LAPORAN TUGAS AKHIR PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK BIJI KAPUK RANDU

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

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


digilib.uns.ac.id

commit to user


digilib.uns.ac.id

commit to user


digilib.uns.ac.id

commit to user


digilib.uns.ac.id

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


digilib.uns.ac.id

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


digilib.uns.ac.id

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


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

: Pohon Kapuk Randu ................................................................. 4

Gambar 2.2

: Biji Kapuk Randu ..................................................................

Gambar 2.3

'LDJUDP3HPEXDWDQ%LRGLHVHO««««««««««« 11

Gambar 2.4

: Diagram Pengujian Karakteristik Biodiesel«««««««

Gambar 3.1

: Reaktor Biodiesel .................................... ............................. 14

5

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) ........................................................... ...............

commit to user

39


digilib.uns.ac.id

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 04-71822006 dan ASTM. Selain itu dari uji mesin diesel, biodiesel yang dihasilkan lebih baik daripada solar murni.

commit to user


digilib.uns.ac.id 1

Laporan Tugas Akhir Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu

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.

commit to user

Program Studi DIII Teknik Kimia 1 Universitas Sebelas Maret Surakarta


digilib.uns.ac.id 2


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

Program Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta


digilib.uns.ac.id 3


C. Tujuan Membuat biodiesel dari minyak biji kapuk randu melalui proses transesterifikasi.

D. Manfaat 1.

Bagi Masyarakat x

Mengetahui bahwa minyak biji kapuk randu dapat digunakan untuk membuat biodiesel sehingga biji yang awalnya dibuang dapat dimanfaatkan.

x

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.

x

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 x

Dapat melakukan proses pembuatan biodiesel dari minyak biji kapuk randu melalui proses transesterifikasi.

commit to user



digilib.uns.ac.id 4


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

Program Studi DIII Teknikcommit Kimia to user Universitas Sebelas Maret Surakarta 4


digilib.uns.ac.id 5


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 : x

Gossypium hirsutum (USA dan Australia)

x

G. arboreum dan G. herbaceum (Asia)

x

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 Program Studi DIII Teknikcommit Kimia to user Universitas Sebelas Maret Surakarta


digilib.uns.ac.id 6


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.

Program Studi DIII Teknikcommit Kimia to user Universitas Sebelas Maret Surakarta


digilib.uns.ac.id 7


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)



digilib.uns.ac.id 8


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 monoalkil 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)



digilib.uns.ac.id 9


Tabel 2.1 Spesifikasi biodiesel menurut SNI 04-7182-2006 Parameter Masa jenis pada suhu 40º Viskositas kinematik pada

Satuan

Nilai

Kg/m3

850-890

Mm2/s (cst)

2,3-6,0

-

Min 51

40º Angka setana

o

Min 100

o

C

Maks 18

-

Maks no 3

Dalam contoh asli

%-massa

Maks 0,05

Dalam 10% ampas distilasi

%-massa

Maks 0,30

%-vol

Maks 0,05

Titik

nyala

(mangkok

C

tertutup) Titik kabut Korosi lempeng tembaga (3 jam pada suhu 50º) Residu karbon

Air dan sedimen Temperatur distilasi 90%

o

C

Maks 360

%-massa

Maks 0,02

Belerang

Ppm-m (kg/mg)

Maks 100

Fosfor

Ppm-m (kg/mg)

Maks 10

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

%-massa( g-12

Maks 115

Abu tersulfatkan

Angka asam

Kadar iodium

/100g) Uji halphen

-

Negatif

Bilangan penyabunan

-

Maks 189



digilib.uns.ac.id 10


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

No

Karakteristik

1 Berat jenis pada suhu 15 0C

2

Viskositas kinematik pada suhu

Unit

Super

Reguler

kg/m3

820-860

815-870

mm2/s

2.0-4.5

2.0-5.0

-45

0

40 C

3 Angka setana / indeks 4 Titik nyala 40 0C

0

C

5 Titik tuang

0

C

NHODV

NHODV

6

Korosi lempeng tembaga (3 jam pada 50 0C)

7 Residu karbon

% massa

8 Kandungan air

mg/kg

C

<370

g/m3

-

%m/m

5

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

17 Partikulat

mg/l

9 T90/95 10 Stabilitas oksidasi 11 Sulfur 12 Bilangan asam total

0


Tak terditeksi Tak terditeksi

-




Penggunaan biodiesel sebagai bahan bakar mempunyai beberapa keuntungan yakni : x

Biodiesel tidak akan habis karena dapat ditanam atau diperbaharui sumbernya.

