metode ASTM D 287 atau ASTM DI 298 dan mempunyai satuan kilogrammeter kubik kgm
3
. Kerapatan suatu fluida dapat didefinisikan sebagai massa per satuan volume, yaitu:
ρ =
v m
2.2
dengan rapat massa kgm
3
m = massa kg v = volume m
3
2.3.3 Tititk Nyala
Flash Point
Titik nyala adalah titik temperatur terrendah dimana bahan bakar dapat menyala ketika bereaksi dengan udara. Bila nyala terus terjadi secara menerus maka
suhu tersebut diinamakan titik bakar fire point. Titik nyala yang terlampau tinggi
dapat menyebabkan keterlambatan penyalaan sementara apabila titik nyala terlampau rendah akan menyebabkan timbulnya denotasi yaitu ledakan kecil yang terjadi
sebelum bahan bakar masuk ruang bakar. Hal ini juga dapat meningkatkan resiko bahaya saat penyimpanan. Semakin tinggi titik nyala dari suatu bahan bakar semakin
aman penanganan dan penyimpanannya.Widyastuti, L.,2007
2.3.4 Titik Kabut
Cloud Point
Titik kabut adalah temperatur pada saat bahan bakar mulai tampak “beerawan”
cloudy, hal ini timbul karena munculnya kristal-kristral padatan di dalam bahan bakar.Walaupun bahan bakar masih bisa mengalir pada titik ini
keberadaan kristal di dalam bahan bakar dapat mempengaruhi kelancaran aliran
bahan bakar di dalam filter, pompa, dan injector.
Sedangkan titik tuang pour point adalah temperatur terendah yang masih
memungkinkan terjadinya aliran bahan bakar di bawah pour point bahan bakar tidak lagi bisa mengalir karena terbentuknya Kristal yang menyumbat aliran bahan bakar
dan pada cloud point terjadi pada temperatur yang lebih tinggi dibandingkan dengan
pour point.
Universitas Sumatera Utara
Pada umumnya permasalahan pada aliran bahan bakar terjadi pada temperatur diantara
cloud point dan pour point pada saat keberadaan kristal mulai menggangu proses filtrasi bahan bakar. Oleh karena itu digunakan metode pengukuran yang lain
untuk mengukur performansi bahan bakar pada temperatur rendah yakni Cold Filter
Plugging Point CFPP dan Low Temperatur Flow Test LTFT dengan standart ASTM D 4539. Pada umumnya
pour dan cloud point biodiesel lebih tinggi dibandingkan dengan solar. Untuk mengatasi hal itu dapat dipergunakan
pencampuran biodiesel dengan solar,atau menambahkan adatif tertentu pada biodiesel,untuk mencegah terjadinya kristal- kristal yang terbentuk pada biodiesel
Indartono, Y. S.,2006
2.3.5 Kadar Air
Water Contain
Pada negara yang mempunyai musim dingin kandungan air yang terkandung dalam bahan bakar dapat membentuk kristal yang dapat menyumbat aliran bahan
bakar. Selain itu keberadaan air dapat menyebabkan korosi dan pertumbuhan mikro organisme yang juga dapat menyumbat aliran bahan bakar. Sedimen dapat
menyebabkan penyumbatan juga dan kerusakan mesin Indantono, Y. S.,2006
2.3.6 Bilangan Iodine
Number iodine
Angka iodine pada biodiesel menunjukkan tingkat ketidakjenuhan senyawa penyusun biodiesel, padahal disisi lain keberadaan senyawa tak jenuh meningkatkan
performansi biodiesel pada temperatur rendah karena senyawa ini memiliki titik leleh melting point yang lebih rendah sehingga berkorelasi pada cloud dan pour point
yang juga rendah. Namun di sisi lain banyak senyawa lemak tak jenuh di dalam biodiesel memudahkan senyawa itu bereaksi dengan oksigen di atmosfer dan bisa
terpolimerisasi membentuk material serupa plastik. Oleh karena itu terdapat batasan maksimal harga iodine yang diperbolehkan untuk biodiesel yaitu 115 berdasarkan
standard SNI Biodiesel.
