UNJUK KERJA MOTOR DIESEL TIPE S-1110 DENGAN …publication.gunadarma.ac.id/bitstream/123456789/5291/1/JURNAL TA.pdf · bahan bakar bio cair, bahan bakar bio cair biasanya adalah bioalkohol

UNJUK KERJA MOTOR DIESEL TIPE S-1110 DENGAN BAHAN BAKAR BIODIESEL M20 DARI MINYAK JELANTAH DENGAN

KATALIS 0,35% NaOH

Dr. Rr. Sri Poernomo Sari, ST., MT. *), Eko Pramono **)

*) Dosen Teknik Mesin Universitas Gunadarma **) Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Gunadarma

ABSTRAKSI

Stok minyak mentah yang berasal dari fosil yang tidak dapat diperbarukan semakin menipis, untuk mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi perlu diadakan diversifikasi energi dengan pengembangan energi alternatif terbarukan, yaitu dengan memanfaatkan minyak yang berasal dari tumbuh-tumbuhan agar menjadi bahan bakar nabati seperti biodiesel. Biodiesel adalah salah satu bahan bakar yang dapat diperbaharui dan biodegradable yang terbuat dari minyak tumbuh-tumbuhan (nabati) atau lemak hewan.Biodiesel merupakan bahan bakar yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar dari motor diesel. Pembuatan biodiesel ini menggunakan minyak jelantah sebagai bahan baku, metanol sebanyak 50%, katalis NaOH 0,35%. Biodiesel dicampur dengan solar dengan perbandingan 20% biodiesel dan solar 80%, biodiesel ini diberi kode mixing (M20). Hasil pengujian menunjukkan bahwa konsumsi bahan bakar biodiesel M20 rata-rata lebih hemat sebesar 21,26 % dibanding solar dari rpm 1200 (terendah) sampai rpm 2200 (tertinggi), dan hasil perhitungan untuk konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) didapatkan bahwa biodiesel M20 lebih hemat bahan bakar daripada solar dari rpm 1200 (terendah) sampai rpm 2200 (tertinggi), dengan persentase penghematan rata-rata sfc biodiesel M20 sebesar 21,88 %. Kata kunci : Motor Diesel, Bahan Bakar, Biodiesel, Minyak Jelantah, Katalis, NaOH. I. PENDAHULUAN

Saat ini dunia mengalami krisis bahan bakar minyak, stok minyak mentah yang berasal dari fosil yang tidak dapat terbarukan cadangannya semakin menipis, oleh karena itu untuk mengatasi masalah tersebut dan mengurangi ketergantungan pada Bahan Bakar Minyak perlu diadakan diversifikasi energi dengan pengembangan energi alternatif terbarukan, salah satunya dengan cara memanfaatkan minyak yang berasal dari tumbuh-tumbuhan untuk diolah menjadi bahan bakar nabati seperti biodiesel.

Biodiesel merupakan salah satu jenis biofuel (bahan bakar cair dari pengolahan tumbuhan) di samping Bioetanol. Biodiesel adalah senyawa

alkil ester yang diproduksi melalui proses alkoholisis (transesterifikasi) antara trigliserida dengan metanol atau etanol dengan bantuan katalis basa menjadi alkil ester dan gliserol atau esterifikasi asam-asam lemak (bebas) dengan metanol atau etanol dengan bantuan katalis basa menjadi senyawa alkil ester dan air. Biodiesel dapat dibuat dari bahan baku berbagai jenis minyak dan lemak. Salah satunya yaitu minyak jelantah yang merupakan sisa dari minyak goreng atau minyak sisa dari proses penggorengan makanan.

Biodiesel digunakan sebagai bahan bakar motor diesel yang biasanya menggunakan bahan bakar solar sebagai sumber daya utamanya, seperti

digunakan untuk mesin genset, mesin-mesin pabrik yang menggunakan motor diesel. Biodiesel dapat menggantikan minyak solar maupun sebagai campuran minyak solar tanpa modifikasi mesin. Biodiesel sebagai bahan campuran solar memiliki beberapa keuntungan diantaranya yaitu mempunyai kadar belerang yang jauh lebih kecil dibandingkan bahan bakar lain yaitu kurang dari 15 ppm yang artinya hanya mengeluarkan sedikit emisi buang dan juga biodiesel dapat meningkatkan daya pelumasan yang membuat mesin menjadi lebih awet dan juga bersih.

Biodiesel memiliki viskositas yang lebih tinggi dibandingkan dengan viskositas solar, sehingga biodiesel memiliki daya pelumas yang sangat baik dari pada bahan bakar solar, karena mampu melumasi mesin dan sistem bahan bakar yang lebih baik maka dapat menurunkan keausan piston dan membuat mesin lebih awet. 1.1 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : Membuat biodiesel dari

awal sampai akhir. Merancang alat yang

digunakan dalam proses pembuatan biodiesel.

Menganalisis pengaruh biodiesel terhadap performa motor diesel tipe S-1110.

II. LANDASAN TEORI 2.1 Bahan Bakar Minyak

Bahan bakar fosil atau bahan bakar mineral, adalah sumber daya alam yang mengandung hidrokarbon seperti batu bara, petroleum, dan gas alam. Bahan bakar fosil tidak dianggap sebagai sumber energi terbarukan, tapi sering dibandingkan dan dikontraskan dengan energi terbarukan dalam konteks pengembangan energi masa depan.

Pembakaran bahan bakar fosil oleh manusia merupakan sumber utama dari karbon dioksida yang merupakan salah satu gas rumah kaca yang dipercayai menyebabkan pemanasan global. Sejumlah kecil bahan bakar hidrokarbon adalah bahan bakar bio yang diperoleh dari karbon dioksida di atmosfer dan oleh karena itu tidak menambah karbon dioksida di udara.

