BAB II ANALISIS PEMANFAATAN MINYAK JARAK SEBAGAI BAHAN BAKAR UNTUK PROSES TERMAL
2.1
PENDAHULUAN
2.1.1
Latar Belakang Kebutuhan akan bahan bakar minyak bumi semakin meningkat seiring
dengan pertumbuhan penduduk dan pertumbuhan ekonomi, dilain pihak hal ini tidak disertai dengan pembangunan kilang dan eksplorasi sumber minyak yang baru, sehingga untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar minyak (BBM) dalam negeri dilakukan dengan mengimpor BBM. Pemerintah telah menyiapkan berbagai peraturan untuk mengurangi ketergantungan terhadap penggunaan bahan bakar minyak bumi yaitu dengan adanya Kebijakan Energi Nasional (KEN), dimana kebijakan utamanya adalah intensifikasi, diversifikasi dan konservasi energi
serta salah satu kebijakan
pendukung dalam KEN adalah optimalisasi energi mix, dan secara eksplisit juga ditentukan tentang target pengembangan energi terbarukan dimana ditargetkan sebesar 5% penggunaan energi terbarukan diluar energi tenaga air skala besar yang sudah ada. Bahkan telah dibuat payung hukum yaitu diterbitkannya Peraturan Presiden Nomor 5 tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional serta Instruksi Presiden nomor 1 tahun 2006 tentang penyediaan dan pemanfaatan bahan bakar nabati (bioenergi) sebagai bahan bakar alternatif. Pemerintah Indonesia bersemangat untuk melakukan program efisiensi dan hemat energi, selain mensosialisasikan pemanfaatan energi terbarukan, utamanya bioenergi, baik untuk sektor transportasi, industri maupan sektor rumah tangga. Penggunaan minyak tanah sebagai sumber energi di Indonesia, pada tahun 2006 mencapai lebih dari 10 juta kilo liter, dan hanya 5% yang dikonsumsi oleh industri, sedangkan sisanya untuk kebutuhan memasak bagi rumah tangga.
12
Sehingga pemerintah akan menerapkan kebijakan tentang pengurangan penggunaan minyak tanah, dengan target tahun 2010 tidak ada lagi masyarakat yang mengkonsumsi minyak tanah untuk memasak. Oleh karena itu sangat penting diperlukan metode alternatif, ataupun diversifikasi energi terutama untuk menggantikan fungsi minyak tanah, baik untuk kebutuhan rumah tangga ataupun industri, sebagai solusi masalah tersebut. Sebagai negara tropis Indonesia memiliki berbagai jenis tanaman yang dapat digunakan sebagai sebagai bahan bakar minyak, seperti: Bidaro, Bintaro, Jagung, Jarak, Karet, Padi (dedak) dan sebagainya. Apabila telah menjadi minyak nabati, sangat mudah penanganannya serta sangat aman penggunaannya. Sebagian besar minyak nabati dapat digunakan untuk bahan bakar kompor baik yang menggunakan sumbu maupun kompor tekan, dan lampu minyak, dengan memodifikasi peralatan-peralatan tersebut. Terdapat dua kemungkinan penggunaan minyak nabati sebagai bahan bakar alternatif terutama untuk kompor, yaitu yang pertama menggunakan langsung minyak nabati yang memiliki karakteristik yang hampir sama dengan minyak tanah atau memodifikasi minyak nabati sehingga karakteristiknya berbeda dan disesuaikan dengan kebutuhan kompor, walaupun harganya akan menjadi kurang lebih sama dengan minyak tanah. Adapun kemungkinan kedua, ialah dengan memodifikasi kompor untuk disesuaikan dengan karakteristik minyak nabati tersebut. Oleh karena itu tujuan penelitian ini adalah berdasarkan metode yang ke dua, memodifikasi kompor tanpa harus merubah karakteristik minyak nabati, dalam hal ini minyak jarak pagar, serta untuk mengkaji kinerja kompor tersebut. 2.1
Tujuan Penelitian 1. Mendapatkan disain kompor yang dapat digunakan untuk proses pemanasan dengan menggunakan bahan bakar utama minyak jarak. 2. Mendapatkan data performansi kompor, dengan penggunaan berbagai tingkat perbandingan minyak jarak dan minyak tanah.
