Gambar 2.1 buah, biji dan bungkil jarak pagar Jarak ak pagar memiliki buah yang terdiri dari daging buah, cangkang biji dan inti biji. Inti merupakan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Jarak Pagar (Jatropha Curcas) Jarak pagar (Jatropha curcas Linn) atau juga disebut juga physic nut merupakan tanaman yang sudah tidak asing lagi bagi masyarakat, saat zaman penjajahan jepang. Minyak jarak pagar dipergunakan sebagai bahan pelumas dan bahan bakar pesawat terbang. Sesuai dengan namanya, tanaman ini memang dimanfaatkan masyarakat sebagai tanaman pagar serta sebagai obat tradisional, disamping sebagai bahan bakar dan minyak pelumas. Perkembangan jarak pagar sangat luas, awalnya dari amerika tengah, kemudian menyebar ke Afrika dan Asia. Luasnya perkembangan jarak pagar disebabkan oleh kemudahan dalam pertumbuhannya.Jarak pagar dapat hidup dan berkembang dari dataran rendah sampai dataran tinggi, curah hujan yang rendah maupun tinggi (300 2.380 ml/tahun), rentang suhu 20 – 260C. Karena sifat tersebut tanaman jarak pagar mampu tumbuh pada tanah berpasir, bebatu, lempung ataupun tanah liat, sehingga jarak pagar dapat dikembangkan pada lahan kritis .

http://digilib.mercubuana.ac.id/

Gambar 2.1 buah , biji dan bungkil jarak pagar Jarak pagar memiliki buah yang terdiri dari daging buah, cangkang biji dan inti biji. Inti nti merupakan sumber bagian yang menghasilkan minyak sebagai bahan bakar biodiesel dengan proses awal ekstraksi. Kandungan minyak yang terdapat dalam biji baik cangkang maupun buah berkisar 25-35 % berat kering biji, jarak pagar mampu menghasilkan 7,5 - 10 ton /ha/tahun tergantung dari kualitas benih, agroklimat, tingkat kesuburan tanah dan pemeliharaan,. Sebagai perhitungan kasar produksi minyak jarak mentah, cruide jatropha oil (CJO), dari 25 % /biji kering maka dapat diperoleh minyak hasil ekstraksi sebesar 1,875 - 2,5 ton minyak /ha/tahun. Proses ekstraksi jarak pagar menjadi minyak dilakukan secara mekanik menggunakan mesin press, baik sederhana dengan skala kecil maupun skala produksi industri. Jenis alat pres dibedakan menjadi dua macam yaitu press hidrolik dan press ulir masing masing memiliki kelemahan dan keungulan masing masing, biasanya disesuaikan dengan tingkat produksi minyak. Setelah biji jarak di keringkan dan disortir berdasarkan kualitas, biji jarak pagar dimasukan kedalam mesin press mekanik. Hasil pengepresan diperoleh minyak mentah atau cruide jatropha oil (CJO)


dan bungkil berupa sisa ampas. Untuk memurnikan Cruide jatropha oil (CJO) selanjutnya dilakukan penyaringan dan diperoleh limbah berupa sludge. Minyak jarak pagar mentah ini biasa dijadikan bahan bakar pengganti minyak tanah. Pemakaiannya dapat diterapkan langsung pada kompor modifikasi atau dicampur dengan minyak tanah. 2.1.1. Konversi Jarak Pagar Konversi jarak pagar kedalam energi terbaharukan akan menghasilkan produk berupa bahan bakar padat, cair dan gas. Masing-masing produk diambil dari bagian jarak pagar yaitu cangkang dan limbah untuk bahan bakar padat. Inti biji untuk cair dengan pemerasan, sedangkan gas melalui proses anaerobic digestion ketiganya ditambah dengan daging buah dan menghasilkan gas methane. a.