Cadangan minyak bumi yang berasal dari fosil ini terus menurun, sehingga perlu dicari bahan bakar alternatif dari bahan bakar lain yang memiliki sifat dapat diperbaharui ( renewable) dan ramah lingkungan. Salah satu energi terbarukan adalah bahan bakar bio cair, bahan bakar bio cair biasanya adalah bioalkohol seperti metanol, etanol dan biodiesel. Salah satunya adalah biodiesel untuk menggantikan minyak solar. Biodiesel dapat digunakan pada kendaraan diesel modern dengan sedikit atau tanpa modifikasi dan dapat diperoleh dari limbah minyak sayur dan minyak hewani serta lemak. Di beberapa daerah, jagung, tebu dan rumput yang tumbuh secara khusus untuk menghasilkan etanol (juga dikenal sebagai alkohol) suatu cairan yang dapat digunakan pada motor pembakaran dalam dan bahan bakar minyak.

2.2 Biodiesel

Biodiesel merupakan salah satu bahan bakar yang dapat diperbaharui yang terbuat dari minyak tubuh-tumbuhan (nabati) atau lemak hewan. Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran monoalkil ester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar dari motor diesel. Bahan bakar biodiesel mempunyai potensi besar untuk diaplikasikan sebagai bahan

bakar pengganti solar dan flash point dari biodiesel lebih rendah dari pada solar. Biodiesel dapat dicampur dengan minyak solar ataupun dengan minyak diesel. Biodiesel dapat disintetis dari minyak jelantah kelapa sawit melalui dua tahapan reaksi yaitu reaksi esterifikasi dan transesterifikasi.

Biodiesel diproses berdasarkan reaksi kimia yang disebut dengan transesterifikasi untuk mengubah minyak dasar menjadi ester yang diinginkan dan membuang asam lemak bebas. Katalis yang digunakan dalam pembuatan biodiesel adalah katalis basa, baik Kalium Hidroksida atau Natrium Hidroksida.

2.2.1 Tanaman Kelapa

Tanaman kelapa tumbuh didaerah tropis dan dapat dijumpai di dataran rendah atau dataran tinggi. Daging buahnya tebal dan keras dengan kadar minyak yang tingi. Daging buahnya dapat dijadikan minyak goreng dan minyak kelapa murni, daging buah dapat pula diproses menjadi kopra. Kopra bila diproses lebih lanjut dapat menghasilkan minyak goreng atau bila diproses lebih lanjut sebagai bahan baku produk oleokimia seperti asam lemak (fatty acid), fatty alcohol dan gliserin. Minyak goreng dengan proses transesterfikasi dapat juga diproses menjadi minyak biodiesel [1].

2.2.2 Kelapa Sawit

Kelapa sawit (elaeis) termasuk golongan tumbuhan palma. Minyak sawit digunakan sebagai bahan minyak goreng. Limbah dari proses pembuatan minyak goreng juga dapat dimanfaatkan sebagai biosolar seperti dikenal sebagai minyak sawit kasar kualitas jelek (CPO off grade), minyak sisa proses yang

terbawa air (CPO fond) dan palm stearin. Manfaat minyak sawit tahan oksidasi dengan tekanan tinggi, maupun melarutkan bahan kimia yang tidak larut oleh bahan pelarut lainnya.

2.2.3 Minyak Jelantah

Minyak jelantah (waste cooking oil) adalah minyak limbah yang bisa berasal dari jenis-jenis minyak goreng seperti halnya minyak kelapa, minyak kelapa sawit dan sebagainya, minyak ini merupakan minyak bekas pemakaian kebutuhan rumah tangga umumnya, bila ditinjau dari komposisi kimianya, minyak jelantah mengandung senyawa-senyawa yang bersifat karsinogenik, yang terjadi selama proses penggorengan. Jadi jelas bahwa pemakaian minyak jelantah yang berkelanjutan dapat merusak kesehatan manusia, menimbulkan penyakit kanker, dan akibat selanjutnya dapat mengurangi kecerdasan generasi berikutnya. Untuk itu perlu penanganan yang tepat agar limbah minyak jelantah ini dapat bermanfaat dan tidak menimbulkan kerugian dari aspek kesehatan manusia dan lingkungan [11].

2.3 Proses Minyak Kasar Menjadi Biodiesel

Minyak yang berasal dari tumbuhan dan hewani disebut minyak/ lemak (fatty oil). Minyak atau lemak adalah trigliserida yang terbentuk dari terikatnya 3 gugus asam lemak (fatty acid) oleh senyawa gliserol. Minyak/ lemak mentah secara alami selalu mengandung asam-asam lemak bebas (free fatty acids atau FFA). FFA adalah asam lemak yang terpisah dari trigliserida dan meninggalkan digliserida, monogliserida dan gliserin bebas. Terpisahnya FFA dari trigliserida

disebabkan oleh panas, air, oksidasi atau dengan enzim lipase [1].

Untuk memproses minyak kasar menjadi biodiesel sangat tergantung pada kadar FFA. Makin tinggi kadar FFA-nya, makin tinggi biaya untuk memproses menjadi biodiesel. Oleh karena itu orang harus berusaha agar minyak yang diproses mempunyai kandungan FFA serendah mungkin. Minyak sawit jika diproses dengan baik, akan menghasilkan FFA yang rendah, tetapi jika terlambat memprosesnya dari tandan buah segar menjadi minyak kasar, akan berakibat meningkatnya asam lemak bebas.

2.3.1 Proses Esterifikasi Asam-Basa

Esterifikasi adalah mengkonversi non ester menjadi ester. FFA adalah non ester dirubah menjadi ester dengan proses esterifikasi asam pada tahap awal dan dilanjutkan tahap kedua yaitu esterifikasi basa. Dalam proses ini, FFA harus dikeluarkan dari proses, sebab bila tidak, akan membuat kualitas biodiesel akan menjadi rendah dan tidak sesuai dengan standar. Katalis-katalis yang pada umumnya dipakai adalah yang berkarakter asam kuat seperti asam sulfat.