13
2.2
TINJAUAN PUSTAKA
2.2.1
Minyak Jarak Tanaman jarak menghasilkan biji yang terdiri dari 60 persen berat kernel
(daging biji) dan 40 persen berat kulit. Inti biji (kernel) tanaman jarak mengandung 33 - 50 persen minyak sehingga dapat diekstrak menjadi minyak jarak dengan cara mekanis ataupun ekstrakasi dengan pelarut seperti heksana. Minyak jarak pagar merupakan jenis minyak yang memiliki struktur molekul trigliserida yang mirip dengan minyak sawit, kandungan asam lemak esensial dalam minyak jarak cukup tinggi. Produktivitas pohon jarak mencapai 2-2.5 kg biji kering perpohon, dalam 1 hektar lahan pohon dapat menghasilkan 4.4 - 4.9 ton biji kering dalam setahun dengan pengelolaan yang intensif (Agus. 2008). Bahkan dengan diluncurkannya varietas baru jarak pagar IP3 dari Puslitbang Perkebunan Badan Litbang Pertanian, tingkat produksi diharapkan dapat mencapai 8 ton/ha, sementara setiap ton biji kering akan menghasilkan 200 hingga 300 liter minyak jarak. Adapun proses pembuatan minyak jarak, hampir sama dengan pembuatan minyak nabati lainnya. Dibandingkan dengan minyak nabati lain, minyak jarak tidak lebih kental. Komponen terbesar minyak jarak adalah tri-gliserida yang mengandung asam lemak oleat dan linoleat. Tabel 2 Kandungan asam lemak minyak jarak Asam lemak
Komposisi % berat
Asam oleat 43.2 Asam linoleat 34.3 Asam palmitat 14.2 Asam stearat 6.9 Sumber : Knoe Thig Vegetable Oil Sdn Bdh.2008 Minyak jarak, merupakan minyak tumbuhan (vegetable oil, plant oil) yang mempunyai karakteristik yang unik karena kandungan asetil atau hidroksilnya. Minyak jarak diperoleh melalui proses pressing dari biji jarak, proses untuk mendapatkan minyak jarak secara sekematik ditunjukkan pada Gambar 2.
14
Pemanenan tandan buah jarak. Biji yang telah kering ataupun dikeringkan
Pemasakan atau pemanasan biji. Dapat dilakukan dengan uap air 100˚C. Kulit biji Daging biji dihancurkan dengan alat ekstruder hingga lumat. Daging biji yang telah hancur siap dikempa (diperas) Daging biji dikempa dengan alat kempa hibrolik
Minyak jarak (Jatropa oil) yang didapat dari alat kempa bersih dan berwarna kuning emas
Bungkil (ampas).
Gambar 2 Bagan proses pembuatan minyak jarak Minyak jarak mempunyai nilai kalor pembakaran sebesar 31.15 MJ/L dan mempunyai sifat fisik yang khas. Minyak jarak bersifat tidak larut dalam air, mempunyai kekentalan, indeks bias dan spesifik grafiti yang cukup tinggi, serta larut dalam pelarut hidrokarbon.
15
Tabel 3 Sifat fisik minyak jarak Sifat fisik
Satuan
Nilai
Titik Nyala
˚C
236
Densitas pada 15˚C
g/cm3
0.9177
2
Kekentalan pada 30˚C
mm /s
49.15
Residu karbon
%(m/m)
0.34
Kandungan abu sufat
%(m/m)
0.007
Titik tuang
˚C
-2.5
Kadar air
ppm
935
Kandungan sulfur
ppm
<1
Nilai Acid
mg KOH/g
4.75
Nilai Iodine
-
96.5
Sumber :Biodiesel Technocrats 2006
2.2.2
Teori Pembakaran Berdasarkan teori pembakaran kekentalan bahan bakar minyak akan
mempengaruhi nyala api yang terdiri dari: panjang lidah api (flame length Lf) , sudut api (angel of flame
) dan panas yang dilepaskan (heat release), serta
kecepatan api (flame speed) (Turn.R.S 1996). Nyala api hasil pembakaran bahan bakar pada berbagai aplikasi, seperti kebutuhan rumah tangga atau industri dikenal dengan nyala api laminar, struktur nyala api laminar ditunjukkan pada Gambar 3. Bahan bakar yang mengalir sepanjang sumbu menyebar secara radial ke luar, sementara itu udara sebagai oksidator menyebar secara radial ke arah dalam. Ketika bahan bakar dan oksidator bertemu dalam
keseimbangan
stoichiometric akan membentuk permukaan api (flame surface), permukaan api ditetapkan sebagai tempat dimana equivalence ratio (Ф ) sama dengan satu.