Bahan bakar cair (liquid biofuels) Bahan bakar cair merupakan produk utama dari jarak pagar yang terdiri dari cruide jatropha oil (CJO), minyak jarak murni atau pure plant oil (PPO)dan biodiesel. Untuk menghasilkan beberapa bahan bakar diatas dibutuhkan inti biji dari jarak pagar. Beberapa industri pengolahan bahan bakar cair mengikutkan cangkang inti biji untuk proses, sehingga tidak diperlukan proses pengelupasan cangkang dari inti buah. Ekstraksi minyak jarak dari inti buah atau inti buah dan cangkang dilakukan dengan menggunakan alat pengepresan bisa menggunakan press tipe hidrolik (hydraulic pressing) maupun press tipe ulir (expeller pressing). Masing masing jenis press memiliki kelebihan dan kekurangan. Seperti kapasitas, jumlah rendeman dan inti buah murni atau campuran. Inti buah jarak yang telah kering


dimasukan kedalam mesin press, produknya berupa minyak cair dan membutuhkan penyaringan untuk menghilangkan sludge dari hasil ekstraksi. Hasil dari press dan penyaringan berupa minyak mentah jarak pagar atau CJO (cruide jatropha oil). Minyak CJO dapat diaplikasikan sebagai bahan bakar pengganti minyak tanah,. Dapat dibakar langsung dengan spesifikasi kompor tertentu atau dicampur dengan minyak tanah untuk menurunkan viskositasnya.

Gambar 2.2 Proses pengolahan jarak pagar menjadi bahan bakar cair.


b.

Bahan bakar padat (solid biofuels) Dalam bagian biji jarak pagar yang terdiri dari inti biji dan cangkang memiliki kandungan minyak 25 - 35 % sehingga masih menyisakan bagian limbah yaitu sludge dan bungkil sebesar 75 - 65 %. Limbah tersebut dapat diproses menjadi bahan bakar pada dengan proses densifikasi, baik karbonisasi maupun nonkarbonisasi. Pada proses karbonisasi, sebelum limbah diproses densifikasi, dimasukan kedalam reaktor karbonisasi untuk menghilangkan moisture (kandungan air), volatile mater (zat terbang) serta tar. Sedangkan proses nonkarbonisai limbah hasil proses ekstraksi langsung dilakukan densifikasi dibentuk briket menggunakan alat press tipe hidrolik maupun ulir.Hasil densifikasi berupa briket yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar padat. Briket langsung dibakar kedalam tungku atau kompor .

Gambar 2.3 Proses pengolahan jarak pagar menjadi bahan bakar padat


c.

Bahan bakar gas (anerobic digestion) Proses anaerobic igestion yaitu proses dengan melibatkan mikroorganisme tanpa kehadiran oksigen dalam suatu digester. Proses ini menghasilkan gas produk berupa metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2) serta beberapa gas yang jumlahnya kecil, seperti H2, N2, dan H2S. Proses ini bisa diklasifikasikan menjadi dua macam yaitu anaerobic digestion kering dan basah. Perbedaan dari kedua proses anaerobik ini adalah kandungan biomassa dalam campuran air. pada anaerobik kering memiliki kandungan biomassa 25 - 30 % sedangkan untuk jenis basah memiliki kandungan biomassa kurang dari 15 % (Sing dan Misra, 2005). Limbah jarak pagar, bungkil dan sludge selain dapat dijadikan bahan bakar padat dengan densification seperti diatas, juga dapat di konversi kedalam bahan bakar gas melalui proses anaerobic digestion. Selain itu, daging buah jarak pagar dapat juga dimasukan kedalam digester untuk menghasilkan biogas.

2.1.2. Skema Pemanfaatan dari Jarak Pagar


Gambar 2.4 Skema Pemanfaatan dari Jarak Pagar 2.1.3. Komposisi Kimia Biji dan Minyak Jarak Biji jarak terdiri dari 75% kernel (daging biji) dan 25% kulit dengan komposisi kimia seperti pada Tabel 1. Minyak jarak mempunyai kandungan asam lemak seperti pada Tabel 2.1.


Tabel 2.1 Komposisi kimia biji jarak (Ketaren, 1986) Komponen

Jumlah (%)

Minyak 54

54

Karbohidrat 13

13

Serat 12.5

12.5

Abu 2.5

2.5

Protein 18

18

Tabel 2.2 Kandungan asam lemak minyak biji jarak (Ketaren, 1986) Asam Lemak

Jumlah (%)

Asam Risinoleat

86

Asam Oleat

8.5

Asam Linoleat

3.5

Asam Stearat

0.5-2.0

Asam Dihidroksi Stearat

1-2

2.2. Proses degumming Degumming bertujuan untuk memisahkan minyak dari getah yang terdiri dari fostatida, protein, karbohidrat, residu, air dan resin. Proses degumming dilakukan dengan penambahan asam fosfat 3% dari 100% minyak jarak, sehingga akan


terbentuk senyawa fosfasida yang mudah terpisah dari minyak. Hasil dari proses degumming akan memperlihatkan perbedaan warna yang jelas dari minyak asalnya, yaitu berwarna jernih kemerah-merahan. 2.3. Bahan Bakar dan Proses Pembakaran 2.3.1. Bahan Bakar Ditinjau dari sudut teknis dan ekonomis, bahan bakar diartikan sebagai bahan yang apabila dibakar meneruskan proses pembakaran tersebut dengan sendirinya, disertai dengan pengeluaran kalor. Bahan bakar dibakar bertujuan untuk memperoleh kalor yang digunakan baik secara langsung maupun tidak langsung. Sebagai contoh penggunaan kalor dari proses pembakaran secara langsung: 