x

Dengan berkembangnya biodiesel jelas akan dapat memanfaatkan tanah-tanah kritis yang banyak tersebar diseluruh pelosok tanah air.

x

Menciptakan lapangan kerja baru baik dibidang pertanian/budidaya kapuk randu, pabrik-pabrik mini agroindustri pengolah biodiesel sehingga akibatnya dapat meningkatkan kesejahteraan petani.

x

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

M inyak B iji K apuk R andu

K atalis H 2 SO 4

K atalis K O H

Acid Pretreatm ent

M etanol

Esterifikasi

M etanol

Pem urnian

G liserol

B iodiesel

Gambar 2.3 Diagram Pembuatan Biodiesel Program Studi DIII Teknikcommit Kimia to user Universitas Sebelas Maret Surakarta




2. Tahap Pengujian Karakteristik Biodiesel

B iodiesel

A nalisa Sifat Fisis dan K im ia

U ji K inerja dengan M esin D iesel

Gambar 2.4 Diagram Pengujian Karakteristik Biodiesel





BAB III METODOLOGI

A. Alat dan Bahan 1.

Alat 1) Untuk Percobaan Pendahuluan Alat yang digunakan : x

Labu leher tiga

x

Pendingin spiral

x

Termometer

x

Pemanas mantel

x

Gelas beaker

x

Gelas ukur

x

Erlenmeyer

x

Pipet tetes

x

Labu takar

x

Magnetic stirer

x

Pengaduk kaca

x

Botol timbang

x

Buret

x

Klem dan statif

x

Pengaduk merkuri

x

Motor pengaduk

x

Pipet volume

x

Pipet ukur

2) Untuk Produksi Alat yang digunakan : x

Tangki Biodiesel

x

Tangki Pencucian

commit to user Program Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta 13




2.

x

Tangki Gliserol

x

Termocouple

x

Impeller

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 Program Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta




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





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





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).





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 = dengan :

A u N u 56,1 G

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





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 =

A B u N HCl u 56,1 G

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 =

( B S ) u N Na 2S2 O 3 u 12,69

dimana,

G B = ml Na2S2O3 untuk titrasi blangko S = ml Na2S2O3 untuk titrasi sampel N = normalitas Na2S2O3 ( 0.1 N ) G = berat sampel





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 ELDVDQ\DGLQ\DWDNDQGDODP³VS JU DW ÛÛ³ \DQJ berarti bahwa bahan bakar dan air berada pada suhX Û & SDGD VDDW 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 hatihati 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 (5oF) 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





secara terus menerus dengan termometer. Setelah diperoleh pembacaan yang tetap, catat suhu biodiesel sampai 0,25oC (0,5oF). 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 (0,5oF). Kalau terjadi perbedaan suhu dari suhu pembacaan pertama lebih dari 0,5oC (1oF), maka ulangi pengujian hidrometer dan pengamatan suhu sampai suhu menjadi stabil dalam 0,5oC (1oF).

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.





c.

Untuk biodiesel yang mempunyai pour point antara 90oF dan -30oF (32oC dan -34oC), panaskan biodiesel tanpa pengadukan sampai 115oF (46oC) dalam penangas yang suhunya dipertahankan 118oF (48oC). Mendinginkan biodiesel dalam udara sampai suhu 95oF (35oC). Untuk biodiesel yang mempunyai pour point di atas 90oF (32oC) panaskan biodiesel sampai suhu 115oF (46oC) atau sampai suhu kira-kira 15oF (8oC) di atas pour point yang diharapkan. Untuk biodiesel yang mempunyai pour point di bawah -30oF (34oC), panaskan biodiesel sampai suhu 115oF (46oC), dan dinginkan sampai suhu 60oF (16oC) dalam penangas air dimana suhunya dipertahankan 45oF (7oC).

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 (8oC) diatas pour point biodiesel yang diharapkan untuk biodiesel yang mempunyai pour point di atas suhu 90oF (32oC) atau untuk biodiesel yang lain, pada suhu 20oF (11oC) diatas pour point yang diharapkan, pada setiap pembacaan termometer yang merupakan kelipatan 5oF (3oC), 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 (10oC), pindahkan tabung uji ke jaket lain di dalam penangas kedua dimana suhunya dipertahankan antara 0 sampai 5oF (-18 sampai -15oC). Apabila biodiesel masih mengalir bilamana suhu mencapai 20oF (-7oC), maka pindahkan tabung ke penangas yang ketiga dimana suhunya

commit to user





dipertahankan antara -30 sampai -25oF (-34 sampai -32oC). 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 (3oC) 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





4 mm (5/32 in). Memanaskan contoh dengan kecepatan pemanasan 9 sampai 11oF (5 sampai 6oC) / menit. Memutar pengaduk 90 sampai 120 rpm. b.