16
G Gambar 3 Strruktur penyeebaran api lam minar (Turnn.R.S 1996) Nyalla api pem mbakaran yyang kelebiihan udara,, berarti berlebihan b o oksidator, seeperti pembaakaran yang terjadi di daalam komporr gas ataupunn kompor t tekan, makaa panjang lid dah api (Lf) dapat secaara sederhanna ditentukan dengan l lakosi aksiall dimana: 2.1
Ф (r= =0, x=Lf) = 1
Panjaang api yangg keluar darri nosel tergantung padaa kecepatan awal dan d diameter, tettapi dapat diasumsikan d berapa penyeederhanaan, sehingga dengan beb p panjang lidaah api Lf terggantung padaa laju aliran volume QF, dimana Q F = Ve πR 2
Lf ≈
2.2
QF 3 8π DYF , stoicc
Untuuk bilangan Schmidt, Sc =
2.3
ν momeentum diffusivity = = 1 maka maass diffusivity D
b bilangan Reeynold menjadi parametter pengontrol, YF adalaah fraksi maasa bahan b bakar yang nilainya n adallah : x ς2 YF = 0,375R R ej ( ) −1[1 + ]− 2 R 4
Rej =
ρe ν eR μ
2.4
2.5
17
ν=
μ ρ
2.6
Parameter nyala api yang lain adalah sudut api (α) yang menunjukkan penyebaran api tan
2,97
2.7
Berdasarkan persamaan-persamaan tersebut di atas dapat diketahui bahwa, jika kekentalan minyak kinematis persamaan 2.6
semakin
tinggi, maka Rej semakin rendah (persamaan 2.5), berakibat panjang lidah api semakin panjang, sudut api semakin kecil, kecepatan api rendah dan pelepasan panasnya kecil. Sebaliknya, apabila kekentalan kinematis rendah, maka panjang lidah api semakin pendek, sudut api semakin lebar, kecepatan api menjadi tinggi dan pelepasan panasnya besar. Dengan demikian penurunan kekentalan minyak jarak diperlukan tidak hanya karena masalah aliran fluida kental, akan membutuhkan tekanan yang lebih besar dibandingkan dengan fluida berkekentalan rendah, tetapi juga karena masalah dalam pembakaran. 2.2.3
Ikatan polar dan non-polar Ikatan polar merupakan ikatan kovalen yang terdapat pemisahan muatan
antara ujung yang satu dengan ujung yang lain, dengan kata lain salah satu ujung sedikit positif dan ujung yang lainnya sedikit negatif. Dalam kasus tersebut, maka molekul dikatakan molekul polar yang berarti mempunyai pole elektrik. Air (H2O) adalah molekul polar, hal ini dikarenakan pada sisi yang satu positif dan sisi lainya negatif seperti ditunjukkan pada Gambar 4.
18
Gambar 4 Ikatan kimia air (sumber Kurtus.R. 2005) Didalam molekul non-polar, elektro-elektron terdistribusi lebih simetris dan karena itu tidak ada perbedaan antara sisi yang berlawanan, seperti halnya karbon dioksida (CO2) ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5 Ikatan kimia karbon dioksida (sumber Kurtus.R. 2005) Selain bentuk molekul seperti tersebut di atas, untuk membedakan kepolaran
suatu
senyawa
adalah
dengan
menghitung
perbedaan
elektronegatifitas atom pembentuk molekul (Electronegativity difference, ED). Elektronegatifitas merupakan ukuran kecenderungan atom menarik pasangan elektro ikatan, besarnya kelektronegatifitas ditentukan berdasarkan skala Pauling (Gambar 6). Perbedaan kelektronegatifitas antara dua atom yang berikatan dapat
19
menyebabkan kepolaran suatu senyawa, pada umumnya semakin besar perbedaan keelektronegatifitasnya, maka semakin polar senyawa tersebut.