2.3.2 Proses Transesterifikasi

Proses transesterifikasi adalah proses konversi dari trigliserida (minyak nabati) menjadi alkali ester dan gliserol dengan proses alkoholisis yaitu penggantian alkohol lain dalam sebuah proses yang hampir sama dengan hidrolisis. Alkohol menggantikan air dalam hidrolisis. Diantara alkohol-alkohol yang biasa digunakan adalah metanol, karena harganya yang murah dan reaktifitasnya paling tinggi, jika metanol digunakan dalam proses maka

dinamakan metanolisis [8]. Dalam proses transesterfikasi ini juga membutuhkan katalis yang pada umumnya bersifat basa, karena reaksi ini dapat mempercepat reaksi.

2.3.3 Hal-hal Yang Mempengaruhi Reaksi Transesterfikasi

Pada dasarnya dalam tahap transesterfikasi pembuatan biodiesel agar selalu menghasilkan jumlah produk yang maksimal, beberapa faktor-faktor yang dapat mempengaruhi konversi serta perolehan biodiesel dalam proses transesterfikasi adalah sebagai berikut [2] :

1. Pengaruh Air dan Asam Lemak Bebas

2. Pengaruh Alkohol 3. Pengaruh Katalis 4. Pengaruh Temperatur

2.4 Bahan-Bahan Katalis Dan Pelarut

2.4.1 Katalis Biodiesel

Bahan katalis NaOH dan KOH. Kedua bahan ini berbahaya, jangan sampai terkena kulit, mata atau terhirup gas yang ditimbulkannya. Penggunaan NaOH lebih mudah dibanding dengan KOH. KOH tidak sekuat NaOH sehingga pemakaiannya harus ditambah menjadi 1,4 kali NaOH. Natrium Hidroksida (NaOH), juga disebut Caustic Soda dan kadang-kadang alkali. Kalium Hidroksida (KOH) ini, juga disebut Potash caustic.

2.4.2 Metanol

Metanol, juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus, adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CH3OH. Ia merupakan bentuk alkohol paling sederhana. Pada "keadaan atmosfer" berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak

berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan daripada etanol). Ia digunakan sebagai bahan pendingin anti beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan additif bagi etanol industri. Metanol diproduksi secara alami oleh metabolisme anaerobik oleh bakteri. Hasil proses tersebut adalah uap metanol (dalam jumlah kecil) di udara. Setelah beberapa hari, uap metanol tersebut akan teroksidasi oleh oksigen dengan bantuan sinar matahari menjadi karbon dioksida dan air [23].

2.5 Bahan Bakar Diesel

Bahan bakar diesel yang sering disebut solar (light oil) merupakan suatu campuran hidrokarbon yang diperoleh dari penyulingan minyak mentah pada temperatur 2000C- 3400C. Minyak solar yang sering digunakan adalah hidrokarbon rantai rumus (C16H34) dan alpha- methilnapthalene [2]. Sifat-sifat bahan bakar diesel yang mempengaruhi prestasi dari motor diesel antara lain: penguapan (volality), residu karbon, viskositas, belerang, abu dan endapan, titik nyala, titik tuang, sifat korosi, mutu nyala dan cetane number [2].

2.6 Motor Diesel

Motor pembakaran ( motor bakar ) adalah mesin panas yang dioperasikan langsung oleh gas pembakaran. Motor diesel adalah jenis khusus dari motor pembakaran dalam, sesuai dengan namanya, motor pembakaran dalam adalah mesin panas yang didalamnya, energi kimia dari pembakaran dilepaskan didalam silinder mesin [3]. Motor diesel adalah mesin dengan pengapian kompresi (compression ignition engine) dimana proses pembakaran pada motor diesel adalah dengan menaikkan temperatur

akhir kompresi diatas temperatur pembakaran dari bahan bakar sehingga bahan bakar dapat menyala dengan spontan tanpa adanya sumber pengapian dari luar. Mesin yang dibuat dengan prinsip inilah yang disebut mesin dengan pengapian kompresi yang secara ideal adalah siklus diesel [6]. Perbandingan kompresi 12:1 - 24:1 temperatur udaranya dapat mencapai 450°C - 550°C dan tekanannya 30-40 kgf/cm². Bahan bakar diinjeksikan dengan tekanan tinggi (110-200 kgf/cm²) dengan menggunakan pompa bahan bakar [5].

2.6.1 Karakteristik Motor Diesel

Karakteristik yang utama dari motor diesel yang membedakannya dari motor bakar yang lain adalah metode penyalaan bahan bakar. Dalam motor diesel bahan bakar diinjeksikan kedalam silinder, yang berisi udara bertekanan tinggi. Selama kompresi udara dalam silinder mesin maka suhu udara meningkat, sehingga ketika bahan bakar dalam bentuk kabut halus bersinggungan dengan udara panas ini, akan menyala dan tidak dibutuhkan alat penyalaan lain dari luar. Karena alasan ini, motor diesel juga disebut mesin penyalaan kompresi [3].

Karakteristik motor diesel lain yang penting adalah bahwa mesinnya menghasilkan puntiran yang kurang lebih tidak tergantung pada kecepatan, karena banyaknya udara yang diambil kedalam silinder dalam tiap langkah hisap dari torak hanya sedikit dipengaruhi oleh kecepatan mesin. Banyaknya bahan bakar yang dapat dibakar di dalam silinder dengan tiap langkah hisap dan usaha berguna yang ditimbulkan oleh aksi torak dengan demikian hampir konstan [3].

2.6.2 Cara Kerja Motor Diesel 4 Langkah

Gambar 2.1 Cara Kerja Motor Diesel 4 Langkah [2].

Urutan siklus kerja motor diesel 4 langkah seperti gambar diatas adalah sebagai berikut [2]:

1. Langkah Hisap

Piston (torak) bergerak dari TMA ke TMB, katup masuk membuka dan katup buang menutup. Udara murni terhisap masuk kedalam silinder diakibatkan oleh dua hal. Pertama, karena kevakuman ruang silinder akibat semakin memperbesar volume karena gerakan torak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB), dan kedua, karena katup masuk atau katup hisap yang terbuka.

