk suhu 5oF (3

oC) berikutnya yang lebih

rendah.

g. Meneruskan pengujian dengan cara ini, sampai dicapai suatu titik

dimana biodiesel tidak bergerak apabila tabung uji dalam

kedudukan mendatar selama 5 detik. Mencatat suhu pembacaan

termometer.

3. Flash Point (metode tes ASTM D-93)

Definisi

Flash point adalah suhu terendah dimana suatu campuran bahan

bakar dalam campuranya dengan udara akan menyala kalau dikenai

nyala uji pada kondisi tertentu. Semula flash point dimaksudkan untuk

keamanan, untuk mengetahui sampai suhu berapa oaring masih dapat

bekerja dengan aman dengan suatu produk minyak bumi tanpa timbul

bahaya kebakaran. Tetapi kemudian ternyata flash point dapat juga

digunakan untuk menunjukkan volatilitas relatif produk minyak bumi

(Hardjono, 2001).

Prosedur

a. Membersihkan dan mengeringkan dengan sempurna semua bagian

cawan dan perlengkapannya sebelum mulai melakukan pengujian.

Mengisi cawan dengan contoh sampai tanda batas. Menempatkan

termometer. Menyalakan nyala uji dan mengatur diameter nyala uji


commit to user

24

Laporan Tugas Akhir




4 mm (5/32 in). Memanaskan contoh dengan kecepatan pemanasan

9 sampai 11oF (5 sampai 6

oC) / menit. Memutar pengaduk 90

sampai 120 rpm.

b. Apabila contoh mempunyai flash point 230oF ( 110

oC ) atau lebih

rendah, gunakan nyala uji apabila suhu contoh berada 30 sampai

50oF (17 sampai 28

oC) di bawah flash point yang diharapkan untuk

setiap kelipatan pembacaan suhu 2oF (1

oC). Selama penggunaan

nyala uji jangan dilakukan pengadukan. Lama penggunaan nyala

uji adalah 1 detik.

c. Apabila contoh mempunyai flash point di atas 230oF (110

oC)

gunakan nyala uji untuk setiap suhu kelipatan dari 5oF (2

oC), mulai

dari suhu 30 sampai 50oF (17 sampai 28

oC) di bawah flash point

yang diharapkan.

d. Mencatat flash point sebagai suhu yang diamati pada termometer

pada waktu penggunaan nyala uji mengakibatkan terjadinya flash

di dalam cawan.

4. Viskositas Kinematik (metode tes ASTM D-445)

Definisi

Viskositas adalah suatu ukuran resistansi suatu fluida untuk

mengalir. Semakin tinggi nilai viskositas semakin kecil kemampuan

fluida tersebut untuk mengalir. Viskositas suatu bahan bakar minyak

sangat tergantung pada temperature, dimana nilai viskositas akan turun

apabila temperatur naik. Untuk biodiesel viskositas biasanya dinyatakan

dalam viskositas kinematik, yaitu waktu yang diperlukan oleh suatu

volum tertentu fluida untuk mengalir karena pengaruh gaya gravitasi

pada pipa kapiler yang telah dikalibrasi ( viscosimeter ).

Selanjutnya viskositas kinematis dapat dihitung dengan persamaan :

= C.t


commit to user

25

Laporan Tugas Akhir




dimana, = Viskositas kinematis ( cSt )

C = konstanta viscosimeter

t = waktu alir ( detik )

(Hardjono, 2001)

Prosedur

a. Mempertahankan suhu penangas pada suhu uji.

b. Memilih viskosimeter yang bersih dan kering yang telah ditera,

dimana waktu alir tidak boleh kurang dari 200 detik.

c. Mengisi viskosimeter dengan contoh, sesuai dengan perancangan

dari masing-masing viskosimeter. Kalau perlu contoh dapat

disaring dengan saringan No. 200.

d. Membiarkan viskosimeter berada didalam penangas cukup lama

sehingga dicapai suhu pengajian. Waktunya dapat diperoleh

dengan coba-coba (30 menit biasanya sudah cukup).

