11
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian  dilakukan  di  Laboratorium  Penelitian,  Departemen  Teknik  Kimia Fakultas Teknik, Universitas Sumatera utara, Medan. Penelitian ini dilakukan selama
lebih kurang 6 bulan.
3.2 Bahan dan Peralatan
3.2.1 Bahan Penelitian
Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain: 1.
Crude Palm Oil CPO
2. Tulang ayam CaO
3. Aquadest H
2
O 4.
Natrium Hidroksida NaOH 5.
Etanol C
2
H
5
OH 6.
Phenolftalein C
20
H
14
O
4
7. Metanol CH
3
OH
3.2.2 Peralatan Penelitian
Pada penelitian ini peralatan yang digunakan antara lain : 1.
Erlenmeyer 2.
Magnetic Stirrer 3.
Hot Plate 4.
Corong Pemisah 5.
Beaker Glass 6.
Gelas Ukur 7.
Neraca Digital 8.
Batang Pengaduk 9.
Termometer 10.
Corong Gelas 11.
Pipet Tetes 12.
Statif dan Klem 13.
Stopwatch 14.
Piknometer 15.
Viskosimeter Ostwald 16.
Karet Penghisap 17.
Buret 18.
Furnace 19.
Ball Mill 20.
Labu leher tiga 21.
Oven
Universitas Sumatera Utara
12
3.3 Rancangan Percobaan
Penelitian ini dilakukan dengan variabel bebas berupa tulang ayam bb  sebagai katalis, rasio molar alkohol : CPO dan temperatur reaksi pada reaksi transesterifikasi.
Adapun  level  kode  dan  kombinasi  perlakuan  penelitian  dapat  dilihat  pada  tabel  3.1 berikut:
Tabel 3.1 Rancangan Penelitian Run
Katalis bb Rasio Molar
EtanolCPO Temperatuer Reaksi
Transesterifikasi
o
C 1
5 13:1
60 2
5 13:1
65 3
5 13:1
70 4
5 15:1
60 5
5 15:1
65 6
5 15:1
70 7
5 17:1
60 8
5 17:1
65 9
5 17:1
70 10
6 13:1
60 11
6 13:1
65 12
6 13:1
70 13
6 15:1
60 14
6 15:1
65 15
6 15:1
70 16
6 17:1
60 17
6 17:1
65 18
6 17:1
70 19
7 13:1
60 20
7 13:1
65 21
7 13:1
70 22
7 15:1
60 23
7 15:1
65 24
7 15:1
70 25
7 17:1
60 26
7 17:1
65 27
7 17:1
70
Universitas Sumatera Utara
13
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Analisa Komposisi
Bahan Baku
Analisa sampel dilakukan terhadap bahan baku dilakukan dengan analisa GC Gas  Chromatography  yang  dianalisa  di  Pusat  PKS  Jalan  Brigjen  Katamso  51,
Medan.
3.4.2 Analisa
Free Fatty Acid FFA Bahan Baku CPO
Untuk  analisa  kadar  FFA  bahan  baku  CPO  dilakukan  menggunakan  MPOB titration standard
[39] dengan prosedur sebagai berikut : 1.
Bahan baku CPO sebanyak 20 gram dimasukkan ke dalam erlenmeyer. 2.
Etanol 95 ditambahkan sebanyak 150 ml  vv 3.
Campuran dikocok kuat dan diambil 10 ml untuk dilakukan titrasi dengan NaOH 0,25 N dengan indikator fenolftalein 10 gl dalam 95 etanol 4 tetes. Titik akhir
tercapai jika warna larutan berwarna merah rosa 4.
Dicatat volume NaOH 025 N yang terpakai. FFA =
,
Dimana  V
NaOH
adalah  volume  NaOH  yang  terpakai,  M
NaOH
adalah  molaritas NaOH yang digunakan, dan W
oil
adalah berat sampel minyak yang diuji
.
3.4.3 Tahap Proses Kalsinasi Tulang Ayam CaO
Proses Kalsinasi katalis tulang ayam dilakukan dengan prosedur sebagai berikut [7]:
Tulang  ayam dikumpulkan lalu direbus selama  20 menit, kemudian dijemur selama beberapa  hari,  lalu  dihaluskan  dengan  ball  mill,  lalu  dibakar  dalam  furnace  dengan
temperatur  pembakaran  1000 C  selama  4  jam  hingga  menjadi  abu,  lalu  disaring
lolos ayakan 100 mesh.