2. Langkah Kompresi

Poros engkol berputar, kedua katup tertutup rapat. Piston (torak) bergerak dari TMB ke TMA. Udara murni yang terhisap kedalam silinder saat langkah hisap, dikompresi hingga tekanan dan suhunya naik mencapai 35 atm dengan temperatur 5000- 8000C (pada perbandingan kompresi 20 : 1).

3. Langkah Usaha (pembakaran)

Poros engkol terus berputar, beberapa derajat torak mencapai TMA, injektor (penyemprot bahan bakar) menginjeksikan bahan bakar ke ruang

bakar (diatas torak/ piston). Bahan bakar yang diinjeksikan bertekanan tinggi (150-300 atm) akan membentuk partikel-partikel kecil (kabut) yang akan menguap dan terbakar dengan cepat karena adanaya temperatur ruang bakar yang tinggi (500- 8000 C). Pembakaran maksimal tidak terjadi langsung saat bahan bakar diinjeksikan, tetapi mengalami keterlambatan pembakaran (ignition delay). Dengan demikian meskipun saat injeksi terjadi sebelum TMA tetapi tekanan maksimum pembakaran tetap terjadi setelah TMA akibat adanya keterlambatan pembakaran (igniton delay). Proses pembakaran ini akan menghasilkan tekanan balik kepada piston (torak) sehingga piston akan terdorong ke bawah beberapa saat setelah mencapai TMA sehingga bergerak dari TMA ke TMB. Gaya akibat tekanan pembakaran yang mendorong piston kebawah diteruskan oleh batang piston (torak) untuk memutar poros engkol. Poros engkol inilah yang berfungsi sebagai pengubah gerak naik turun torak menjadi gerak putar yang menghasilkan tenaga putar pada motor diesel.

4. Langkah Pembuangan

Katup buang terbuka dan piston bergerak dari TMB ke TMA. Karena adanya gaya kelembaman yang dimiliki oleh roda gaya (fly wheel) yang seporos dengan poros engkol, maka saat langkah usaha berakhir, poros engkol tetap berputar. Hal tersebut menyebabkan torak bergerak dari TMB ke TMA. Karena katup buang terbuka, maka gas sisa pembakaran terdorong keluar oleh gerakan torak dari TMB ke TMA. Setelah langkah ini berakhir, langkah kerja motor diesel 4 langkah (4 tak) akan kembali lagi kelangkah hisap. Proses yang berulang- ulang tersebut diatas disebut dengan siklus diesel [2].

2.6.3 Sistem Bahan Bakar

Secara sederhana sistem bahan bakar pada motor diesel berfungsi untuk menyalurkan bahan bakar ke ruang bakar dengan takaran yang sesuai dengan kerja motor diesel tersebut. Komponen utama dari sistem bahan bakar motor diesel 4 langkah, meliputi : tangki bahan bakar, keran bahan bakar, saringan bahan bakar, pompa injeksi bahan bakar, pipa penyalur dan pipa tekanan tinggi, serta injektor (katup injeksi bahan bakar).

Gambar 2.2 Skema Sistem Bahan Bakar [2].

2.6.4 Prestasi Motor Diesel

Pemahaman tentang apa yang terjadi didalam silinder motor diesel, terutama sehubungan dengan pembakaran, dapat sangat dibantu dengan penyajian secara grafis yang disebut diagram tekanan – volum atau diagram p-V. Dalam diagram tersebut ordinatnya atau jarak vertikalnya menunjukkan tekanan gas dan absisnya atau jarak horisontalnya menunjukkkan volum bersangkutan yang ditempati oleh gas, yaitu volum antara kepala silinder dan torak pada saat itu. Proses kerja siklus diesel itu sendiri dapat digambarkan ataupun dijelaskan dengan diagram siklus p- V (diagram tekanan- volum). Siklus diesel adalah siklus teoritis untuk compression ignition engines atau motor diesel, pada motor diesel penambahan panas terjadi pada

tekanan tetap, siklus diesel kadang disebut siklus tekanan tetap [5]. Diagram p-V (siklus ideal) sebagai berikut :

Gambar 2.3 Diagram p – v dan T – s

siklus diesel [4]. keterangan :

1-2 : langkah kompresi isentropis (keadaan entropi tetap ) secara adiabatis.

2-3 : injeksi bahan bakar (pembakaran) pada isobaris ( keadaan tekanan konstan atau tetap). 3-4 : ekspansi isentropis secara adiabatis.

4-1: pembakaran kalor isochoric, pelepasan kalor (gas buang ke udara luar).

Siklus diesel terdiri dari 2 proses adiabatis, satu proses isochoris, dan satu proses isobaris [6]. Siklus tersebut diatas merupakan siklus ideal yang terjadi pada motor diesel, tanpa memperhatikan adanya kerugian-kerugian kerja dalam suatu sistem, sedangkan pada kerja actual suatu sistem tentu saja terdapat beberapa kerugian yang mengakibatkan kerja siklus tersebut tentu berubah. Kerugian utama adalah karena pembakaran tidak sempurna dan penyebab utama perbedaan antara siklus teoritis dan siklus aktual motor diesel. Dalam siklus teoritis, pembakaran diharapkan selesai pada akhir pembakaran tekanan tetap,

tetapi aktualnya after burning berlanjut sampai setengah langkah ekspansi[5]. Berikut ini diagram P-V actual dari siklus diesel sederhana :

Gambar 2.4 Diagram P-V actual [4].

Pada siklus diesel sederhana pembakaran murni memanfaatkan kompresi udara untuk terjadinya pembakaran, tidak membutuhkan igniter (busi penyala), karena sifat bahan bakarnya yang dapat terbakar pada tekanan yang mencukupi. Konsep pembakaran pada motor diesel adalah memalui proses penyalaan kompresi udara pada tekanan tinggi. Pembakaran itu dapat terjadi karena udara dikompresi pada ruang dnegan perbandingan kompresi jauh lebih besar daripada motor bensin (7-10), yaitu antara (14-22). Akibatnya udara akan mempunyai tekanan dan temperatur melebihi suhu dan tekanan penyalaan bahan bakar [5].