e. Menggunakan penghisap atau tekanan untuk mengatur permukaan

contoh uji ke suatu kedudukan di dalam pipa kapiler kira-kira 5

mm di atas tanda. Mengukur waktu yang diperlukan contoh untuk

mengalir dengan bebas dari tanda pertama sampai tanda kedua

dalam detik, sampai 0,2 detik. Apabila waktu alir contoh kurang

dari 200 detik, pilihlah viskosimeter dengan diameter pipa kapiler

yang lebih kecil dan mengulangi pengujian.

f. Apabila dua buah pengukuran telah sesuai dalam batas 0,2%,

gunakan harga rata-rata untuk menghitung kekentalan kinematik

yang dilaporkan. Apabila kesesuaian tidak diperoleh, hasil

pengujian tidak dipakai.

5. Conradson Carbon Residu (metode tes ASTM D-189)

Definisi

Uji ini umumnya dikenakan pada bahan bakar yang relatif kurang

volatil yang sebagian akan terurai pada destilasi tekanan atmosferik.


commit to user

26

Laporan Tugas Akhir




Sisa karbon sesungguhnya bukan seluruhnya karbon, tetapi kokas yang

masih dapat diubah lebih lanjut dengan jalan pirolisis (Hardjono, 2001).

Prosedur

a. Menggojok contoh dan bilamana perlu panaskan untuk mengurangi

viskositas. Menimbang 10 gr contoh sampai 5 mg terdekat dalam

krus porselin. Menempatkan krus ini dalam krus Skidmore.

Meratakan pasir dalam krus besi yang besar dan tempatkan krus

Skidmore diatasnya. Menutup krus Skidmore dan krus besi

keduanya.

b. Menempatkan kawat Nichrome siatas penyangga dan

menempatkan isolator diatasnya. Menempatkan krus plat besi

didalam isolator diatas kawat, dan menutup keseluruhannya dengan

cerobong.

c. Memanaskan dengan nyala dari burner Meker dengan kuat,

sehingga periode penyalaan awal ini memakan waktu + 1,5 menit.

Apabila asap tampak diatas cerobong, segera geserlah burner

sehingga nyala gas ada disisi krus dengan maksud untuk

menyalakan uap. Kemudian untuk sementara pindahkan

pemanasan, dan sebelum pemanasan dikembalikan aturlah nyala

gas, supaya uap dapat terbakar secara uniform diatas cerobong.

Periode pembakaran uap ini berlangsung selama 13 + 1 menit.

d. Apabila uap sudah berhenti terbakar dan tidak terlihat lebih lanjut

asap berwarna biru, aturlah kembali pemanasan supaya bagian

bawah krus besi menjadi berwarna merah dan pertahankan untuk

waktu tepat 7 menit. Waktu pemanasan total menjadi 30 + 2 menit.

e. Memindahkan burner dan biarkan alat mendingin sampai tidak lagi

terlihat asap. Memindahkan kris porselin ke dalam eksikator,

mendinginkan dan menimbang. Menghitung sisa karbon contoh

mula-mula.


commit to user

27

Laporan Tugas Akhir




6. Copper Strip Corosion (metode tes ASTM D-130)

Definisi

Korosi terhadap lempeng tembaga. Metode ini digunakan untuk

memprediksi derajat korosivitas relatif lempeng tembaga yang diujikan

pada biodiesel (Kuntari,2002).

Prosedur

Sekeping tembaga (Polished copper strip) dimasukkan/direndam

dalam sampel yang akan diuji, kemudian dipanaskan pada suhu tertentu

selama beberapa waktu sesuai karakteristik dari sampel. Selama

direndam, copper strip tersebut kemungkinan besar akan berubah warna

sesuai dengan tingkat korosi sampel. Setelah itu, copper strip diangkat,

dikeringkan dan dibandingkan warnanya dengan warna standard untuk

mendapatkan tingkat korosif dari sampel yang dites.

Uji Mesin Diesel Engine Test Bed

Compression ignition engine

penyalaan bahan bakar tidak menggunakan percikan api, tetapi dengan

memanfaatkan suhu tinggi yang diperoleh karena udara ditekan dengan

perbandingan kompresi tinggi (12-22). Dalam mesin diesel bahan bakar

(solar) diinjeksikan dalam ruang bakar yang telah berisi udara bertekanan

tinggi. Bahan bakar tersebut diinjeksikan dalam ruang bakar sebelum

piston mencapai titik mati atas (TMA).