Gambar 6 Skala Pauling (sumber Maelani.J, 2005) Apabila suatu senyawa dicampurkan dengan senyawa lainnya, maka senyawa polar akan dapat larut dengan senyawa polar, dan senyawa non-polar larut terhadap senyawa non-polar. Minyak tanah adalah senyawa hidrokarbon dengan rumus empiris CnH2n+2 yang mempunyai panjang rantai karbon antara 11 hingga 14 termasuk dalam kelompok alkana, dan kebanyakan senyawa hidrokarbon adalah senyawa non-polar. Adapun struktur minyak jarak yang mirip dengan minyak sawit, yakni struktur molekul tri-gliserida. Kepolarannya terletak pada gugus esternya yang tersusun atas gugus karbonil atau karboksilnya. Tetapi secara umum molekul minyak jarak adalah non-polar, karena sifat kepolaran gugus esternya tertutupi oleh panjangnya rantai karbon asam lemak (panjang rantai 4 hingga 24 atom karbon), yang membentuk molekul tri-gliserida yang bersifat non-polar. Jadi secara umum sifatnya sangat didominasi oleh panjang rantai karbon senyawa total. Dengan demikian minyak jarak dengan minyak tanah keduanya merupakan senyawa non-polar, sehingga saling larut satu dengan lainnya. Selain itu juga karena minyak bumi merupakan pelarut yang kuat. 2.2.4
Perkembangan kompor minyak jarak Pengembangan
kompor
minyak
nabati
telah
dilakukan
oleh
Reksowardojo.I.K. et al.(2008), yang telah mencapai generasi ke lima
20
menunjukkan hasil, untuk mendidihkan air sebanyak 0.6 liter, menggunakan minyak jarak dibutuhkan waktu 7 menit dengan laju aliran bahan bakar 0.336 liter/jam dibandingkan menggunakan minyak tanah yang membutuhkan waktu 6 menit dengan laju bahan bakar 0.408 liter/jam. Selain itu percobaan dilakukan dengan menggunakan minyak kelapa sawit, untuk mendidihkan air dalam jumlah yang sama memerlukan waktu 9 menit dengan laju aliran bahan bakar 0.414 liter/ jam. Peneliti Deptan, melakukan pengujian minyak jarak digunakan sebagai bahan bakar kompor sumbu, menunjukkan hasil perambatan dalam sumbu, minyak jarak hanya 5.6 cm dalam waktu 60 menit, sedangkan menggunakan minyak tanah dalam waktu 10 menit, perambatan telah mencapai ketinggian 13 cm, sedangkan apabila digunakan untuk lampu sumbu, minyak jarak hanya mampu menyala selama 3 menit, sedangkan menggunakan minyak tanah mencapai 263 menit. Pencampuran minyak jarak dengan minyak tanah hingga 1:1 dianjurkan, karena dapat meningkatkan karakteristik pembakaran yang dicirikan dengan lama api menyala dan warna api. Penelitian yang dilakukan REDI (Renewable Energies Development Institute) telah membuat kompor dengan bahan bakar minyak nabati, tetapi hasilnya belum dapat diketahui (jatropha stove.html). Peneliti dari Universitas Hohenheim Jerman (Stumpf, 2002), telah menghasilkan disain kompor tekan dengan bahan bakar minyak nabati hingga generasi ke dua, yang dapat menyala selama 30 jam tanpa pembersihan. Penggunaan jarak sebagai bahan bakar juga dapat dilakukan langsung dari biji tanpa diolah menjadi minyak, ataupun dapat dibuat pasta, seperti yang telah dilakukan Alfy di Mataram (LombokNews, 2007) . Biji jarak kering
Gambar 7 Bagian buah jarak pagar
21
2.2.5 Pendekatan disain kompor minyak jarak Desain kompor minyak jarak ini dengan memodifikasi kompor minyak tekan yang beredar di pasar lokal, dengan memodifikasi pipa aliran bahan bakar dari tangki menjadi melingkar yang digunakan sebagai pemanas awal. Pipa ini menggunakan bahan tembaga dengan diameter 3 mm dan ketebalan 1.5 mm. Bahan tembaga dipilih, karena mempunyai nilai konduktivitas yang tinggi sehingga baik untuk menghantarkan panas dan juga sifat tembaga yang lunak sehingga dapat lebih mudah dibentuk. Terdapat dua bentuk pipa spiral yang pertama berada pada bagian keluaran dari tangki dengan panjang pipa 157 cm dibuat melingkar dengan diameter dalam lingkaran 2.6 cm, dan yang kedua melingkar pada mangkok burner dengan panjang pipa 80 cm dan diameter rata-rata 6 cm, panjang total pipa tembaga 300 cm, seperti ditunjukkan pada gambar 8 berikut. Penurunan kekentalan minyak tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan pemanas awal, dimana pipa saluran bahan bakar dipanaskan pada suhu tertentu sehingga temperatur minyak meningkat, hal ini ditunjukkan berdasarkan persamaan pindah panas (Holman.J.P. 1986) sebagai berikut : πdL T
T
T 2
2.3
BAHAN DAN METODE
2.3.1
Waktu dan Tempat
mc T
T
2.8
Penelitian untuk analisis viskositas minyak jarak dan campuran minyak jarak dengan minyak tanah dilakukan di laboratorium pengujian Departemen Teknologi Industri Pertanian IPB, pembuatan dan pengujian kompor dilakukan di laboratorium Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Semarang, waktu penelitian Mei 2007 dan 7 November 2008 untuk pengujian viskositas.