2.6.5 Konsumsi bahan bakar spesifik atau spesific fuel consumption (sfc)

Konsumsi bahan bakar spesifik atau spesific fuel consumption (sfc) adalah parameter unjuk kerja mesin yang berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin, karena dengan mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan

sejumlah daya dalam selang waktu tertentu [9].

Laju aliran bahan bakar dihitung

menggunakan rumus berikut :

mf =ρf . Vf. 10 ̄³

tfx 3600

Persamaan (2.1)

Untuk menghitung konsumsi bahan bakar secara spesifik atau specific fuel consumption (sfc), maka didapatkan rumus sebagai berikut :

sfc =mf x 10³

PB

Persamaan (2.2)

Dimana : mf : Laju Aliran Bahan Bakar (kg/h). ρf : Density atau massa jenis bahan bakar (kg/l). Vf : Volume bahan bakar yang diuji (ml). tf : Waktu untuk menghabiskan

bahan bakar sebanyak volum yang diuji (s).

sfc : Specific fuel consumption atau konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kW.h).

PB : Daya keluaran (Watt) . III. PROSES PEMBUATAN

BIODIESEL 3.1 Prosedur Penelitian

Dalam pelaksanaan suatu kegiatan penelitian biasanya, biasanya selalu diawali dengan penetapan langkah- langkah penelitian, maka dalam bab ini akan dijelaskan mengenai metode penelitian dari awal hingga akhir penelitian.

Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Biodiesel

3.2 Komponen Alat Pembuatan Biodiesel Komponen-komponen yang digunakan pada alat pembuatan biodiesel :

1. Wadah plastik 2. Kompor listrik/ electric stove 3. Panci Alumunium 4. Mixer 5. Selang 6. Besi siku 7. Katup/ keran 8. Pemanas listrik/ heater electric 9. Termometer digital 10. Aquator 11. Gelas ukur

3.2 Analisa Perancangan Alat Pembuatan Biodiesel Pembuatan alat ini dilakukan

untuk membuat biodiesel dengan

kapasitas 2,5 liter, rangka yang dibuat ini menggunakan besi siku dan alas terbuat dari papan. Untuk tangki reaksi menggunakan wadah plastik berkapasitas 5 liter dan tahan hingga suhu 100 0C. Untuk memindahkan fluidanya menggunakan keran yang terhubung dengan selang. Untuk proses mixing, pengadukan dan pencampuran antara minyak jelantah dan metoksid menggunakan mixer, lalu agar suhunya terjaga, diwadah plastik pada proses mixing diberikan heater electric. Setelah proses mixing selesai, dilanjut dengan proses settling yaitu minyak jelantah dan larutan metoksid diendapkan pada wadah plastik agar terjadi proses transesterifikasi. Setelah proses settling selesai dilakuakan proses pencucian (washing) yang dilakukan diwadah plastik dengan campuran air. Setelah proses washing selesai dilanjut proses drying dengan menggunakan panci alumunium yang dipanaskan diatas kompor listrik hingga menjadi biodiesel. Untuk mengetahui suhu atau temperatur pada waktu proses pembuatan menggunakan termometer digital.

Gambar 3.2 Rancangan Alat

Pembuatan Biodiesel.

3.4 Bahan Pembuatan Biodiesel Dalam pembuatan biodiesel diperlukan bahan baku, bahan- bahan tersebut antara lain :

1. Minyak jelantah sebanyak 2500 ml atau 2,5 liter, minyak ini didapat dari hasil penggorengan atau minyak bekas menggoreng.

2. Metanol dengan kemurnian 98 %, bahan kimia ini dapat diperoleh ditoko bahan kimia, diusahakan metanol yang dipakai memiliki kemurnian diatas 97 %, sifat metanol sendiri mudah terbakar dan mudah menguap. Metanol yang digunakan sekitar 50 % dari jumlah minyak yang digunakan atau sekitar 1250 ml.

3. Katalis NaOH (natrium hidroksida) atau biasa disebut soda api, NaOH sendiri berbentuk kristal putih dan sifatnya mudah menyerap air dan berbahaya jika terkena kulit. Katalis NaOH yang digunakan sekitar 0,35 % dari jumlah minyak jelantah, yaitu sekitar 3,5 gr per liter minyak, yaitu sebanyak 8,75 gr yang digunakan.

3.5 Tahap- Tahap Pembuatan Biodiesel

Dalam pembuatan biodiesel ada beberapa tahap- tahap yang harus dilakukan, antara lain : 3.5.1 Pembersihan Minyak Jelantah Dan Pemanasan Minyak Jelantah.

Pembersihan minyak jelantah dilakukan dengan cara disaring untuk menghilangkan deposit atau endapan dari minyak jelantah yang menyebabkan minyak jelantah menjadi lebih pekat/ kental dan juga menghilangkan kotoran dari sisa penggorengan. Setelah

dibersihkan dari endapan dan kotoran, minyak jelantah dipanaskan hingga suhu 55 0C agar tidak terlalu kental dan mudah bercampur dengan metoksid pada proses mixing.

Gambar 3.3 Minyak jelantah

yang dipanaskan.

3.5.2 Pembuatan Larutan Metoksid

Pembuatan larutan metoksid ini dibuat dari campuran antara metanol sekitar 50 % dari berat minyak dan katalis NaOH yang telah dipersiapkan dan dilakukan didalam wadah plastik (tangki) yang tertutup rapat dari udara luar, hal ini dimaksudkan untuk mempercepat proses melarutnya katalis kedalam metanol juga dibantu dengan pengadukan dengan mixer sampai katalis sempurna terlarut dan homogen. Campuran tersebut disebut sodium metoksida yang akan digunakan pada proses berikutnya. Jumlah katalis yang digunakan 0,35 % dari jumlah minyak jelantah yang digunakan.