Prosedur

1. Pemeriksaan awal

a. Supply bahan bakar

Memeriksa bahan bakar dalam tangki

b. Supply air pendingin

Pendingin mesin dan pendingin dinamometer

2. Cara Start

a. Sebelum start tangki bahan bakar harus terisi cukup (min ¼ tangki)


commit to user

28

Laporan Tugas Akhir




b. Memutar kunci kontak kekanan selama 20 sampai 30 detik

(pemanasan)

c. Memutar kunci kontak searah jarum jam (kekanan) sampai

maksimal

d. Mengatur throttle idle

rpm, selama 2-3 menit, supaya pelumas mesin rata

e. Throttle selanjutnya ditambah (diputar kekanan) sampai mencapai

2000 rpm

f. Memutar control dinamometer kekanan, mengkondisikan beban

awal 15 N dan usahakan dengan mengatur throttle putaran mesin

tetap pada 2000 rpm

g. Mendiamkan kondisi diatas sampai suhu T out (air keluar)

mencapai 60 0C

h. Menaikkan putaran mesin dengan memutar throttle secara

perlahan, mengkondisikan putaran tetap pada 2000 rpm dengan

menambah beban (putar dinamometer control kekanan), sampai

throttle mencapai maksimum

i. Setiap percobaan kondisikan suhu air keluar berada 70 75 0C

dengan mengatur stop kran flow meter (kecepatan air dingin yang

masuk)

3. Percobaan

Setelah mesin dijalankan pada langkah diatas (pada langkah start)

kemudian lakukan langkah-langkah berikut:

a. Mengurangi beban dengan mengatur dinamometer control kekiri

secara perlahan sampai putaran mesin mencapai rpm yang

diinginkan pada percobaan pertama 2500 rpm.

b. Percobaan kedua dan seterusnya, beban dinamometer ditambah

untuk menurunkan rpm sampai 1500 rpm (throttle tetap). Mencatat

semua meter yang ada yaitu:

Laju bahan bakar

Air pendingin (suhu air masuk, air keluar)


commit to user

29

Laporan Tugas Akhir




Manometer

Beban (kg)

c. Pada setiap tahap / kedudukan hitung :

Daya output

Konsumsi bahan bakar

Konsumsi bahan bakar spesifik

Perbandingan udara bahan bakar


commit to user

30

Laporan Tugas Akhir


Progam Studi DIII Teknik Kimia


BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Komposisi Minyak Biji Kapuk Randu

Dari analisis minyak biji kapuk randu menggunakan Gas

Chromatography (GCMS), maka dapat diketahui komposisi-komposisi asam

lemak dalam bahan baku yang ditunjukkan dalam tabel 4.1, dan karakteristik

biodiesel yang dihasilkan jika dibandingkan dengan standart SNI 04-7182-

2006 dan ASTM yang ditunjukkan pada tabel 4.2.

Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak Dalam Minyak Biji Kapuk

Komponen Rumus Molekul Prosentase(%)

Asam Palmitat C15H31COOH 26,23

Asam Linoleat C17H31COOH 37,85

Asam Oleat C17H33COOH 25,62

Asam Stearat C17H35COOH 4,16

Lain lain - 6,13

30


commit to user

31

Laporan Tugas Akhir




B. Sifat Fisis Biodiesel Minyak Biji Kapuk Randu

Tabel 4.2 Karakteristik Biodiesel dari Minyak Biji Kapuk Randu

No Parameter Satuan Nilai SNI 04-

7182-2006 ASTM

1 Specific Gravity at 60/60 0F - 0,8792

850-890

pada 40 0C

ASTM D-

1298

(0,840-

0,920)

2 Viscosity Kinematic at 40

0C

mm2/s 4,565 2,3-60

ASTM D-

445

(1,9 6)

3 Flash Point/Titik Nyala 0C 188,5 Min 100

ASTM D 93

(Min 65)

4 Warna - 2,0 -

ASTM D

1500

( maks 6)

5 Pour Point/Titik Tuang 0C 3 Maks 18

ASTM D 97

(Maks 18)

6 Copper strip Corosion suhu

100 0C (3 jam)

- 1 b Maks no 3 ASTM D

130

7 Conradson Carbon Residue %wt 0,047 Maks 0,05

ASTM D

189

(Maks 0,05)


commit to user

32

Laporan Tugas Akhir




1. Specific Gravity

Spesific Gravity merupakan ratio antara massa dari suatu volume

tertentu bahan bakar dengan massa air pada volume yang sama.