3.4.4 Proses Esterifikasi
Prosedur  esterifikasi  dilakukan  dengan  mengadopsi  prosedur  yang  dilakukan oleh Petrus dan Andika yaitu :
Universitas Sumatera Utara
14 1.
Sebanyak  150  gram  CPO  yang  telah  dianalisa  kadar  FFA-nya  dimasukkan  ke dalam  labu  leher  tiga  yang  dilengkapi  dengan  refluks  kondensor,  termometer,
magnetic stirrer. 2.
Metanol  perbandingan  mol  metanol  TG  CPO  adalah  6:1  dicampurkan  dan dimasukkan ke dalam labu leher tiga, setelah itu ditambah katalis H
2
SO
4
3,0 bb CPO
3. Suhu  reaksi  dipertahankan  konstan  60
o
C  selama  90  menit  dengan  kecepatan pengadukan konstan 250 rpm.
4. Setelah  reaksi  selesai  maka  hasil  reaksi  dimasukkan  ke  dalam  corong  pemisah
dan  didiamkan  hingga  terbentuk  dua  lapisan  yaitu  lapisan  atas  metanol  dan lapisan bawah minyak  yang terdiri dari campuran trigliserida, metil ester, asam
lemak bebas sisa dan katalis sisa. 5.
Hasil reaksi kemudian dicuci  dengan 150 ml aquades dalam beaker glass selama 15  menit  dilakukan  dua  kali  pencucian.  Lapisan  bawah  dipisahkan  dengan
corong  pemisah  dan  kemudian  lapisan  atas  dipanaskan  dalam  oven  110
o
C sampai massa konstan.
6. Kadar FFA akan bernilai dibawah 5 dan reaksi esterifikasi telah selesai.
3.4.5 Proses  Tranesterifikasi  CPO  Menggunakan  Katalis  Abu  Tulang  Ayam
CaO
Untuk  proses  transesterifikasi  CPO  menggunakan  katalis  abu  tulang  ayam CaO dilakukan sebagai berikut :
1. Ditimbang  abu  tulang  ayam  sebanyak  5  bb  lalu  dimasukkan  ke  dalam
beaker  glass dan  ditambahkan  etanol  hingga  sesuai  dengan  rasio  molar
etanolCPO 13:1 ke dalam beaker glass lalu didiamkan 24 jam. 2.
Sejumlah  CPO  dimasukan  dengan  etanol  dengan  rasio  molar  yang  telah ditentukan  dari  etanol  terhadap  CPO  ke  dalam  labu  leher  tiga  yang  dilengkapi
dengan pendingin refluks, termometer dan magnetic stirrer di atas hot plate. 3.
Dimasukkan CaO dengan berat tertentu dari berat total CPO dan etanol ke dalam campuran di dalam labu leher tiga.
Universitas Sumatera Utara
15 4.
Dipanaskan  campuran  dengan  hot  plate  hingga  mencapai  suhu  reaksi  konstan sebesar  60
C,  dihomogenkan  campuran  menggunakan  magnetic  stirrer  dengan kecepatan 500 rpm selama waktu tertentu.
5. Dimasukkan  campuran  reaksi  ke  dalam  corong  pemisah  dan  dibiarkan  hingga
terbentuk 2 lapisan. 6.
Dipisahkan  lapisan  bawah  yang  merupakan  campuran  CaO,  etanol  dan  gliserol dari lapisan atas.
7. Ditambahkan  air  panas  ke  dalam  corong  pemisah  yang  berisi  lapisan  atas  dan
dikocok  untuk  mengekstrak  pengotor  yang  masih  terdapat  dalam  lapisan  ini, sehingga  terbentuk  kembali  2  lapisan.  Dibuang  kembali  lapisan  bawah  dan
perlakuan ini diulang beberapa kali hingga air cucian berwarna bening. 8.
Dikeringkan lapisan atas yang merupakan etil ester. 9.
Ditimbang etil ester yang telah kering dan dianalisis. 10.
Prosedur  di  atas  diulangi  untuk  variabel  proses  lainnya  seperti  yang  telah dijelaskan pada rancangan percobaan.