Universitas Sumatera Utara
Pengaruh naiknya ketidakjenuhan metil ester dapat menyebabkan gas CO
2
bertambah besarnya derajat ketidakjenuhan berhubungan dengan bilangan iod. Semakin panjang
rantai karbon semakin rendah emisi gas buang CO
2
dan semakin tinggi bilangan iodine semakin rendah emisi gas buang CO
2
yang dihasilkan. Indantono, Y. S.,2006
2.4 Proses Pembuatan Biodiesel
Biodiesel dapat diperoleh dari minyak turunan kacang tanah dimana biji kacang tanah dihaluskan lalu dipanaskan melalui ekstraksi
soxhleat apparatus sehingga nhexan mengikat minyak kacang tanah. Demikian untuk sampel
selanjutnya sesuai dengan kebutuhan biodiesel yang diinginkan. Setelah diperoleh minyak kacang tanah + n-hexan, lalu dirotavapor agar n-hexan dapat dipisahkan dari
minyak kacang tanah itu. Selanjutnya minyak kacang tanah ini ditransesterifikasi, dengan pelarut metanol, katalis KOH dan kosolven eter seperti diagram alir ini.
Blok diagaram proses pembuatan biodiesel sebagai berikut :
Proses Transesterifkasi Metil Ester
Gliserol
Transesterifikasi
Rotavapor
Ekstraksi Kacang
tanah
O O
CH
2
–O – C- R
1
CH
3
– O –C –R
1
O Kosolven Eter O
CH2-OH CH – O - C - R
2
+ CH
3
OH CH
3
– O- C – R
2
+ CH
2
- OH O Katalist KOH O
CH
2
- OH CH –O - C - R
3
CH
3 -
O – C – R
3
Eter Trigliserida + Metanol Campuran + Gliserol
KOH Metil Ester
Universitas Sumatera Utara
Dimana R
1,
R
2,
R
3
merupakan hidrokarbon rantai panjang dari asam lemak jenuh dan tak jenuh. Hamid, T.,2003
Tabel 2.2. Struktur Kimia Asam Lemak
Nama Asam
Lemak Jumlah
Atom Karbon
dan Ikatan
Rangkap Rumus Kimia
Kaprilat C
8
CH
3
CH
2 6
COOH Kaprat
C
10
CH
3
CH
28
COOH Laurat
C
12
CH
3
CH
2 10
COOH Miristat
C
14
CH
3
CH
2 12
COOH Palmitat
C
16.0
CH
3
CH
2 14
COOH Palmitoleat
C
16.1
CH
3
CH
2 5
CH=CHCH
2 7
COOH Stearat
C
18.0
CH
3
CH
216
COOH Oleat
C
18.1
CH
3
CH
2 7
=CHCH
2 7
COOH Linoleat
C
18.2
CH
3
CH
2 4
CH=CHCH
2
CH=CHCH
2 7
COOH Linolenat
C
18.3
CH
3
CH
2 2
CH=CHCH
2
CH=CHCH
2
CH=CHCH
2 7
COOH Arachidat
C
20.0
CH
3
CH
2 18
COOH
Naibaho, K., 2009 Transesterifikasi disebut alkoholisis adalah pertukaran antara alkohol dengan suatu
ester untuk membentuk ester lain pada suatu proses yang mirip dengan hidrolisis,kecuali pada penggunaan alkohol untuk menggantikan air. Proses ini telah
digunakan secara luas untuk mengurangi viskositas trigliserida. Alkoholisis adalah reaksi
reversible yang terjadi pada temperatur ruang dan berjalan dengan lambat tanpa dibantu dengan katalis. Untuk mendorong reaksi kearah kanan
dapat dilakukan dengan menggunakan alkohol berlebih Widyastuti, L.,2007. Reaksi antara minyak trigliserida dengan alkohol disebut transesterifikasi .
Alkohol direaksikan dengan ester untuk menghsilkan ester baru sehingga terjadi pemecahan senyawa trigliserida untuk mengadakan migrasi gugus alkil antar ester
dan ester baru yang dihasilkan adalah metil ester biodiesel. Darnoko, 2000
Universitas Sumatera Utara
Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan transesterifikasi : 1. Suhu
Kecepatan reaksi secara kuat dipengaruhi oleh temperatur reaksi pada ummnya reaksi ini dapat dijalankan pada suhu mendekati titik didih metanol
65
o
C pada tekanan atmosfer. Kecepatan reksi akan meningkat sejalan dengan kenaikan temperatur semakin tinggi temperatur berarti semakin banyak yang
dapat digunakan oleh reaktan untuk mencapai energi aktivasi. Arhenius mengatakan bahwa hubungan antara konstanta kecepatan reaksi dengan
temperatur mengikuti persamaan sebagai berikut: K = A
2.3 Keterangan
K = konstanta kecepatan reaksi R = konstanta gas
A = factor frekuensi T = suhu absolute
E = energi aktivasi 2. Waktu
reaksi Semakin lama waktu reaksi maka semakin banyak produk yang dihasilkan
karena ini akan memberikan kesempatan rektan untuk bertumbukan satu sama lain. Namun setelah kesetimbangan tercapai tambahan waktu reaksi tidak akan
mempengaruhi reaksi. Penelitian yang menggunakan lama reaksi 3 jam Azis., 2005
3. Katalis Katalis berfungsi untuk mempercepat reaksi dengan menurunkan energi aktivasi
reaksi namun tidak menggeser letak kesetimbangan. Tanpa katalis rekasi transesterifikasi baru dapat berjalan pada suhu sekitar 250°C. Penambahan katalis
bertujuan untuk mempercepat reaksi dan menurunkan kondisi operasi. Katalis yang dapat digunakan adalah katalis asam, katalis basa ataupu penukar ion.