Untuk memesak didapur-dapur rumah tangga



Untuk instalasi pemanas

Sedangkan contoh penggunaan kalor secara tidak langsung adalah: 

Kalor diubah menjadi energi mekanik misalnya pada motor bakar



Kalor diubah menjadi energi listrik, misalnya pada pembangkit listrik tenaga diesel, tenaga gas dan tenaga uap.

Beberapa macam bahan bakar yang dikenal adalah: 

Bahan bakar fosil, seperti: batubara, minyak bumi dan gas bumi



Bahan bakar nuklir, seperti: uranium dan plutonium Pada bahan bakar nuklir, kalor diperoleh dari hasil reaksi rantai penguraian atom-atom melalui peristiwa radioaktif.



Bahan bakar lain, seperti: sisa tumbuhan, minyak nabati, minyak hewani.


2.3.2. Proses Pembakaran Pembakaran adalah proses konversi energi dari bentuk energi kimia berupa bahan bakar ( padat, cair, gas ) bersama oksigen yang berasal dari udara menjadi energy panas melalui proses reaksi kimia. Proses pembakaran dapat terjadi apabila ada tiga unsur berikut yaitu : sumber api, bahan bakar (padat, gas, cair) yang sebagian besar terdiri dari unsure karbon ( C ) dan hydrogen ( H ) dan udara. Komposisi udara berdasarkan perbandingan volume terdiri dari 21% O2 dan 79% N2. Secara sederhana reaksi kimia yang terjadi pada proses pembakaran ada tiga proses yaitu : 

2C + O2 → 2CO + Q

Pada reaksi ini 2mol karbon bereaksi dengan 1mol oksigen yang menghasilkan

karbonmonoksida.

Apabila

terdapat

oksigen

yang

memadai

karbonmonoksida akan teroksidasi menjadi karbondioksida dengan melepas energi tambahan : 

2CO + O2 → 2CO2 + Q



2H2 + O2→ 2H2O + Q

Dua mol hydrogen bereaksi dengan 1 mol oksigen yang menghasilkan 2mol H2O 

S + O2→ SO2 + Q

1mol sulfur bereaksi dengan 1mol oksigen menghasilkan 1mol sulfurdioksida. Pencampuran bahan bakar udara dan pemanasan bahan bakar yang cepat mengakibatkan senyawa hidrikarbon pecah menjadi senyawa yang lebih ringan dan akhirnya menjadi iunsur dasarnya yaitu karbon dan hydrogen. Unsur hydrogen yang


terbakar akan menghasilkan nyala api yang tak terlihat. Sedangkan unsur karbon yang terbakar akan menghasilkan nyala api kuning khas. Pembakaran dikatakan sempurna jika unsur karbon dan hydrogen yang terdapat dalam bahan bakar akan terbakar habis menjadi CO2 dan H2O. Apabila tak terpenuhi maka pembakaran tak sempurna. Berdasarkan perbandingan jumlah udara dan bahan bakar, proses pembakaran terbagi menjadi 2 jenis yaitu: a. Pembakaran oksidasi yaitu pembakaran yang dilakukan dengan kondisi kelebihan udara. Pembakaran seperti ini akan menghasilkan nyala api yang pendek dan bersih. b. Pembakaran reduksi yaitu pembakaran yang dilakukan dengan kondisi kekurangan udara dan bahan bakar yang terlalu banyak. Pembakaran ini tidak sempurna dan akan menghasilkan nyala api yang lebih panjang dengan asap yang banyak. 2.3.3. Faktor-faktor yang mempengaruhi pembakaran a.

Mixing Pembakaran sempurna memerlukan proses pencampuran antara bahan bakar yang digunakan dengan pembakaran udara yang merata. Pencampuran diperlukan

untuk

membantu

mekanisme

pembakaran,

yaitu

dengan

mengantarkan oksigen mencapai permukaan karbon. b. Udara Jumlah udara pembakaran sangat menentukan proses pembakaran. Pembakaran yang sempurna dapat dijamin dengan memberikan udara pada proses tersebut.


