Uji Eksperimental Performansi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder Menggunakan Supercharger Dengan Variasi Bahan Bakar Campuran Dexlite Dan Minyak Lemak Ayam

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Biodiesel

2.1.1 Sejarah Penggunaan Bahan Bakar Alternatif Biodiesel
Biodiesel pertama kali dikenalkan di Afrika selatan sebelum perang dunia II
sebagai bahan bakar kenderaan berat. Biodiesel didefinisikan sebagai metil/etil
ester yang diproduksi dari minyak tumbuhan atau hewan dan memenuhi kualitas
untuk digunakan sebagai bahan bakar di dalam mesin diesel. Sedangkan minyak
yang didapatkan langsung dari pemerahan atau pengempaan biji sumber minyak
(oilseed), yang kemudian disaring dan dikeringkan (untuk mengurangi kadar air),
disebut sebagai minyak lemak mentah. Minyak lemak mentah yang diproses
lanjut guna menghilangkan kadar fosfor (degumming) dan asam-asam lemak
bebas (dengan netralisasi dan steam refining) disebut dengan refined fatty oil atau
straight vegetable oil (SVO).
SVO didominasi oleh trigliserida sehingga memiliki viskositas dinamik yang
sangat tinggi dibandingkan dengan solar (bisa mencapai 100 kali lipat, misalkan
pada Castor Oil). Oleh karena itu, penggunaan SVO secara langsung di dalam

mesin diesel umumnya memerlukan modifikasi/tambahan peralatan khusus pada
mesin, misalnya penambahan pemanas bahan bakar sebelum sistem pompa dan
injektor bahan bakar untuk menurunkan harga viskositas. Viskositas (atau
kekentalan) bahan bakar yang sangat tinggi akan menyulitkan pompa bahan bakar
dalam mengalirkan bahan bakar ke ruang bakar. Aliran bahan bakar yang rendah

6
Universitas Sumatera Utara

akan menyulitkan terjadinya atomisasi bahan bakar yang baik. Buruknya
atomisasi berkorelasi langsung dengan kualitas pembakaran, daya mesin, dan
emisi gas buang.
Pemanasan bahan bakar sebelum memasuki sistem pompa dan injeksi bahan
bakar merupakan satu solusi yang paling dominan untuk mengatasi permasalahan
yang mungkin timbul pada penggunaan SVO secara langsung pada mesin diesel.
Pada umumnya, orang lebih memilih untuk melakukan proses kimiawi pada
minyak mentah atau refined fatty oil/SVO untuk menghasilkan metil ester asam
lemak (fatty acid methyl ester - FAME) yang memiliki berat molekul lebih kecil
dan viskositas setara dengan solar sehingga bisa langsung digunakan dalam mesin
diesel konvensional. Biodiesel umumnya diproduksi dari refined vegetable oil

menggunakan proses transesterifikasi. Proses ini pada dasarnya bertujuan
mengubah [tri, di, mono] gliserida berberat molekul dan berviskositas tinggi yang
mendominasi komposisi refined fatty oil menjadi asam lemak methil ester
(FAME).
Konsep penggunaan minyak tumbuh-tumbuhan sebagai bahan pembuatan
bahan bakar sudah dimulai pada tahun 1895 saat Dr. Rudolf Christian Karl Diesel
(Jerman, 1858-1913) mengembangkan mesin kompresi pertama yang secara
khusus dijalankan dengan minyak tumbuh-tumbuhan (gambar 2.1). Mesin diesel
atau biasa juga disebut Compression Ignition Engine yang ditemukannya itu
merupakan suatu mesin motor penyalaan yang mempunyai konsep penyalaan di
akibatkan oleh kompressi atau penekanan campuran antara bahan bakar dan
oxygen didalam suatu mesin motor, pada suatu kondisi tertentu. Konsepnya

7
Universitas Sumatera Utara

adalah bila suatu bahan bakar dicampur dengan oksigen (dari udara) maka pada
suhu dan tekanan tertentu bahan bakar tersebut akan menyala dan menimbulkan
tenaga atau panas. Pada saat itu, minyak untuk mesin diesel yang dibuat oleh Dr.
Rudolf Christian Karl Diesel tersebut berasal dari minyak sayuran. Tetapi karena

pada saat itu produksi minyak bumi (petroleum) sangat melimpah dan murah,
maka minyak untuk mesin diesel tersebut digunakan minyak solar dari minyak
bumi. Hal ini menjadi inpirasi terhadap penerus Karl Diesel yang mendesain
motor diesel dengan spesifikasi minyak diesel.