Specific gravity biodiesel minyak biji kapuk telah memenuhi

spesifikasi SNI 04-7182-2006 dan ASTM, karena masih dalam range yang

ditentukan.

2. Viskositas

Viskositas adalah tahanan yang dimiliki fluida yang dialirkan dalam

pipa kapiler terhadap gaya gravitasi yang biasanya dinyatakan dalam

waktu yang diperlukan untuk mengalir pada jarak tertentu. Jika viskositas

semakin tinggi, tahanan untuk mengalir akan semakin tinggi. Hal ini

sangat penting karena mempengaruhi kinerja injektor pada mesin diesel.

Viskositas yang lebih tinggi akan membuat bahan bakar teratomisasi

menjadi tetesan yang lebih besar dengan momentum tinggi dan memiliki

kecenderungan bertumbukan dengan dinding silinder yang relatif lebih

dingin. Hal ini menyebabkan pemadaman flame dan peningkatan deposit,

penetrasi semprot bahan bakar, dan emisi mesin. Sebaliknya bahan bakar

dengan viskositas rendah akan memproduksi spray yang terlalu halus dan

tidak dapat masuk lebih jauh ke dalam silinder pembakaran sehingga

terbentuk daerah fuel rich zone yang menyebabkan pembentukan jelaga.

Viskositas juga menunjukkan sifat pelumasan bahan bakar.

Viskositas biodiesel minyak biji kapuk randu secara umum cukup

memenuhi spesifikasi SNI 04-7182-2006 dan ASTM.

3. Flash Point

Disebut juga titik nyala atau titik kilat, adalah titik temperatur

terendah yang menyebabkan bahan bakar dapat menyala apabila kontak

dengan udara. Titik nyala umumnya terkait dengan masalah keamanan

(safety), sehingga bahan bakar sebaiknya memiliki titik nyala cukup tinggi.

Namun jika flash point terlalu tinggi maka penyalaannya akan sangat sulit

sehingga membutuhkan lebih banyak energi untuk dapat menyalakannya.


commit to user

33

Laporan Tugas Akhir




Flash point biodiesel minyak biji kapuk randu secara umum cukup

memenuhi spesifikasi SNI 04-7182-2006 dan ASTM

4. Pour Point

Disebut sebagai titik tuang. Jika temperatur diturunkan lebih lanjut

akan didapat pour point yang merupakan titik temperatur terendah suatu

cairan masih dapat mengalir yang menunjukkan mulai terbentuknya kristal

parafin yang dapat menyumbat saluran bahan bakar.

Pour point dari biodiesel minyak biji kapuk randu masih berpotensi

untuk digunakan pada negara yang memiliki iklim dingin. Selain itu

biodiesel ini juga telah memenuhi standart SNI 04-7182-2006 dan ASTM

karena batas maksimal untuk pour point adalah 18°C.

5. Conradson Carbon Residu

Kadar residu karbon sebaiknya serendah mungkin agar tidak

menyumbat pipa dan nozzle pembakaran serta mengganggu aliran bahan

bakar.

Kadar residu karbon biodiesel minyak biji kapuk randu telah

memenuhi spesifikasi SNI 04-7182-2006 maupun ASTM.