22
2.3.2
Bahan Percobaan dilakukan dengan menggunakan bahan bakar minyak tanah,
dan berbagai variasi campuran minyak jarak dengan minyak tanah, penggunaan minyak tanah sebagai bahan bakar acuan, dan campuran minyak jarak dengan minyak tanah sebagai bahan bakar yang dilakukan pengujian.
2.3.3 Alat Alat yang digunakan adalah kompor tekan yang ada dipasaran dan dimodifikasi, dengan menambahkan pemanas awal yang terdiri dari, pipa spiral dan mangkok pemanas awal yang terbuat dari stainless steel yang digunakan untuk memanaskan pipa bahan bakar, sebelum penyalaan dimulai, sehingga minyak yang melalui pipa bahan bakar temperaturnya naik, dan kekentalan dapat diturunkan Burner digunakan untuk pembakaran bahan bakar sehingga nyala api akan lebih terarah. Burner tersebut mempunyai nosel sebagai alat pengabut minyak. pipa spiral melingkar burner panjang 80 cm
pipa spiral diameter lingkaran 2.6 cm, panjang 157 cm
Gambar 8 Modifikasi pipa saluran minyak Burner yang digunakan tipe 212 Zeppellin dengan ukuran nosel berdiameter 0.042 cm, burner ini terbuat dari bahan campuran kuningan dan perak sehingga dapat memiliki titik lebur yang tinggi sehingga tidak mudah leleh.
23
Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan beberapa alat ukur, seperti stopwatch, termometer digital, pressure gauge, flow meter dan timbangan digital kapasitas 2 kg.
Burner Pressure gauge
Pipa Bahan Bakar Pengukuran temperatur pipa
Pemanas awal
Tangki Bahan Bakar Pengukuran laju aliran massa bahan bakar dengan timbangan digital Gambar 9 Kompor tekan yang dimodifikasi 2.3.4
Prosedur Percobaan Percobaan diawali dengan pengujian kekentalan minyak jarak terhadap
temperatur, dengan mengunakan metode Ostwold, untuk mengetahui penurunan nilai kekentalan minyak jarak ketika dipanaskan, hal ini diperlukan agar dalam percobaan pemanasan awal minyak jarak dapat mencapai kekentalan yang diharapkan, sehingga aliran bahan bakar menjadi lancar. Selain itu dilakukan pencampuran antara minyak jarak dengan minyak tanah kemudian juga dilakukan pengujian kekentalannya, serta mengetahui keadaan homoginitas campuran. Perbandingan campuran minyak jarak dengan minyak tanah dalam pengujian ini ditentukan antara 3:1 ; 1:1 dan 1:3. Terdapat empat parameter yang diukur dalam percobaan ini yaitu : waktu yang diperlukan sebagai pemanasan awal (yang diperlukan untuk menguapkan bahan bakar), waktu yang diperlukan untuk mencapai api biru, waktu yang diperlukan untuk mendidihkan air dan konsumsi bahan bakar, sebagai dasar jumlah air yang dididihkan adalah 1 liter. Dengan menggunakan empat macam
24
bahan bakar, yaitu minyak tanah sebagai bahan bakar acuan, campuran minyak jarak dengan minyak tanah dengan perbandingan 3:1 ; 1:1 dan 1: 3. Pemanasan awal dilakukan dengan membakar alkohol yang didenaturasi dengan terusi CuSO4 sebanyak 10 ml pada mangkok pemanas, hingga temperatur pipa mencapai ± 280 oC, pengambilan data dimulai dengan mencatat waktu yang dibutuhkan, kemudian, membuka katup saluran bahan bakar dan dilanjutkan penyalaan kompor sehingga terbentuk nyala api merah. Bukaan katup saluran bahan bakar diperbesar akan terjadi perubahan warna nyala api dari merah menjadi biru (stabil), data waktu yang dibutuhkan untuk mencapai warna biru diperlukan untuk mengetahui keragaan minyak. Untuk membandingkan dengan menggunakan minyak tanah digunakan metode Water Boiling Test (WBT) yaitu dengan mendidihkan air dalam bejana dengan menggunakan air sejumlah 1 liter, dan mencatat perubahan temperatur air terhadap waktunya. Data yang diperlukan adalah temperatur awal air, perubahan temperatur air, laju aliran bahan bakar, dan waktu yang diperlukan dalam perubahan temperatur tersebut, hingga air mendidih. Setiap percobaan dilakukan empat kali ulangan.