Gambar 2.1 Rudolf Christian Karl Diesel[lit.15]

2.1.2

Definisi Biodiesel

Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran monoalkilester 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.

Sebuah proses dari transesterifikasilipid 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,
8

Universitas Sumatera Utara

dan dapat menggantikannya dalam banyak kasus. Namun, dia lebih sering
digunakan sebagai penambah untuk diesel petroleum, meningkatkan bahan bakar
diesel petrol murni ultra rendah belerang yang rendah pelumas.

Biodiesel merupakan kandidat yang paling baik untuk menggantikan
bahan bakar fosil sebagai sumber energitransportasi utama dunia, karena biodiesel
merupakan bahan bakar terbaharui yang dapat menggantikan diesel petrol di
mesin sekarang ini dan dapat diangkut dan dijual dengan menggunakan
infrastruktur zaman sekarang.

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.

Dibandingkan dengan solar, biodiesel memiliki kelebihan diantaranya
(Hambali,2007) :

1. Bahan bakar ramah lingkungan karena menghasilkan emisi yang jauh lebih
baik (free sulphur, smoke number rendah)
2. Cetane number lebih tinggi sehingga efisiensi pembakaran lebih baik
dibandingkan dengan minyak kasar
3. Memiliki sifat pelumasan terhadap piston mesin
4. Dapat terurai (biodegradable)

9
Universitas Sumatera Utara

5. Merupakan renewable energy karena terbuat dari bahan alam yang dapat
diperbaharui
6. Meningkatkan independensi suplai bahan bakar karena dapat diproduksi
secara lokal
Menurut Syah (2006), karakteristik emisi pembakaran biodiesel dibandingkan
dengan solar adalah sebagai berikut :
1. Emisi karbon dioksida (CO2) netto berkurang 100%
2. Emisi sulfur dioksida berkurang 100%
3. Emisi debu berkurang 40-60%

4. Emisi karbon monoksida (CO) berkurang 10-50%
5. Emisi hidrokarbon berkurang 10-50%
6. Hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH= polycyclic aromatic hydrocarbon)
berkurang, terutama PAH beracun seperti : phenanthren berkurang 98%,
benzofloroanthen berkurang 56%, benzapyren berkurang 71%, serta
aldehidadan senyawa aromatik berkurang 13%.
Karateristik dan standar daripada biodiesel ditunjukkan pada tabel 2.1 di
bawah ini:
Tabel 2.1 Standar biodiesel [23]
No.
1
2
3
4
5
6
7
8

Parameter Uji

Massa jenis pada 40°C
Viskositas kinematik pada 40°C
Angka setana
Titik nyala
Titik kabut
Korosi lempeng tembaga
Residu karbon
Air dan sedimen

Satuan, min/maks
3

kg/m
mm2/s (cSt)
min
°C, min
°C, maks
%-massa, maks
%-volume, maks

Persyaratan
850 – 890
2,3 – 6,0
51
100
18
nomor 1
0,05
0,05

10
Universitas Sumatera Utara

9
10
11
12
13
14
15

16

Temperatur distilasi 90%
Abu tersulfaktan
Belerang
Fosfor
Angka asam
Gliserol bebas
Gliserol total
Kadar ester metil

°C, maks
%-massa, maks
mg/kg, maks
mg/kg, maks
mg-KOH/g, maks
%-massa, maks
%-massa, maks
%-massa, min

360
0,02
50
4
0,5
0,02
0,24
96,5

2.1.3. Proses Produksi Minyak

AgarMinyak bisa digunakan sebagai bahan bakar maka diperlukan
teknologi untuk mengkonversinya. Terdapat beberapa teknologi untuk konversi
biomassa, dijelaskan pada Gambar 2.2. Teknologi konversi Minyak tentu saja
membutuhkan perbedaan pada alat yang digunakan untuk mengkonversi
Minyak dan menghasilkan perbedaan bahan bakar yang dihasilkan.