Apabila contoh mempunyai flash point 230oF ( 110oC ) atau lebih rendah, gunakan nyala uji apabila suhu contoh berada 30 sampai 50oF (17 sampai 28oC) di bawah flash point yang diharapkan untuk setiap kelipatan pembacaan suhu 2oF (1oC). Selama penggunaan nyala uji jangan dilakukan pengadukan. Lama penggunaan nyala uji adalah 1 detik.

c.

Apabila contoh mempunyai flash point di atas 230oF (110oC) gunakan nyala uji untuk setiap suhu kelipatan dari 5oF (2oC), mulai dari suhu 30 sampai 50oF (17 sampai 28oC) 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 : Ȟ = C.t





dimana,

Ȟ = 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.





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.





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 0HVLQ GLHVHO GLVHEXW MXJD ´Compression ignition engine´ NDUHQD 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)





b. Memutar kunci kontak kekanan selama 20 sampai 30 detik (pemanasan) c. Memutar kunci kontak searah jarum jam (kekanan) sampai maksimal d. Mengatur throttle GLPDQD SXWDUDQ PHVLQ SDGD NRQGLVL ³idle´ 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: x

Laju bahan bakar

x

Air pendingin (suhu air masuk, air keluar)

commit to user





x

Manometer

x

Beban (kg)

c. Pada setiap tahap / kedudukan hitung : x

Daya output

x

Konsumsi bahan bakar

x

Konsumsi bahan bakar spesifik

x

Perbandingan udara bahan bakar





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 04-71822006 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 Lain ± lain

C17H35COOH

4,16

-

6,13

commit to user Progam Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta 30




B. Sifat Fisis Biodiesel Minyak Biji Kapuk Randu

Tabel 4.2 Karakteristik Biodiesel dari Minyak Biji Kapuk Randu No

Parameter

Satuan

Nilai

SNI 047182-2006

ASTM ASTM D-

1

Specific Gravity at 60/60 0F

-

0,8792

850-890

1298

pada 40 0C

(0,8400,920)

2

Viscosity Kinematic at 40 0

mm2/s

C

4,565

2,3-60

ASTM D445 (1,9 ± 6) ASTM D 93

3

Flash Point/Titik Nyala

0

C

188,5

Min 100 (Min 65) ASTM D

4

Warna

-

2,0

-

1500 ( maks 6) ASTM D 97

5

6

Pour Point/Titik Tuang

Copper strip Corosion suhu 100 0C (3 jam)

C

3

Maks 18

-

1b

Maks no 3

0

(Maks 18) ASTM D 130 ASTM D

7

Conradson Carbon Residue

%wt

0,047

Maks 0,05

189 (Maks 0,05)

commit to user Progam Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta




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.





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.





C. Sifat Kimia Biodiesel Minyak Biji Kapuk Randu

Tabel 4.4 Sifat Kimia Biodiesel dari Minyak Biji Kapuk Randu Analisa

Satuan

Hasil

Standar

Untuk minyak

mgrek/gr

0,61056

-

Untuk biodiesel

mgrek/gr

0,0672

Untuk minyak

mgrek/gr

3,6612

Untuk biodiesel

mgrek/gr

4,02732

Asam lemak bebas

Asam lemak total -

SNI Angka asam

-

0,561

Maks 0,8 (mg KOH/g)

Angka penyabunan

-

151,192305

SNI Maks 189 SNI

Angka iod

-

71,064

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.





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

,VX]X+ROGHQ*HPLQLµ

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)





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





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 = ʌ[Q[ 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

memberikan daya yang lebih besar daripada bahan bakar solar.


tinggi




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 = ʌ 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





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 =

b.3600 .U b (kg/jam) t.1000.

SFC = mf P Dimana :

b

= volume buret yang dipakai dalam pengujian (cc)

t

= waktu yang diperlukan untuk pengosongan buret dalam detik (s)

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





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.





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, acmpuran biodiesel lebih baik daripada solar murni.

B. Saran 1. Kecepatan pengadukan

pada tahap esterifikasi harus diusahakan

seoptimal mungkin dengan kecepatan putaran yang tinggi ( 1>5 00 rpm) agar pencampuran berjalan dengan baik. 2.

Temperatur pemanasan dijaga agar tetap konstan pada suhu 60 tahap acid pretreatment dan 05

0

0

C pada

C 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.

commit to user Program Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta 41

LAPORAN TUGAS AKHIR PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK BIJI KAPUK RANDU

Recommend Documents