2.4
HASIL DAN PEMBAHASAN
2.4.1
Pengujian Kekentalan terhadap Temperatur Berdasarkan pengujian dengan menggunakan metode Ostwold (AOAO,
974.07 ed 16 tahun 1999) yang dilakukan di Laboratorium Pengujian Departemen Teknologi Industri Pertanian IPB, didapat hasil yang ditunjukkan pada Tabel 4. Dengan kondisi sampel hasil campuran homogen, hal ini juga ditunjukkan dengan gambar campuran yang setelah didiamkan selama satu minggu, kondisi sampel tetap tercampur baik.
25
Tabel 4 Kekentalan campuran terhadap suhu Suhu No (oC)
Kekentalan Kekentalan Minyak Tanah Minyak Jarak (Centipoice) (Centipoice)
1 2 3 4 5 6 7
2.2
30 35 40 45 50 55 60
45 39 30.5 25 22 19 15
Kekentalan Campuran Minyak Jarak : Minyak Tanah (Centipoice) 1:1 3:1 1:3 10.06 17 3.46 9.18 15.9 3.38 9.15 12.9 3.37 8.91 12 3.32 7.66 10.5 3.32 7.49 9 3.29 7.45 7.5 3.21
Hasil tersebut di atas dapat digambarkan dengan grafik seperti ditunjukkan pada Gambar 10 berikut. Nampak bahwa grafik untuk kekentalan minyak jarak terhadap temperatur menurun membentuk garis dengan persamaan = 9967T-1.56
2.11
dengan koefisien diterminan (R2) = 0.99 Sedangkan kekentalan campuran minyak jarak dengan minyak tanah 1:1 menurun secara linier berdasarkan persamaan = -0.088T+12,59
2.12
R2= 0.937 Untuk kekentalan campuran antara minyak jarak dengan minyak tanah menjadi 1:3 berdasarkan persamaan =-0.006T+3.639
2.13
dengan R2= 0.93, untuk kekentalan campuran minyak jarak : minyak tanah 3:1 maka persamaan kekentalannya menjadi = 958.4T-1.16 dengan R2=0.965
2.14
26
50 45 kekentalan (μ) cp
40 35 30
minyak jarak
25
campuran mj:mt 3:1
20
campuran mj:mt 1:1
15
campuran mj:mt 1:3
10
minyak tanah
5 0 25
35
45
55
65
75
temperatur (T) C
Gambar 10 Hubungan kekentalan & temperatur Gambar 11 dan 12 menunjukkan kesetabilan campuran yang diamati secara visual, dengan membiarkan campuran berada dalam keadaan diam selama 6 hari, dan tidak terjadi pemisahan campuran.