TransEsterifikasi

Pemisahan

Pencucian

Minyak
Mentah
MetilEster
(B100)

Esterifikasi

TransEsterifikasi

Pemisahan

Pencucian

Gambar 2.2 Teknologi Konversi Minyak [lit.14]

11
Universitas Sumatera Utara

2.1.3.1 Esterifikasi

Ester merupakan salah satu gugus dari fungsi dari senyawa karbon. Ester
adalah senyawa dengan gugus fungsi – COO – dengan struktur R – COO – R,
dimana R merupakan suatu rantai karbon atau atom H, sedangkan R merupakan
rantai karbon. Ester mempunyai rumus umum CnH2 nO2. Pemberian nama ester
terdiri dari dua katayaitu gugus alkil (berasal dari alkoksi) diikuti dengan nama
asam karboksilatnya dengan menghilangkan kata asam. Gugus atom yang terikat
pada atom O (Gugus R) diberi nama alkil dan gugus R – COO – H diberi nama
alkanoat.

Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas (FFA) menjadi
ester. Esterifikasi mereaksikan asam lemak dengan alcohol. Reaksi ini merupakan
reaksi kesetimbangan, jadi memerlukan katalis untuk mempercepat tercapainya
keadaan setimbang. Katalis-katalis yang cocok adalah zat yang berkarakter asam
kuat, dan karena ini asam sulfat, asam sulfonat organic atau resin penukar kation
asam kuat merupakan katalis terpilih dalam praktek industrial

2.1.3.2 Transesterifikasi

Transesterifikasi adalah pertukaran alcohol dengan suatu ester untuk
membentuk ester yang baru. Reaksi ini bersifat reversible dan berjalan lambat
tanpa adanya katalis. Penggunaan alcohol atau mengambil alih salah satu produk
adalah langkah untuk mendorong reaksi kearah kanan atau produk.

12
Universitas Sumatera Utara

Beberapa kondisi reaksi yang mempengaruhi konversi serta perolehan
Minyak melalui transesterifikasi adalah sebagai berikut:

1. Pengaruh air dan asam lemak bebas
Minyak hewani yang akan di transesterifikasi hasrus memiliki angka asam
yang lebih kecil dari 1. Banyak peneliti yang menyarankan agar
kandungan asam lemak bebas lebih kecil dari 0.5%. Selain itu, semua
bahan yang akan digunakanharus bebas dari air. Karena air akan bereaksi
dengan katalis, sehingga jumlah katalis menjadi berkurang. Katalis harus
terhindar dari udara agar tidak mengalami reaksi dengan uap air dan
karbon dioksida.
2. Perbandingan pengaruh molar alkohol dengan bahan mentah
Secara stoikiometri, jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi adalah 3
mol untuk setiap 1 mol trigliserida, untuk memperoleh 3 mol alkil ester
dan 1 mol gliserol. Perbandingan alkohol dengan minyak hewani 4.8:1
dapat menghasilkan konversi 98%. Secara umum ditunjukkan bahwa
semakin banyak jumlah alkohol yang digunakan maka konversi yang
didapat akan semakin bertambah. Pada rasio molar 6:1, setelah satu jam
konversi yang dihasilkan adalah 98 – 99%, sedangkan pada 3:1 adalah 74
– 89%. Nilai perbandingan yang terbaik adalah 6:1 karena menghasilkan
konversi yang maksimum.
3. Pengaruh jenis alkohol
Pada rasio 6:1, methanol akan memberikan perolehan ester yang tertinggi
dibandingkan dengan menggunakan etanol atau butanol.

13
Universitas Sumatera Utara

4. Pengaruh jenis katalis
Alkali katalis (katalis basa) akan mempercepat reaksi transesterifikasi bila
dibandingkan dengan katalis asam. Katalis basa yang paling popular untuk
reaksi transesterifikasi adalah natrium hidroksida (NaOH), kalium
hidroksida (KOH). Katalis sejati bagi reaksi sebenarnya adalahion metilat
(metoksida). Reaksi transesterifikasi akan menghasilkan konversi yang
maksimum dengan jumlah katalis 0.5 – 1.5% berat minyak hewani.
5. Metanolisis Crude dan Refined minyak hewani
Perolehan metal ester akan lebih tinggi jika menggunakan minyak hewani
refined. Namun apabila produk metal ester akan digunakan sebagai bahan
bakar mesin diesel, cukup digunakan bahan baku berupa minyak yang
telah dihilangkan lemak bebasnya dan disaring.
6. Pengaruh temperature
Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan pada temperatur 30 – 65% (titik
didih metanol sekitar 65oC) Semakin tinggi temperatur, konversi yang
diperoleh akan semakin tinggi untuk waktu yang lebih singkat.