Gambar 3.4 Larutan Metoksid.

3.5.3 Proses Mixing Dan Transesterifikasi Proses transesterifikasi yaitu minyak yang akan diproses dipanaskan sampai 55 0C agar tidak terlalu kental dan mudah bercampur dengan larutan

metoksid proses pemanasannya menggunakan pemanas listrik didalam wadah plastik (tangki). Disaat bersamaan dituang pula larutan metoksid yang telah dibuat sebelumnya, kemudian minyak jelantah yang dipanaskan tersebut dicampur dengan larutan metoksid lalu dimulai pengadukan menggunakan mixer. Selama proses mixing berlangsung, temperatur harus dijaga konstan sekitar 60 0C- 75 0C, agar metanol menguap caranya dengan mengaktifkan heater elektrik pada wadah plastik (tangki), proses mixing berlangsung sekitar 1 jam agar terjadi reaksi transesterifikasi. Setelah itu diamkan selama 1 jam, agar tampak terjadi reaksi pemisahan antara gliserin dan biodiesel.

Gambar 3.5 Proses Mixing.

Gambar 3.6 Proses transesterifikasi.

3.5.4 Proses Settling (Proses Pemisahan) Settling adalah proses pemisahan antara gliserin dan biodiesel dengan cara didiamkan dalam tabung pengendapan selama 8 jam hingga 12 jam. Gliserin akan mengendap sedangkan minyak biodiesel berada diatasnya. Gliserin akan berwarna lebih gelap dibanding biodiesel. Pemisahan antara gliserin dan biodiesel terjadi secara otomatis karena perbedaan density diantara keduanya. Lakukan

pemisahan dengan hati- hati, sebab bila tidak hasil samping tersebut akan tercampur kembali sehingga perlu didiamkan kembali beberapa jam lagi.

Gambar 3.7 Proses Settling.

3.5.5 Proses Washing (Proses Pencucian) Biodiesel yang diperoleh dari tangki pengendapan (settling tank) atau wadah plastik kemudian dimasukkan kedalam wadah plastik yang lain dan terpisah dari gliserin. Washing adalah proses pencucian yang diperlukan untuk menghilangkan dan membersihkan sisa- sisa katalis yang masih ada. Cara pencucian yang dilakukan menggunakan dua proses yaitu pencucian dengan gelembung udara dan dikombinasikan proses pencucian dengan pengadukan. Cara pencucian menggunakan air sebanyak 10%- 90%, penambahan air dilakukan secara bertahap dan dilakuakan dengan hati- hati, air akan turun kedasar wadah plastik dan dilanjutkan dengan proses pencucian. Proses washing dilakukan sampai 5 kali atau bahkan boleh lebih tergantung hasil biodiesel yang telah mengalami pencucian.

Gambar 3.8 Proses Washing

(pencucian) dan pemisahan air dan biodiesel.

3.5.6 Proses pengeringan (Drying) Drying adalah proses pengeringan dari sisa-sisa air pencucian dan metanol yang dihilangkan dengan cara pemanasan sehingga menguap, suhu pemanasan hingga 105 0C sampai benar- benar bersih dari sisa- sisa air dan sisa metanol dari proses pencucian. Biodiesel yang masih baru, biasanya berwarna agak berkabut dan berubah menjadi lebih terang setelah beberapa waktu didiamkan, namun jika didiamkan cukup lama akan menyerap air. Untuk proses pengeringan, minyak biodiesel hasil pencucian (washing) diambil dan kemudian dituang kedalam panci alumunium lalu kemudian dikeringan dengan cara dipanaskan sampai suhu 105 0C diatas kompor listrik, sampai benar-benar bersih dari campuran air dan metanol, suhu minyak terus dipantau sampai temperatur tersebut dengan menggunakan termometer. Selesai proses drying ini maka didapatkan hasil biodiesel murni.

Gambar 3.9 Proses Drying

(Pengeringan).

Gambar 3.10 Biodiesel.

3.6 Penggunaaan Biodiesel Pada Motor Diesel

Biodiesel yang telah dibuat kemudian diaplikasikan ke motor diesel. Sebelum diaplikasikan, biodiesel dicampur atau di mixing dengan solar dengan perbandingan 20 % bahan bakar biodiesel dan 80 % bahan bakar solar. Perbandingan ini diberi kode Mixing (M20). Motor diesel yang digunakan dalam pengujian ini adalah motor diesel tipe S-1110 empat langkah, satu silinder.

Gambar 3.11 Motor Diesel Tipe

S-1110.

IV. PEMBAHASAN DAN PENGUJIAN 4.1 Data Proses Pembuatan Biodiesel

Data proses pembuatan biodiesel

dengan komposisi berikut ini : 1. Kapasitas minyak jelantah

2,5 liter atau 2500 ml 2. Katalis NaOH sebanyak

0,35% per 1000 ml jumlah minyak sebanyak 3,5 gram maka jumlah katalis untuk 2500 ml minyak jelantah adalah 0,35% x 2500 ml = 8,75 gram NaOH

3. Metanol sebanyak 50% per 1000 ml jumlah minyak sebanyak 500ml maka di dapat jumlah metanol per 2500 ml sebanyak 50% x 2500 = 1250 ml.

4.2 Flowchart Pengujian Biodiesel M20 Dengan Solar

Gambar 4.1 Flowchart Pengujian

Biodiesel M20 Dengan Solar.

4.3 Data Hasil Pengujian 4.3.1 Data Spesifikasi Biodiesel Data spesifikasi biodioesel ini didapatkan dari hasil pengujian biodiesel berbahan dasar minyak jelantah dengan katalis NaOH 0,35 % di BPPT.

Tabel 4.1 Data Spesifikasi Biodiesel

Berdasarkan Analisa Dari Laboratorium BPPT [7].