Dengan katalis basa reaksi dapat berjalan pada suhu kamar sedangkan katalis
Universitas Sumatera Utara
asam pada umumnya memerlukan suhu reaksi diatas 100°. Katalis yang
digunakan dapat berupa katalis homogen maupun hetrogen. katalis homogen adalah katalis yang mempunyai fase yang sama dengan reaktan dan produk
sedangkan katalis hetrogen adalah katalis yang fasenya berbeda dengan reaktan dan produk. Katalis homogen yang banyak digunakan adalah alkoksida logam,
seperti KOH dan NaOH dalam alkohol, selain itu dapat juga digunakan katalis asam cair misalnya asma sulfat, asam klorida dan asam sulfonat.
Penggunaan katalis homogen mempunyai kelemahan, yaitu bersifat korosif, sulit dipisahkan dari produk dan katalis tidak dapat digunakan kembali. Saat ini
banyak industri menggunakan katalis hetrogen yang mempunyai banyak keuntungan dan sifatnya yang ramah lingkungan yaitu tidak bersifat korosif,
mudah dipisahkan dari produk dengan cara filtrasi serta dapat digunakan berulang kalidalam jangka waktu yang lama.
Katalis basa KOH, NaOH lebih efisien dibanding dengan katalis asam pada reaksi tansesterifikasi. Transmetillasi terjadi kira-kiara 4000 kali lebih cepat
dibandingkan dengan katalis asam dengan jumlah yang sama. Konsentrasi katalis basa divariasikan antara 0,5 – 1,5 dari massa minyak. Widyastuti, L., 2007
4. Pengadukan Pada reaksi transesterifikasi reaktan-reaktan awalnya membentuk sistim
cairan dua fasa. Reaksi dikendalikan oleh difusi diantara diantara fase-fase yang berlangsung lambat. Seiring dengan terbentuknya metil ester ia bertindak sebagai
pelarut tunggal yang dipakai bersama oleh reaktan-reaktan dan sistim dengan fase tunggalpun terbentuk. Dampak pengadukan ini sangat signifikan selama reaksi.
Setelah sistim tunggal terbentuk maka pengudukan menjadi tidak lagi mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap reaksi. Pengadukan dilakukan dengan tujuan
untuk mendapatkan campuran reaksi yang bagus. Pengadukan yang tepat akan mengurangi hambatan antar massa. Pengadukan transesterifikasi 1500 rpm
Purwono, S., 2003.
Universitas Sumatera Utara
5. Perbandingan Reaktan
Variabel penting lain yang mempengaruhi hasil ester adalah rasio molar antara alkohol dan minyak nabati. Stoikiometri reaksi transesterifikasi
memerlukan 1 mol minyak trigliserida memerlukan 6 mol metanol menggunakan rasio molar alkohol-minyak = 1 : 6. Terlalu banyak alkohol yang dipakai
menyebabkan biodiesel mempnyai viskositas yang rendah dibandingkan viskositas solar juga akan menurunkan titik nyala
flas point. Hal ini disebabkan karena pengaruh sifat-sifat alkohol yang mudah terbakar. Perbandingan alkohol
minyak = 1 : 2,2 etanol : minyak. Kusmiyati, 1995
2.5 Bahan Bakar Diesel Solar
Bahan bakar solar tersusun atas ratusan rantai hidrokarbon yang berbeda, yaitu pada rentang 12 sampai 18 rantai karbon. Hidrokarbon yang terdapat dalam
minyak solar meliputi paraffin, naftalena, olefin dan aromatic mengandung 24 aromatic berupa benzene, toluene, xilena dan lain-lain, dimana temperatur
penyalaannya akan menjadi lebih tinggi dengan adanya hidrokarbon volatile yang lebih banyak.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3. Karakteristik Solar Batasan
Metode Uji ASTMlain
NO Karakteristik
UNIT MIN
MAX ASTM
IP
1 Angka Setana
45 -
D-613 2
Indeks Stana 48
- D4737
3 Berat Jenis pada 15
C Kgm
3
815 870
D-1298 D-4737 4
Viskositas pada 40 C
Mm2sec 2.0
5.0 D-445
5 Kandungan Sulfur
mm -
0.35 D-1552
6 Distilasi : T95
°C -
370 D-86
7 Titik Nyala
°C 60
- D-93
8 Titik Tuang
o
C -
18 D-97
9 Karbon Residu
merit -
Kelas I D-4530
10 Kandungan Air Mgkg
- 500
D-1744 11 Biological Grouth