Udara yang cukup menjadi CO dapat bereaksi lagi dengan O dan membentuk CO2. c.

Temperatur Pembakaran tidak akan berlangsung atau berhenti apabila temperatur nyala tidak tercapai atau tidak dipertahankan.

d.

Waktu Waktu yang cukup diperlukan dalam reaksi pembakaran di antaranya waktu pencampuran dan pemanasan bahan bakar.

e.

Kerapatan Kerapatan yang cukup untuk perambatan nyala api diperlukan untuk menjaga kelangsungan pembakaran.

2.4. Kompor minyak 2.4.1. Jenis kompor minyak Kompor minyak terdiri dari 2 jenis yaitu: 1.

Kompor minyak bersumbu Kompor minyak bersumbu adalah kompor bersumbu satu atau lebih yang mempergunakan bahan bakar minyak tanah dalam bejana yang tidak bertekanan.

2.

Kompor minyak tidak bersumbu Kompor minyak tidak bersumbu adalah kompor yang tidak bersumbu yang mempergunakan bahan bakar minyak tanah dalam bejana bertekanan. Contohnya : kompor Gasmit (Gas Energi Minyak Tanah), kompor Enmit (Energi Minyak Tanah), kompor Semawar dll.


2.4.2. Prinsip Kerja Kompor Minyak 1.

Kompor minyak bersumbu Prinsip kerja dari kompor minyak bersumbu yaitu bahan bakar diserap oleh sumbu kemudian bahan bakar tersebut akan ikut naik keatas karena adanya daya kapilaritas. Sehingga pada saat sumbu itu dibakar maka bahan bakar yang ada pada sumbu ikut terbakar.

2.

Kompor minyak tidak bersumbu Prinsip kerja dari kompor minyak tidak bersumbu yaitu bahan bakar yang mengalir dengan gaya gravitasi masuk kedalam instalansi pipa panas sehingga terjadi pengabutan ( minyak tanah berubah menjadi gas ). Proses perubahan awal minyak menjadi gas karena ada pemanasan dengan spirtus. Selanjutnya burner bagian bawah menyala dan memanaskan instalasi pipa terus-menerus dan bersirkulasi. Burner bagian atas menghasilkan nyala api biru sama dengan elpiji.

2.4.3. Parameter Pengujian Parameter pengujian kompor sumbu dengan menggunakan bahan bakar minyak jarak pada penelitian tugas akhir ini terdiri daru beberapa parameter antara lain: a.

Laju bahan bakar (μ) Laju bahan bakar ini digunakan untuk mengetahui besarnya konsumsi bahan bakar yang digunakan pada sebuah tungku tiap satuan waktu (lama pengujian). Laju bahan bakar ini dapat diperoleh dari persamaan berikut : μ =

ℎ

kg/


 Massa bahan bakar (mbb) mbb (kg) =  (kg /m³) x (m³) Dimana

b.

μ

= laju bahan bakar (kg/menit)



= massa jenis minyak jarak (kg/m³)



= volume minyak akhir (m³)

Konsumsi bahan bakar Konsumsi bahan bakar akan menunjukkan bahan bakar yang digunakan selama proses pembakaran. Konsumsi bahan bakar adalah penggunaan bahan bakar per satuan waktu. Pemakaian ini sangat bergantung dari massa jenis bahan bakar. Semakin kecil pemakakina bahan bakar per satuan waktu maka pemakaian bahan bakar semakin hemat. Rumus untuk mencari konsumsi bahan bakar tersebut adalah: Kbb (kg) = μ (kg/menit) x t (menit) Dimana : μ

c.

= Laju bahan bakar (Kg/menit)

Kbb

= konsumsi bahan bakar (Kg)

t

= Lama pengukuran (menit)

Panas yang diserap oleh air (Q) Panas yang diserap air adalah energi panas yang dihasilkan oleh kompor yang kemudian diserap oleh air dan digunakan untuk memanaskan air hingga mencapai titik didihnya. Suhu sekitar 900C.

Q =

∆

/


Dimana : m mair Cp ∆ t

= massa air yang digunakan untuk pengujian (Kg) =r

n

= panas jenis air (kJ/kg°C)

= temperature akhir air – temperature awal pengujian atau T2T1 (°C) = waktu pemanasan air mencapai titik didihnya suhu sekitar 900 C / (menit)

d.