Campuran Minyak jarak : minyak tanah
Minyak jarak
Minyak tanah
Gambar 11 Keadaan minyak tanah, minyak jarak dan campuran, diambil pada tanggal 25 Oktober 2008
27
Campuran Minyak jarak : minyak tanah
Minyak jarak
Minyak tanah
Gambar 12 Keadaan minyak tanah, minyak jarak dan campuran,diambil pada tanggal 30 Oktober 2008 2.4.2
Waktu Pemanasan Awal Pemanasan awal dimaksudkan untuk menaikan temperatur bahan bakar
yang digunakan agar kekentalannya dapat turun, setelah dinyalakan yang keluar dari nosel menjadi uap bahan bakar. Berdasarkan persamaan 2.5, apabila kekentalan turun, maka bilangan Reynold (Rej) naik, kenaikan bilangan Reynold mengakibatkan fraksi massa bahan bakar (YF) naik (persamaan 2.4), sehingga panjang lidah api turun (persamaan 2.3), kecepatan api menjadi tinggi. Berdasarkan persamaan 2.8, dengan diameter (d) pipa 0.4 cm, panjang 157 cm, ketika temperatur pipa dipanaskan hingga mencapai (Tw) 280 oC, dengan temperatur minyak masuk pipa diasumsikan konstan Tb1 = 30 oC, laju aliran minyak
= 0.06 x10-3 kg/detik, dan koefisien konveksi (h) didapat dari
persamaan 2.13 1,86
,
2.14
Didapat hasil temperatur minyak keluar pipa Tb2 menjadi 90 oC, Peningkatan temperatur minyak akan menurunkan angka kekentalan minyak tersebut. Gambar 13 menunjukkan saat pembakaran menggunakan alkohol sebagai pemanasan awal.Waktu pemanasan awal campuran minyak jarak dengan minyak tanah 3:1 adalah 190 detik, lebih lama dibandingkan waktu pemanasan campuran yang lainnya, semakin banyak kandungan minyak jarak dalam
28
campuran semakin lama waktu pemanasan awalnya, hal ini dikarenakan untuk mencapai kekentalan yang mendekati kekentalan minyak tanah, campuran yang mengandung minyak jarak lebih banyak, membutuhkan temperatur lebih tinggi. Waktu pemanasan yang dibutuhkan untuk campuran 1:1 adalah 85 detik, lama waktu pemanasan untuk berbagai variasi campuran ditunjukkan oleh Gambar 14.
waktu (detik)
Gambar 13 Pemanasan awal
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
Variasi Campuran minyak jarak : minyak tanah
Campuran 1:1 Campuran 3:2 Campuran 3:1
Gambar 14 Waktu pemanasan awal
29
2.4.3
Waktu Untuk Mencapai Api Biru Apabila bahan bakar telah mencapai temperatur uapnya, warna nyala api
akan berubah dari merah menjadi kebiruan (stabil) seperti ditunjukkan pada Gambar 15, sedangkan Gambar 16 menunjukkan bahwa waktu yang diperlukan oleh minyak tanah jauh lebih cepat dibandingkan dengan campuran minyak jarak dengan minyak tanah. Hal ini disebabkan oleh karena minyak tanah memiliki nilai kekentalan yang rendah. Semakin tinggi nilai kekentalannya semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk mencapai api biru.
Gambar 15 Api biru 350
Waktu (detik)
300 250 200 150
Jenis Minyak
100 50 0 Minyak tanah
Campuran Campuran Campuran 1:1 3:2 3:1
Gambar 16 Waktu yang diperlukan untuk mencapai api biru
30
2.4.4 Konsumsi Bahan Bakar dan Waktu yang diperlukan untuk mendidihkan Air 1 liter Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dengan berbagai variasi campuran dan digunakan memasak air sebanyak 1 liter, distribusi waktu dan temperaturnya seperti terlihat pada Tabel 5, 6, 7 dan 8 untuk campuran minyak jarak dan minyak tanah. Waktu yang diperlukan untuk mencapai temperatur 99 o
C dari temperatur awal 27 oC, menggunakan minyak tanah selama 5 menit 1
detik, sedangkan menggunakan campuran minyak jarak dan minyak tanah dengan perbandingan 1:1 dibutuhkan waktu 7 menit 3 detik, atau 2 menit lebih lama daripada menggunakan minyak tanah. Tabel 5 Percobaan dengan menggunakan minyak tanah Percoba Suhu Suhu air an air awal akhir 1 27 99 2 27 99 3 27 99 4 27 99 Rata-rata
