2.4. Ultrasonik
Ultrasonik merupakan gelombang bunyi yang termasuk gelombang longitudinal, dengan frekuensi di atas 20.000 Hz. Frekuensi tersebut tidak dapat
didengar oleh telinga manusia, karena manusia hanya mampu mendengar suara dengan frekuensi di antara 20
– 20.000 Hz. Gelombang ultrasonik merupakan rambatan energi yang dapat merambat dalam medium padat, cair dan gas, serta
menyebabkan vibrasigetaran molekul-molekul zat yang saling beradu satu sama lain Bueche 1986; Resnick Halliday 1992.
Gelombang ultrasonik yang dirambatkan pada cairan akan menimbulkan gelombang ekspansi tekanan negatif dan gelombang kompresi tekanan positif.
Ekspansi dan kompresi secara berulang-ulang ini menimbulkan energi getaran kavitasi dan membentuk gelembung gas berukuran mikro Singh 2008.
Gelembung mikro menyimpan energi yang besar dalam bentuk tegangan permukaan, di mana besarnya tegangan permukaan berbanding terbalik dengan
jari-jari gelembung. Semakin kecil diameter gelembung, semakin besar energi tegangan permukaannya Susilo 2008.
Gelembung mikro bersifat sangat tidak stabil, berumur sangat singkat kurang dari 110.000.000 detik, dan menghasilkan panas lebih dari 5000 K
dengan tekanan berkisar 1000 atm ketika gelembung tersebut pecah Darylianty 2007. Pecahnya gelembung mikro bertegangan tinggi juga membantu
mengecilkan ukuran droplet metanol dan droplet minyak menjadi 42 lebih kecil dibandingkan ukuran droplet yang dihasilkan melalui metode pengadukan
konvensional. Hal ini pada akhirnya menyebabkan jumlah area antar muka metanol-minyak akan bertambah, sehingga membantu proses transfer massa serta
emulsifikasi di antara kedua cairan immiscible tersebut Sampayo Javier 2005; Ji et al. 2006; Wu et al. 2007.
Banyak keuntungan yang dihasilkan dari penggunaan energi ultrasonik dalam produksi biodiesel. Selain menambah input energi ke dalam sistem reaksi
Altic 2010, penggunaan energi ultrasonik memiliki keuntungan sebagai berikut : memperkecil ukuran droplet sehingga meningkatkan luas antar muka antar cairan
immiscible metanol-minyak, mengurangi waktu reaksi, meningkatkan efisiensi
katalitik, lebih mudah diterapkan dalam skala industri, dan lebih siap
diaplikasikan untuk produksi biodiesel sistem kontinyu Mason 1999; Stavarache 2003; Wu et al. 2007.
Pengolahan biodiesel menggunakan gelombang ultrasonik pertama kali dilaporkan oleh Stavarache 2003, yaitu secara dramatis dapat mempersingkat
waktu transesterifikasi dengan tetap menghasilkan rendemen yang tinggi. Altic 2010 menyatakan bahwa irradiasi ultrasonik memiliki kemampuan dalam
memberikan input energi kinetik sehingga meningkatkan laju reaksi esterifikasi pada brown grease ALB 85,35. Menurut Singh 2008, besarnya energi yang
dihasilkan tersebut lebih dipengaruhi oleh faktor amplitudo dibandingkan dengan faktor waktu pemaparan lihat Gambar 7.
Gambar 5
Pengaruh faktor waktu dan amplitudo terhadap input energi alat ultrasonik dijalankan pada frekuensi 24 kHz, daya 400 W Singh
2008.
Colucci et al. 2005 menghasilkan biodiesel minyak kedelai dalam waktu tiga sampai lima kali lebih singkat dibandingkan transesterifikasi metode
pengadukan mekanis. Biodiesel minyak kedelai yang dihasilkan melalui metode ultrasonik menghasilkan rendemen 99 pada perlakuan 15 menit, suhu 40
o
C, dan katalis KOH 1,5. Ultrasonik juga bekerja baik dan lebih singkat pada reaksi
transesterifikasi menggunakan katalis enzim tanpa mengganggu karakteristik enzim Shah et al. 2005; Wu Zong 2005.
Waktu, menit Amplitudo,
In pu
t E
ne rg
i W
.d et
Hasil penelitian Susilo 2008 juga menunjukkan gelombang ultrasonik meningkatkan laju transesterifikasi minyak nabati menjadi biodiesel. Konversi
minyak nabati menjadi biodiesel dengan penggunaan gelombang ultrasonik lebih tinggi dibandingkan dengan penggunaan pengaduk mekanis. Konversi dapat
mencapai 100 dengan waktu proses 1 menit Susilo 2008. Konversi tersebut jauh lebih tinggi dibandingkan dengan penggunaan pengaduk mekanis yang hanya
mampu pada kisaran konversi sekitar 96 dengan waktu proses antara 30 menit hingga 2 jam. Menurut Susilo, peningkatan laju reaksi transesterifikasi tersebut
tidak hanya disebabkan kenaikan suhu proses secara makro, tetapi juga karena adanya kavitasi dan timbulnya bintik panas hot spot akibat pecahnya gelembung
mikro. Armenta et al. 2007 telah mencoba melakukan penelitian penggunaan
variasi instrumen ultrasonik bath dan probe. Penelitian tersebut dilakukan pada beberapa konsentrasi katalis KOH, perbandingannya dengan katalis Sodium
metoksida, dalam suhu 20
o
C dan 60
o
C, serta pada parameter waktu 10 – 90
menit. Hasilnya adalah, penggunaan instrumen ultrasonik tipe probe menghasilkan rendemen biodiesel dalam kisaran yang tidak jauh berbeda dengan
yang dihasilkan dari tipe bath. Katalis sodium metoksida dalam konsentrasi yang lebih kecil mampu menghasilkan rendemen yang lebih besar. Penggunaan suhu 60
o
C menghasilkan rendemen yang lebih besar dibandingkan suhu 20
o
C, serta semakin lama waktu ultrasonik, semakin besar rendemen yang dihasilkan.
2.5. Titik Kabut Biodiesel
Kategori