- Nihil
12 Kandungan FAME vv
- 10
13 Kandungan Metanol Etanol
vv Tak Terdeteksi
D-4815 14 Korosi bilah tembaga
Merit -
Kelas I D-130
15 Kandungan Abu mm
- 0.01
D-482 16 Kandungan Sedimen
mm -
0.01 D-473
17 Bilangan Asam Kuat mgKOHgr
- D-664
18 Bilangan Asam Total mgKOHgr
- 0.6
D-664 19 Partikulat
Mgl -
- D-2276
20 Penampilan Visual -
Jernih dan terang 21 Warna
No.ASTM -
3.0 D-1500
Wahyuni, A. I.,2008
2.6 Pemakaian
Biodiesel Sebagai Bahan Bakar Diesel
Dari hasil penelitian penelitian yang telah dilakukan untuk mempelajari berbagai efek pamakaian minyak nabati sebagai bahan bakar motor diesel baik secara
murni biodiesel 100 B100 maupun campuran biodiesel dengan solar seperti B10, B20 dan seterusnya menunjukkan bahwa kinerja motor diesel yang memakai
biodiesel sebagai bahan bakar adalah mendekati dengan dengan kinerja motor diesel Jadi sifat-sifat fisis biodiesel masih mendekati sifat-sifat fisis bahan bakar solar. Agar
biodiesel dapat dipergunakan sebagai pengganti bahan bakar diesel maka sifat-sifat fisis biodiesel harus sama dengan sifat-sifat fisis solar.
Universitas Sumatera Utara
Jika sifat-sifat fisis biodiesel belum sama dengan sifat-sifat fisis solar akan menyebabkan derajat atomisasi minyak biodiesel pada sistim injeksi akan kurang
baik dari pada bahan bakar solar.Wibowo, C. S., 2008 Untuk mendapatkan kinerja yang optimum pada sistim injeksi motor diesel ada 3
pilihan yang dapat dilakuklan,yaitu : 1. Modifikasi sifat-sifat fisika-kimia minyak nabati,agar sesuai dengan sifat-sifat
fisika-kimia bahan bakar diesel. 2. Modifikasi peratan injeksi untuk mendapatkan atomisasi yang memuaskan
pada ruang bakar mesin. 3. Kombinasi dari kedua modifikasi diatas
Dan yang dilakukan sekarang oleh peneliti-peneliti ilmiah adalah modifikasi sifat- sifat fisika-kimia minyak nabati sebagai berikut :
1. Menggunakan campuran minyak nabati dengan bahar bakar diesel fosil solar 2. Mengubah komposisi kimiawinya melalui suatu proses sederhana seperti
proses transesterifikasi Pada penelitian ini dipergunakan campuran biodiesel turunan kacang tanah dengan
bahan bakar solar dapat disebut B10 dan B20.
2.7 Emisi Gas Buang
2.7.1 Bahan Pencemar Polutan
Bahan pencemar polutan yang berasal dari gas buang dapat diklasifikasikan
menjadi beberapa kategori sebagai berikut :
1. Sumber Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder. Polutan primer
seperti nitrogen oksida NOx dan karbon-karbon HC langsung dibuang ke udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan.
Polutan sekunder seperti ozon O
3
dan peroksiasetil nitrat PAN adalah polutan yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia atau oksidasi.
Universitas Sumatera Utara
2. Komposisi Kimia
Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik mengandung karbon dan hydrogen,juga beberapa elemen seperti oksigen,
nitrogen, sulfur atau fosfor. Contohnya hidrokarbon, alkohol, ester dan lain- lain.Polutan inorganik seperti karbon monoksida CO, karbonat, nitrogen oksida,
ozon dan lain-lain. 3. Bahan
penyusun Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi
padatan, dan cairan seperti debu, asap, abu, kabut dan spray. Partikulat dapat bertahan di atmosfer sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan
bercampur dengan udara bebas. a. Partikulat
Polutan patikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan magnetik asap.Fasa
padatan tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan udara sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu partikulat
juga mengandung timbal yang merupakan bahan aditif untuk meningkatkan kinerja pembakaran bahan bakar pada mesin kenderaan.