Energi bahan bakar (Ebb) Energi bahan bakar adalah jumlah energi yang dihasilkan oleh pembakran bahan bakar dalam proses pembakaran persatuan waktu.

Dimana : Ebb

e.

=

= Energi bahan bakar (kJ/s)

/

Nkb

= Nilai kalor bahan bakar (kJ/kg)

mbb

= massa bahan bahan bakar (kg)

t

= lama waktu penujian (menit)

Effisiensi (%) Effisiensi adalah perbandingan antara energi thermal yang diserap air ((energy output) dengan energi yang dilepaskan oleh bahan bakar (energy input) dan merupakan parameter terpenting yang harus diketahui, karena effisiensi ini menunjukkan performansi baik-buruknya kinerja suatu tungku/kompor. Untuk mengetahui effisiensi sebuah tungku atau kompor digunakan metode water boiling test atau metode air mendidih.


Dimana : Q Ebb

η =

100 %

= Panas yang diserap oleh air (kJ/s) = Energi bahan bakar (kJ/s)

2.5. Gejala Kapiler atau Kapilaritas Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa sempit). Air dalam pipa kapiler naik karena adhesi antara partikel air dengan partikel kaca lebih besar daripada kohesi antara partikel-partikel air. Air terus naik sampai terjadi keseimbangan, yakni berat air yang diangkat seimbang dengan gaya adhesi. Jika diameter pipa kapiler diperkecil, maka untuk berat air yang sama, air akan naik lebih tinggi. Naik turunnya permukaan zat cair dalam pipa kapiler di pengaruhi air oleh : a.

Tegangan permukaan

b.

Gaya kohesi

c.

Gaya adhesi (gaya tarik menarik antar partikel yang tidak sejenis) Air mempunyai tegangan permukaan yang kecil, dan sudutnya lancip. Gaya

kohesi air lebih besar daripada gaya adhesi pipa, akibatnya air dalam pipa naik. Air raksa mempunyai tegangan berukuran yang besar dan sudut kontaknya tumpul. Gaya kohesi raksa lebih besar daripada gaya adhesi pipa, akibatnya air raksa pada pipa kapiler turun. Contoh gejala kapilaritas : a.

Naiknya minyak melalui sumbu kompor

b.

Naiknya air tanah pada pembuluh kayu


c.

Meresapnya tinta pada kapur tulis

d.

Meresapnya air pada kain yang tercelup dalam air yang berada dalam ember. Kain merupakan suatu bahan berpori (phorous) yang bersifat kapiler. Kapilaritas

menunjukkan kemampuan perambatan air pada kain karena kapilaritas dari kain tersebut. Makin tinggi daya kapilaritas berarti makin tinggi pula daya serap air kain tersebut. 2.6. Viskositas Viskositas adalah tahanan yang dimiliki fluida yang dialirkan dalam pipa kapiler terhadap gaya gravitasi, biasanya dinyatakan dalam waktu yang diperlukan untuk mengalir pada jarak tertentu. Jika viskositas semakin tinggi, maka tahanan untuk mengalir akan semakin tinggi. Karakteristik ini sangat penting karena mempengaruhi kinerja injektor pada mesin diesel. Atomisasi bahan bakar sangat bergantung pada viskositas, tekanan injeksi serta ukuran lubang injektor (Shreve, 1956). Pada umumnya, bahan bakar harus mempunyai viskositas yang relatif rendah agar dapat mudah mengalir dan teratomisasi Hal ini dikarenakan putaran mesin yang cepat membutuhkan injeksi bahan bakar yang cepat pula. Namun tetap ada batas minimal karena diperlukan sifat pelumasan yang cukup baik untuk mencegah terjadinya keausan akibat gerakan piston yang cepat (Shreve, 1956). Viskositas menunjukkan tingkat kekentalan bahan. Untung rugi jika viskositas kecil/tinggi :




Viskositas rendah : - minyak mudah dialirkan - Daya pompa kecil - Pengabutan / injeksi baik - Kendala kebocoran



Viskositas tinggi: - sulit dialirkan - Daya pompa besar - Pengabutan / injeksi jelek - Kendala pembakaran mungkin sulit



Gambar 2.1 buah, biji dan bungkil jarak pagar Jarak ak pagar memiliki buah yang terdiri dari daging buah, cangkang biji dan inti biji. Inti merupakan

Recommend Documents