3.4.6 Sketsa Percobaan
Gambar 3.1  Rangkaian Peralatan Pembuatan Biodiesel dari Crude Palm Oil CPO Secara Transesterifikasi Menggunakan Etanol dan  Katalis CaO
Keterangan gambar: 1. Statif dan klem
2. Stirrer 3. Termometer
4. Labu leher tiga 5. Heater
6. Refluks kondensor 7. Air dingin masuk
8. Air dingin keluar
1 2
3 4
5 7
8 6
Universitas Sumatera Utara
16
3.4.7 Prosedur Analisa
3.4.7.1 Analisa  Komposisi  Bahan  Baku  CPO  dan  Biodiesel  yang  dihasilkan
menggunakan GCMS Komposisi  bahan  baku  CPO  dan  biodiesel  yang  dihasilkan  akan  dianalisa
menggunakan  instrumen  GCMS  pada  Laboratorium  Pusat  Penelitian  Kelapa  Sawit PPKS.
3.4.7.2 Analisa Viskositas Biodiesel yang dihasilkan dengan Metode Tes ASTM
D 445 Viskositas  adalah  ukuran  hambatan  cairan  untuk  mengalir  secara  gravitasi,
untuk aliran gravitasi dibawah tekanan hidrostatis, tekanan cairan sebanding dengan kerapatan cairan. Satuan viskositas dalam cgs adalah cm
2
per detik Stokes. Satuan SI  untuk  viskositas  m
2
per  detik  104  St.  Lebih  sering  digunakan  centistokes  cSt 1cSt =10
-2
St = 1 mm
2
s. Untuk analisa viskositas menggunakan metode tes ASTM D-445.  Untuk  pengukuran  viskositas  ini  menggunakan  peralatan  utama  yaitu
viskosimeter Ostwald tube tipe kapiler,  viscosimeter holder dan bath pemanas pada 37,8
o
C.  Termometer  yang  digunakan  dengan  ketelitian  0,02
o
C  dan  menggunakan stopwatch dengan ketelitian 0,2 detik.
3.4.7.3 Analisa Densitas Biodiesel
Untuk  analisa  densitas  menggunakan  metode  tes  OECD  109.  Untuk pengukuran densitas ini menggunakan peralatan utama yaitu piknometer. Perbedaan
berat kosong dan penuh dihitung pada suhu 20
o
C.
Universitas Sumatera Utara
17
3.5 Flowchart Penelitian
3.5.1 Flowchart Analisa
Free Fatty Acid FFA Bahan Baku CPO
Gambar 3.2 Flowchart Analisa Free Fatty Acid FFA Bahan Baku CPO Selesai
Dicatat volume NaOH 0,1 yang terpakai Mulai
Bahan baku CPO sebanyak 20 gram dimasukkan ke dalam erlenmeyer Etanol 95 ditambahkan sebanyak 150  ml
Campuran dikocok kuat hingga sampel larut dan diambil sebanyak 10 ml
Ditritasi dengan NaOH 0,1 N dan ditambah 4 tetes indikator pp hingga berubah menjadi merah rosa
Universitas Sumatera Utara
18
3.5.2 Flowchart Proses Esterifikasi
Gambar 3.3 Flowchart Proses Esterifikasi Mulai
Bahan baku CPO sebanyak 7,05 ± 0,05 gram dimasukkan ke dalam erlenmeyer
Selesai Suhu reaksi dipertahankan konstan 60
o
C selama 90 menit dengan kecepatan pengadukan konstan 250 rpm.
Metanol dan katalis H
2
SO
4
dicampurkan  dan dimasukkan ke dalam labu leher tiga tersebut. Perbandingan mol metanolTG CPO adalah 6:1 dan asam sulfat 3
bb CPO Sebanyak 150 gram CPO yang telah dianalisa kadar FFA-nya dimasukkan ke
dalam labu leher tiga yang dilengkapi dengan refluks kondensor, termometer, magnetic stirrer.