Apabila butir-butir bahan bakar yang terjadi pada penyemprotan ke dalam silinder motor terlalu besar atau apabila butir-butir berkumpul menjadi satu
maka akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya karbon- karbon padat atau angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang
bertempratur tinggi tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada didalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna terutama
pada saat-saat dimana terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor akan diperbesar misalnya untuk akselerasi maka terjadinya
angus itu tidak dapat dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak maka gas buang yang keluar dari gas
buang motor akan berwarna hitam. Naibaho, K.,2009
Universitas Sumatera Utara
b. UHC Unburned Hidrocarbon
Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bias saja pada campuran
kurus bila suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor memancarkan
banyak hidrokarbon jika baru saja dihidupkan atau berputar bebas atau pemanasan.
Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran
hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar ditangki bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara
silinder dari torak masuk kedalam poros engkol,yang disebut dengan blow by
gasses gas lalu. Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga akan menghasilkan gas buang yang mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor
diesel terutama disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar.
c. Carbon Monoksida CO Karbon dan oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon
monoksida CO sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida CO
2
Sebagai hasil pembakaran sempurna. karbon monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas
yang tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan bakar kira-kira 85 dari berat dan sisanya hidrogen terbakar tidak
sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih gemuk dari pada campuran stoikiometris dan terjadi selama
idling dapat beban rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk, bila
campuran kurus karbon monoksida tidak terbentuk.
Universitas Sumatera Utara
d. Nitrogen Oksida NO
X
Senyawa nitrogen oksida yang sering menjadi pokok pembahasan dalam masalah polusi udara adalah NO dan NO
2.
Kedua senyawa ini terbuang langsung ke udara bebas dari hasil pembakaran bahan bakar. Nitrogen
monoksida NO merupakan gas berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam. Gas NO merupakan gas yang berbahaya karena mengganggu syaraf
pusat.gas NO terjadi karena adanya reaksi antara N
2
dan O
2
Naibaho, K., 2009
Persamaan reaksi N
2
dan O
2
sebagai berikut : O
2
2O N
2
+ O NO + N
N + O
2
NO + O 2.7.2
Pengendalian Emisi Gas Buang
Tingkat polusi udara dari mesin kendaraan tidak hanya dipengaruhi oleh teknologi pembakaran yang diterapkan dalam sistim itu saja tetapi juga besar
dipengaruhi oleh mutu bahan bakar yang dipakai. Dari segi kualitas bahan bakar Indonesia sangat jauh tertinggal dari negara-negara lain. Emisi gas buang yang
dihasilkan oleh pembakaran kendaraan bermotor pada umumnya berdampak negatif terhadap lingkungan.Untuk mengatasi kendaraan bermotor diesel yang menghasilkan
emisi gas buang yang relatif besar sehingga terjadi pencemaran lingkungan tidak ramah lingkungan dipergunakan bahan bakar B10 dan B20 yang dapat menurunkan
emisi gas buang sehingga pencemaran udara dapat diperkecil atau bahan bakar ini ramah lingkungan.
Universitas Sumatera Utara
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan dibeberapa tempat yaitu : 1.
Untuk proses ekstraksi dilakukan di Jln. Gagak Raya No.03.P.Mandala Medan 2.
Untuk proses transesterifikasi dilakukan di Laboratorium Kimia Anorganik MIPA USU Medan
3. Untuk penelitian sifat-sifat fisiko-kimia karakteristik Biodiesel dilakukan di
di Laboratorium Pusat Penelitian Kelapa Sawit PPKS atau Indonesian Oil
Palm Reaseach Institute IOPRI Jln Brigjen Katamso No. 51 Kp. Baru Medan. 4.
Untuk proses emeisi gas buang B10 dan B20 dilakukan di Auto 2000,Jln. Jend. Gatot Subroto No. 220 Medan
Waktu penelitian selama 5 bulan mulai Desember 2009 sampai April 2010.
3.2 Bahan dan Alat 1.
Untuk proses ekstraksi kacang tanah.
Bahan yang digunakan : - Kacang tanah sebanyak 10 kg
- Alkohol n-hexan secukupnya
- Kertas saring secukupnya Alat yang digunakan :
- Soxhleat apparaatus
- Pompa air untuk pendingin
- Lumpang - Mixer
- Neraca dan Gelas uku
Universitas Sumatera Utara