Waktu 301 detik 303 detik 302 detik 300 detik 301 detik
Jml bh bk ml 19.24 19.46 19.36 19.17 19.41
Nilai kalor 41 MJ/l
Tabel 6 Percobaan minyak jarak : minyak tanah (1: 1) Percoba Suhu Suhu an air awal air akhir 1 27 99 2 27 99 3 27 99 4 27 99 Rata-rata
Waktu 441 439 435 436 438
detik detik detik detik detik
Jml bh bk ml 13.23 13.17 13.05 13.08 13.14
Nilai kalor 36.075 MJ/l
Tabel 7 Percobaan minyak jarak : minyak tanah (3:2) Percobaa Suhu air Suhu air akhir n awal 1 27 99 99 2 27 99 3 27 99 4 27 Rata-rata
Waktu 519 515 517 516 517
detik detik detik detik detik
Jml bahan bakar ml 13.41 13.30 13.36 13.33 13.35
Nilai kalor 35.09 MJ/l
31
Tabel 8 Percobaan minyak jarak : minyak tanah 3 : 1
Waktu untukmendidihkan air 1liter (detik)
Percoba Suhu Suhu an air awal air akhir 1 27 99 2 27 99 3 27 99 4 27 99 Rata-rata
Waktu
Jumlah bh bakar ml
545 detik 551 detik 551 detik 555 detik 550 detik
14.85 14.85 14.95 14.87 14.88
Nilai kalor 33.613 MJ/l
600 500 400 300 Jenis minyak
200 100 0 Minyak Campuran Campuran Campuran tanah 1:1 3:2 3:1
Gambar 17 Waktu yang diperlukan untuk mendidihkan air 1 liter Kebutuhan energi untuk mencapai temperatur air dari 27 oC menjadi 99 o
C sebanyak 1 liter dengan menggunakan minyak tanah ternyata lebih besar
yaitu 795.81 kJ, tetapi waktu yang lebih cepat, dibandingkan dengan menggunakan campuran minyak jarak dan minyak tanah, untuk perbandingan campuran 1:1, kebutuhan energinya 474.03 kJ, perbandingan 3:2 sebesar 468.45 kJ dan untuk perbandingan 3:1 sebesar 500.16 kJ. Kebutuhan energi yang besar dengan mengunakan minyak tanah dikarenakan, menggunakan kompor tekan yang
telah
dimodifikasi
menggunakan
pipa
spiral
yang
dipanaskan,
menyebabkan kekentalan minyak tanah yang semakin turun, sehingga laju aliran minyak tanah menjadi lebih banyak.
32
Gambar 18 Konsumsii minyak yanng diperlukaan untuk menndidihkan airr 1 liter Berddasarkan dataa-data percoobaan tersebut di atas daapat diketahhui bahwa m minyak jaraak dapat dig gunakan untuuk bahan baakar kompoor dengan melakukan m p pencampura an
dengan
minyak
tanah,
sertta
modifikkasi
kompoor
tekan
m menggunaka an pemanas awal. Perluu waktu leb bih lama unntuk mendiddihkan air y yang sama dibandingka d an menggunakan minyaak tanah. Seddangkan berrdasarkan p pengamatan secara visuual, penggunnaan campurran minyak jarak j dengann minyak t tanah pada perbandinga p an 1:1, hinggga 75 menit pertama settelah penyallaan tidak t terjadi masalah, tetapii pada mennit ke 90
muncul suatu s masalah pada
p penyemprota an bahan bakar b keluarr nosel, dim mana penyeemprotan teerganggu, t terputus-putu us dan meny yebabkan nyyala api tidaak stabil, hal ini disebab bkan oleh a adanya pengggumpalan karbon. k Pem mecahan masaalah tersebuut adalah unttuk secara p periodik nossel perlu dibeersikan
2 2.5
KES SIMPULAN N 1. Kom mpor yang dapat d digunaakan untuk proses pem manas dengaan bahan bakar utama miinyak jarak adalah kom mpor tekan yang saluraan bahan bakarnya dimod difikasi, denngan dibuat sepiral agaar terjadi peemanasan awal untuk menuurunkan kekeentalan minyyak.
33
2. Waktu yang diperlukan untuk mendidihkan air menggunakan minyak tanah adalah 5 menit 1 detik, dengan laju konsumsi bahan bakar 0.064 ml/detik, tanpa pembersihan nosel; sedangkan menggunakan campuran minyak jarak dengan minyak tanah 1:1, selama 7 menit 3 detik, dan laju konsumsi bahan bakar 0.031 ml/detik, dengan pembersihan nosel setiap 75 menit sekali ; untuk perbandingan 3:1, waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan air adalah 9 menit 10 detik, dengan laju aliran bahan bakar 0.027 ml/detik, dengan pembersihan nosel setiap 30 menit sekali.