Hasil reaksi dimasukkan kedalam corong pemisah dan didiamkan hingga terbentuk 2 lapisan kemudian dicuci dengan 150 ml aquades dalam beaker glass
selama 15 menit sebanyak 2 kali
Lapisan yang terbentuk dipisahkan dengan corong pemisah lalu dipanaskan dalam oven pada suhu 110
o
C sampai berat konstan
Kadar FFA CPO dihitung
Universitas Sumatera Utara
19
3.5.3 Flowchart Proses Kalsinasi Tulang Ayam CaO
Gambar 3.4 Flowchart Proses Kalsinasi Tulang Ayam CaO
3.5.4 Flowchart Proses Transesterifikasi CPO Menggunakan Katalis CaO
Ditimbang CPO, etanol dan katalis CaO yang telah disiapkan dengan berat tertentu
Dimasukkan CaO dengan berat tertentu dari berat total CPO dan etanol ke dalam campuran di dalam labu leher tiga
Mulai
Dimasukan CPO dan etanol dengan rasio molar yang telah ditentukan dari metanol terhadap CPO ke dalam labu leher tiga yang dilengkapi dengan
pendingin refluk, termometer dan magnetic stirrer diatas hot plate. Mulai
Tulang ayam dikumpulkan
Tulang ayam direbus selama 20 menit
Tulang ayam yang telah kering dihaluskan dengan menggunakan ball Mill
Tlang ayam hasil gilingan dibakar dalam furnace dengan temperatur pembakaran 1000
C selama 4 jam hingga menjadi abu
Diayak hingga lolos ayakan 100 mesh
Selesai
A
Universitas Sumatera Utara
20 Dipanaskan campuran dengan hot plate hingga mencapai suhu
reaksi konstan sebesar 60
o
C, dihomogenkan campuran menggunakan magnetic stirrer dengan kecepatan 500 rpm
selama waktu tertentu
Dimasukkan campuran reaksi ke dalam corong pemisah
Dipisahkan lapisan bawah yang merupakan campuran CaO, etanol dan gliserol dari lapisan atas
Ditambahkan air panas ke dalam corong pemisah yang berisi lapisan atas dan dikocok sehingga terbentuk kembali 2 lapisan
B
Apakah sudah terbentuk 2 lapisan ?
Dibiarkan hingga terbentuk 2 lapisan
Ya Tidak
Dibuang kembali lapisan bawah
Apakah air cucian sudah bening ?
Tidak
A
Universitas Sumatera Utara
21 Gambar 3.5 Flowchart Proses Transesterifikasi CPO Menggunakan Katalis CaO
Selesai Dikeringkan lapisan atas yang merupakan etil ester dengan
menggunakan rotary evaporator Ditimbang etil ester yang telah kering dan dianalisis
Prosedur di atas diulangi untuk variabel proses lainnya seperti yang telah dijelaskan pada rancangan percobaan
B
Ya
Universitas Sumatera Utara
22
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1  ANALISIS BAHAN BAKU CPO
CRUDE PALM OIL
Bahan  baku  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  CPO  Crude  Palm Oil
.  CPO merupakan minyak kasar yang diperoleh dengan cara ekstraksi daging buah sawit. Minyak sawit CPO hasil ekstraksi tersebut dianalisis menggunakan
GC Gas Chromatography untuk mengetahui komposisi asam-asam lemak yang terkandung didalamnya dan untuk menghitung berat molekul CPO dalam bentuk
trigliserida. Berikut merupakan komposisi asam lemak hasil analisis GC dari CPO yang
dianalisa  di  Laboratorium  Pusat  Penelitian  Kelapa  Sawit  PPKS  Jl.  Brigjen Katamso 51, Medan.
Gambar 4.1 Hasil Analisis GC Komposisi Asam Lemak CPO
Universitas Sumatera Utara
23 Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak dari CPO Crude Palm Oil
No. Puncak Retention Time
menit Komponen Penyusun
Komposisi bb
1 13,656
Asam Laurat C
12:0
0,1896 2
16,670 Asam Miristat C
14:0
0,8921 3
19,421 Asam Palmitat C
16:0
38,7914 4
19,704 Asam Palmitoleat C
16:1
0,1573 5
21,734 Asam Stearat C
18:0
4,6474 6
22,075 Asam Oleat C
18:1
42,5686 7
22,614 Asam Linoleat C
18:2
11,9100 8
23,352 Asam Linolenat C
18:3
0,3003 9
24,106 Asam Arakidat C
20:0
0,3932 10
24,519 Asam Eikosenoat C
20:1
0,1501 Dari  data  pada  tabel  4.1  dapat  dilihat  bahwa  komposisi  asam  lemak  tak
jenuh sebesar 55,086  dan komposisi asam lemak jenuh sebesar 44,914. Dari perhitungan,  maka  diperoleh  berat  molekul  rata-rata  FFA  CPO  sebesar
270,942118  grmol  dan  berat  molekul  rata-rata  trigliserida  CPO  sebesar 850,982348 grmol.
4.2  PREPARASI BAHAN BAKU CPO CRUDE PALM OIL