6. Copper strip Corrosion

Yaitu korosi terhadap lempeng tembaga. Metode ini digunakan

untuk memprediksi derajat korosivitas relatif lempeng tembaga yang

diujikan pada biodiesel. Hal ini perlu dilakukan mengingat biodiesel

berasal dari minyak yang mengandung asam lemak bebas. Asam ini dapat

mempercepat korosi pada logam-logam mesin diesel.


commit to user

34

Laporan Tugas Akhir




C. Sifat Kimia Biodiesel Minyak Biji Kapuk Randu

Tabel 4.4 Sifat Kimia Biodiesel dari Minyak Biji Kapuk Randu

Analisa Satuan Hasil Standar

Asam lemak bebas

Untuk minyak

Untuk biodiesel

mgrek/gr

mgrek/gr

0,61056

0,0672

-

Asam lemak total

Untuk minyak

Untuk biodiesel

mgrek/gr

mgrek/gr

3,6612

4,02732

-

Angka asam

-

0,561

SNI

Maks 0,8 (mg

KOH/g)

Angka penyabunan - 151,192305 SNI

Maks 189

Angka iod

-

71,064

SNI

Maks 115 (%-

massa)

Angka setana - 66,4103 SNI

Min 51

1) Angka Asam

Angka asam adalah ukuran dari jumlah asam lemak bebas, serta

dihitung berdasarkan berat molekul dari asam lemak atau campuran asam

lemak. Angka asam dinyatakan sebagai jumlah milligram KOH 0,1 N yang

digunakan untuk menetralkan asam lemak bebas yang terdapat dalam 1

gram minyak atau lemak.

Angka asam yang tinggi merupakan indicator biodiesel masih

mengandung asam lemak bebas. Artinya, biodiesel bersifat korosif dan

dapat menimbulkan jelaga atau kerak di injector mesin diesel.


commit to user

35

Laporan Tugas Akhir




2) Angka Penyabunan

Angka penyabunan adalah jumlah alkali yang dibutuhkan untuk

menyabunkan sejumlah contoh minyak.

3) Angka Iod

Angka iod adalah jumlah gram iod yang diserap oleh 100 gram

minyak atau lemak. Angka iod menunjukkan tingkat ketidak jenuhan atau

banyaknya ikatan rangkap dua asam lemak penyusun biodiesel. Biodiesel

dengan kandungan angka iod yang tinggi (lebih besar dari 115) akan

mengakibatkan tendensi polimerisasi dan pembentukan deposit di lubang

saluran injektor nozzle dan cincin piston pada saat mulai pembakaran.

4) Angka Setana

Angka setana adalah porsentase volume setana dalam campurannya

dengan alphamethyl naptalen (C10H7CH3) yakni suatu senyawa

hydrocarbon aromatis yang memiliki kelambatan penyalaan yang sama

dengan bahan bakar diesel. Angka setana juga mempengaruhi kemampuan

mesin untuk dinyalakan pada keadaan dingin, emisi dan kebisingan mesin.

Semakin tinggi angka setana, semakin cepat pembakaran, semakin baik

efisiensi termodinamisnya.

D. Hasil Uji Biodiesel Menggunakan Engine Test Bed.

Speifikasi mesin diesel yang diuji :

Merk

Perbandingan kompresi : 18:1

Displacement : 1500 cc

Pendingin : Air

Diameter silinder : 76 mm

Panjang langkah piston : 82 mm

Jumlah silinder : 4 silinder

Biodiesel yang digunakan adalah B10 (campuran 10% volume biodiesel dan

90% volume solar)


commit to user

36

Laporan Tugas Akhir




a. Perbandingan Torsi

Torsi adalah tenaga untuk menggerakkan, menarik atau menjalankan

sesuatu (pulling power). Torsi dihasilkan dari jarak dan kekuatan dan

untuk menghitungnya dapat dilakukan dengan mengalikan tenaga dengan

jarak. Mesin dari kendaraan menghasilkan torsi dan menggunakannya

untuk menggerakkan crankshaft. Jadi, torsi adalah tenaga yang digunakan

pada suatu jarak tertentu.