Tabel 4.2 Spesifikasi minyak solar sesuai Surat Keputusan Dirjen Migas

3675 K/24/DJM/2006 tanggal 17 Maret 2006 [17].

4.4 Spesifikasi Motor Diesel Pengujian dilakukan pada motor diesel dengan data spesifikasi sebagai berikut:

• Tipe S-1110, Empat Langkah, satu silinder, mendatar, direct injection.

• Diameter Silinder 110 mm. • Langkah Piston 115 mm. • Rasio Kompresi 17 : 1. • Daya Yang Dihasilkan 13,23

kW/ 2200 rpm. 4.5 Data Konsumsi Bahan Bakar

Berikut adalah perbandingan konsumsi bahan bakar antara solar dan biodiesel M20 yang didapatkan berdasarkan pengujian pada motor diesel tipe S-1110 dengan setiap putaran mesin (rpm) yang bervariasi namun konstan. Waktu yang dibutuhkan pada setiap rpm adalah 5 menit.

Tabel 4.3 Konsumsi Bahan Bakar Solar Dan Biodiesel

M20 Terhadap Putaran Mesin (rpm).

Persentase Penghematan Pemakaian Biodiesel M20 pada rpm 1200

Gambar 4.2 Grafik hubungan

perbandingan konsumsi bahan bakar solar dan biodiesel M20 terhadap

putaran mesin (rpm).

Perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik untuk bahan bakar jenis solar pada pengujian dengan motor diesel tipe S-1110 dihitung dari persamaan (2.1) dan (2.2), maka: Diketahui : ρf solar = 0,870 kg/l ( Dari tabel 4.2 asumsi daerah tropis) Vf solar = 45 ml tf = 5 menit = 5x 60 = 300 s PB = 13,23 kW Ditanyakan : sfc Solar...................? Jawab : Laju aliran bahan bakar solar (mf solar ) Dari Persamaan (2.1)

mf solar =ρf solar . Vf solar . 10 ̄³

tfx 3600

mf solar =0,870 kg

l . 45 ml. 10 ̄³300 s

x 3600

mf solar =0,870 kg

l . 0,045 l300 s

x 3600 mf solar = 0,4698 kg/h Jadi, laju aliran bahan bakar solar adalah 0,4698 kg/h. Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc solar) Dari Persamaan (2.2)

sfc solar =mf solar x 10³

PB

sfc solar= 0.4698 kg /h x 10³13230 Watt

sfc solar = 0,0355 kg/kW.h Jadi, nilai sfc dengan menggunakan bahan bakar solar adalah 0,0355 kg/kW.h.

Perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik untuk bahan bakar jenis biodiesel M20 pada pengujian dengan motor diesel tipe S-1110 dihitung dari persamaan (2.1) dan (2.2) : Diketahui : ρf biodiesel M20 = 0,863 kg/l ( Dari tabel 4.1) Vf biodiesel M20 = 25 ml tf = 5 menit = 5x 60= 300 s PB = 13,23 kW Ditanyakan : sfc Biodiesel M20...................? Jawab : Laju aliran bahan bakar biodiesel M20 (mf biodiesel M20) Dari Persamaan (2.1)

mf biodiesel M20

=ρf biodiesel . Vf biodi esel . 10 ̄³

tfx 3600

mf biodiesel M20

=0,863 kg

l . 25 ml. 10 ̄³300 s

x 3600 mf biodiesel M20

=0,863 kg

l . 0,025 l300 s

x 3600

mf biodiesel M20 = 0,2589 kg/h. Jadi, laju alliran bahan bakar biodiesel M20 adalah 0,2589 kg/h. Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc biodiesel M20) Dari Persamaan (2.2)

sfc biodiesel M20 =mf biodiesel x 10³

PB

sfc biodiesel M20 = 0,2589 kg /h x 10³

13230 Watt

sfc biodiesel M20 = 0,0195 kg/kW.h. Jadi, nilai sfc dengan menggunakan bahan bakar biodiesel M20 adalah 0,0195 kg/kW.h.

Berikut adalah tabel hasil perhitungan dari pengujian berdasarkan perbandingan konsumsi bahan bakar biodiesel M20 dengan solar, serta perbandingan konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) antara biodiesel M20 dengan solar dengan menggunakan motor diesel tipe S-1110.

Tabel 4.4 Perbandingan Konsumsi Bahan Bakar dan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc) antara Biodiesel

M20 Dengan Solar.

Persentase Penghematan sfc Biodiesel M20 pada rpm 1200

=sfc solar − sfc biodiesel M20

sfc solar x 100%

=0,0355 kg

kW . h − 0,0195 kgkW . h

0,0355 kgkW . h

x 100%

=0,016 kg

kW . h

0,0355 kgkW . h

x 100%

= 45,07 % Jadi, persentase penghematan sfc biodiesel M20 sebesar 45,07 %.

Jadi, persentase penghematan rata-rata sfc biodiesel sebesar 21,88%

Gambar 4.3 Grafik hubungan perbandingan konsumsi bahan bakar

spesifik antara solar dan biodiesel terhadap putaran mesin (rpm).

V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan

Berdasarkan dari hasil pengamatan dan pengujian yang telah dilakukan pada proses pembuatan biodiesel, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Biodiesel yang telah dibuat

sebelum diaplikasikan ke motor

diesel, biodiesel dicampur atau dimixing dengan solar dengan perbandingan 20% biodiesel dan 80% solar, perbandingan ini diberi kode mixing (M20), motor diesel yang digunakan dalam pengujian untuk diaplikasi adalah motor diesel tipe S-1110.

2. Berdasarkan pengujian dan pengamatan pada motor diesel tipe S-1110, menurut hasil perbandingan konsumsi bahan bakar solar dan biodiesel M20 didapatkan bahwa dengan menggunakan biodiesel M20 terbukti bahwa lebih hemat bahan bakar daripada menggunakan solar mulai dari rpm terendah (1200 rpm) sampai rpm tertinggi (2200 rpm) dengan persentase penghematan rata-rata biodiesel M20 sebesar 21,26 %.