Menghitung Torsi(T) dengan persamaan berikut :

T=m x g x l

Dimana : T = Torsi (Nm)

m= Massa yang terukur pada dynamometer (kg)

g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)

l = Panjang lengan pada dinamometer (m)

Gambar 4.4.1 Grafik Perbandingan Torsi (Nm) vs Kecepatan Putaran

Mesin (rpm)

Pada semua putaran mesin (rpm) kecuali 1800 rpm, torsi yang

dihasilkan bahan bakar campuran biodiesel dari minyak kapuk lebih besar


commit to user

37

Laporan Tugas Akhir




dibanding bahan bakar solar. Pada 1800 rpm torsi yang dihasilkan kedua

bahan bakar sama besarnya.

b. Perbandingan Daya

Daya (P) dapat dihitung dengan persamaan :

P = T

60000

Dimana : P = Daya (kW)

n = Putaran mesin atau dinamometer (rpm)

T = Torsi (Nm)

Gambar 4.4.2 Grafik Perbandingan Daya (kW) vs Kecepatan Putaran

Mesin (rpm)

Campuran biodiesel dari kecepatan rendah sampai tinggi

memberikan daya yang lebih besar daripada bahan bakar solar.


commit to user

38

Laporan Tugas Akhir




c. Perbandingan BMEP

BMEP (Brake Mean Effective Pressure) menyatakan tenaga output

mesin tiap satuan volume silinder.

BMEP dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

BMEP = 60 P. z

V . n

Dimana : P = Daya (kW)

z = 2 untuk mesin 4 langkah, 1 untuk mesin 2 langkah

V = Volume langkah total silinder (m3)

V = x D2 x L x jumlah silinder

4

n = Putaran mesin/dinamometer (rpm)

Gambar 4.4.3 Grafik Perbandingan BMEP (kPa) vs Kecepatan Putaran

Mesin (rpm)

Kedua jenis bahan bakar menunjukkan perbedaan tenaga yang

signifikan. Dari uji ini dapat disimpulkan BMEP campuran biodiesel lebih


commit to user

39

Laporan Tugas Akhir




besar dibandingkan dengan bahan bakar solar pada semua putaran mesin,

kecuali pada 1800 rpm.

d. Perbandingan Konsumsi Bahan Bakar

Spesific Fuel Consumption (SFC) menunjukkan jumlah bahan bakar

yang dibutuhkan tiap satuan waktu dan daya.

Konsumsi bahan bakar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

mf = bt

b.

.1000.

3600. (kg/jam)

SFC = mf

P

Dimana : b = volume buret yang dipakai dalam pengujian (cc)

t = waktu yang diperlukan untuk pengosongan buret dalam

detik (s)

bb = massa jenis bahan bakar ( solar = 0,84 kg/l ;

campuran = 0,8381 kg/l)

mf = konsumsi bahan bakar (kg/jam)

P = daya (kW)

Gambar 4.4.4 Grafik Perbandingan SFC (kg/kWh) vs Kecepatan Putaran

Mesin (rpm)


commit to user

40

Laporan Tugas Akhir




Dari hasil uji dapat disimpulkan campuran biodiesel lebih irit

daripada bahan bakar solar, karena biodiesel yang dibutuhkan untuk

menghasilkan daya yang sama lebih kecil daripada bahan bakar solar

murni.


commit to user

30

Laporan Tugas Akhir




BAB V

PENUTUP

A. Kesimpulan

Dari hasil analisis dan pembahasan dapat ditarik kesimpulan sebagai

berikut :

1. Minyak biji kapuk randu dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan

biodiesel.

2. Biodiesel yang dihasilkan secara umum telah memenuhi standar

spesifikasi SNI 04-7182-2006 dan ASTM.

3. Dari segi kinerja mesin diesel, campuran biodiesel lebih baik daripada

solar murni.

B. Saran

1. Kecepatan pengadukan pada tahap esterifikasi harus diusahakan

seoptimal mungkin dengan kecepatan putaran yang tinggi ( >15 00 rpm)

agar pencampuran berjalan dengan baik.

2. Temperatur pemanasan dijaga agar tetap konstan pada suhu 60 0C pada

tahap acid pretreatment dan 50 0C pada tahap transesterifikasi agar

menghasilkan biodiesel dengan konversi yang tinggi (±90%) .

3. Settling biodiesel setelah tahap acid pretreatment dan transesterifikasi

harus lama untuk mengendapkan kotoran, sisa metanol, dan sisa katalis.

41

LAPORAN TUGAS AKHIR PEMBUATAN BIODIESEL …... · bilangan penyabunan, angka setan (cetane number),...

Documents

Transcript of LAPORAN TUGAS AKHIR PEMBUATAN BIODIESEL …... · bilangan penyabunan, angka setan (cetane number),...