3. Berdasarkan perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) didapatkan hasil bahwa konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) biodiesel M20 lebih hemat daripada solar dengan persentase penghematan rata-rata sfc biodiesel M20 sebesar 21,88 % dari rpm terendah (1200 rpm) sampai rpm tertinggi (2200 rpm) .

4. Bahan baku pembuatan biodiesel yaitu minyak jelantah atau minyak goreng bekas mudah didapat dan harganya terjangkau karena merupakan minyak kelapa sawit bekas penggorengan.

5. Biodiesel sebagai bahan campuran solar memiliki keuntungan yaitu memiliki kadar belerang yang lebih kecil daripada bahan bakar lain sehingga sedikit emisi gas buang dan rendah polusi.

6. Biodiesel mempunyai viskositas yang lebih tinggi dari solar sehingga memiliki daya pelumasan yang lebih baik dari solar.

7. Biodiesel mudah digunakan dalam motor diesel konvensional tanpa perubahan peralatan baru yang signifikan.

8. Biodiesel merupakan salah satu sumber energi alternatif bahan bakar yang dapat diperbaharui karena berasal dari minyak tumbuh-tumbuhan.

5.2 Saran Pada saat reaksi transesterifikasi terjadi pemisahan gliserin dan biodiesel, kemudian pada proses settling terdapat endapan yang berupa gliserin yang berbentuk menyerupai gel. Gliserin ini adalah produk sampingan dari proses pembuatan biodiesel. Untuk penelitian selanjutnya disarankan agar gliserin dapat dimanfaatkan, agar proses pengolahan biodiesel limbahnya dapat digunakan dan menghasilkan produk lain.

DAFTAR PUSTAKA

1. Amin S, Cara Memproduksi Biodiesel dari Berbagai Bahan Baku Nabati, Penerbit BPPT (Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi), BPPT Press, Jakarta, 2007.

2. Murni, Kaji Eksperimental Pengaruh Temperatur Biodiesel Minyak Sawit Terhadap Performansi Mesin Direct Injection Putaran Konstan, Universitas Diponegoro, Semarang, 2010.

3. L. V Maleev, Priambodo B, Operasi Dan Pemeliharaan Mesin Diesel (Konstruksi, Operasi, Pemeliharaan dan Perbaikan Mesin Diesel),

Penerbit Erlangga, Jakarta, 1991.

4. J. Michael M, N. Howard S, Fundamentals Of Engineering Thermodynamics, Fifth Edition, John Wiley & Sons Inc, England, 2006.

5. Pudjanarsa A, Nursuhud D, Mesin Konversi Energi, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2008.

6. Ulungen R, G, Dasar-Dasar Termodinamika Teknik, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Proyek Pengembangan Lembaga Pendidikan Tenaga Kependidikan, Jakarta, 1989.

7. Dokumen, Report Of Analysis Biodiesel, No : DR-01-0212/2012, BPPT- BRDST, Serpong, 2012.

8. Istadi, Teknologi Katalis untuk Konversi Energi (Fundamental dan Aplikasi), Graha Ilmu, Yogyakarta, 2011.

9. T.A.P Krisnadi N, Pengujian Performansi Motor Diesel dengan Biodiesel dari Dimethil Ester, Universitas Sumatera Utara, Medan, 2009.

10. Syarief E, Melawan Ketergantungan pada Minyak Bumi (Bahan Bakar Nabati & Biodiesel Sebagai Alternatif dan Gerakan), INSIST Press, Yogyakarta, Indonesia, 2004.

11. Irwanto J, Pengaruh Perbandingan Bahan Bakar 60% Solar dan 40% Biodiesel Dari Minyak Jelantah Pada Kinerja Mesin Diesel TS- 50, Universitas Gunadarma, Depok, 2011.

12. Zandy A, Intensifikasi Proses Produksi Biodiesel, Institut Teknologi Bandung, 2007.

13. Hartono R, Biodiesel dari Minyak Jelantah yang Diaplikasikan pada Mesin Diesel TS-50 dengan Perbandingan Bahan Bakar B50, Universitas Gunadarma, Depok, 2011.

14. Rifana, Aplikasi Bahan Bakar Biodiesel M20 Dari Minyak Jelantah Dengan Katalis 0,25% NaOH Pada Motor Diesel S-1110, Universitas Gunadarma, Kalimalang, 2012.

15. Permana D, P, Pegaruh Penggunaan Bahan Bakar Biodiesel M30 Dari Minyak Jelantah Dengan Katalis 0,25% NaOH Terhadap Unjuk Kerja Motor Diesel S-1110, Universitas Gunadarma, Kalimalang, 2012.

16. Thobroni A, Analisis Pemakaian Bahan Bakar Biodiesel M30 Dari Minyak Jelantah Dengan Katalis NaOH 0,35% Terhadap Motor Diesel Tipe S-1110, Universitas Gunadarma, Kalimalang, 2012.

17. http://www.esdm.go.id/regulasi/lainlain/cat_view/64-regulasi/65-lain-lain/271-keputusan-direktur-jenderal/270-keputusan-direktur-migas.html (Diunduh pada 3 Juli 2012).

18. http://prpmakasar.wordpress.com/20R/03/07/kenaikan-harga-bbm-hanya-akan-menyengsarakan-rakyat (Diunduh pada 1 Juli 2012).

19. http://www.scribd.com/doc/61684804/bisugi (Diunduh pada 1 Juli 2012).

20. http://www.bonebolangokab.go.id/files/kelapa-muda.jpg (Diunduh pada 1 Juli 2012).

21. http://id.openrice.com/bandung/restaurant/article/detail.htm?article_id=909 (Diunduh pada 1 Juli 2012).

22. http://3.bp.blogspot.com/_Qlsny4XUWew/TO3ImypIWWI/AAAAAAAAAKk/pDnVXtHFuVo/s1600/kelapa-sawit.jpg (Diunduh pada 1 Juli 2012).

23. http://id.wikipedia.org/wiki/Methanol (Diunduh pada 3 Mei 2012).