2.2

Minyak dari bahan-bahan lainnya
2.2.1 Minyak dari Bahan Baku Biji Karet
Menurut Soemargono, Edy Mulyadi; pemanfaatan biji karet (Hevea

Brasiliensis), sebagai sumber bahan baku Minyak merupakan terobosan yang
tepat untuk meningkatkan nilai tambah perkebunan karet. Penelitian ini
dimaksudkan untuk menentukan pola pemungutan minyak biji karet secara

14
Universitas Sumatera Utara

maksimal dan mendapatkan kondisi proses produksi Minyak yang memenuhi
standar SNI dan ASTM. Proses produksi Minyak dilakukan menggunakan
prototip alat berkapasitas 20 liter/jam. Proses esterifikasi dijalankan pada suhu
105°C, penambahan methanol 10% dan katalis asam, waktu 90 menit. Proses
trans-esterifikasi dijalankan dalam reaktor alir osilasi dengan dosis katalis 1%
berat minyak dan methanol sebanyak 15% berat minyak. Variabel yang dipelajari
adalah suhu dan waktu proses. Produk Minyak dimurnikan dengan sistem
vakum.Dari hasil penelitian ini diperoleh rendemen kernel sebanyak 53% dari
berat biji karet.Sedangkan minyak dalam kernel yang dapat dipungut maksimum
56%

dari

berat

kernel.

Karakteristik

Minyak

sesuai

dengan

yang

distandarisasikan, yaitu densitas 0,8565 g/ml, angka asam 0,49, angka iod 62,88,
kadar ester 97,2%, flash point 178°C dan panas pembakaran 16183 J/g [26].

2.2.2 Biodiesel dari Bahan Baku Kelapa
Minyak kelapa diperoleh dari buah tanaman kelapa atau CocosnuciferaL .
,yaitu pada bagian inti buah kelapa (kernelatauendosperm). Tanaman kelapa ini
memiliki: Famili:Palmae Genus:Cocos.
Inti buah tanaman

kelapa ini memiliki kandungan minyak kelapa

sebanyak 34% dengan kelembaban 6-8%. Kandungan asam lemak minyak kelapa
yang paling banyak adalah asamlaurat C12:0 (asam lemak jenuh / saturated
fattyacid).
Pada pembuatan minyak kelapa yang menjadi bahan baku utamanya adalah
daging kelapa.Minyak kelapa berdasarkan kandungan asam lemak, Tabel 2.2,

15
Universitas Sumatera Utara

digolongkan kedalam minyak asam laurat,karena kandungan asam lauratnya
paling besar jika dibandingkan dengan asam lemak lainnya. Berdasarkan tingkat
ketidakjenuhannya yangdinyatakan dengan bilangan iod (iodinevalue), maka
minyak kelapa dapat dimasukkan kedalam golongan nondryingoils, karena
bilangan iod minyak tersebut berkisar antara7,5–10,5. Minyak kelapa yang belum
dimurnikan mengandung sejumlah kecil komponen bukan minyak,misalnya
fosfatida, gumsterol (0,06–0,08%), tokoferol (0,003) dan asam lemak bebas
(kurangdari5%),sterol yang terdapat di dalam minyak nabati disebut phitosterol
dan mempunyai dua isomer, yaitu betasitoterol (C29H50O) dan stigmasterol
(C29H48O). Stirol bersifat tidak berwarna, tidak berbau,stabil dan berfungsi
sebagai stabiliuzer dalam minyak.

Tokoferol

mempunyai

tiga

isomer,yaituα-tokoferol(titikcair158o-160oC),β-

tokoferol(titik cair138o-140oC)danγ-tokoferol. Persenyawaan toko ferol bersifat
tidak dapat disabunkan, dan berfungsi sebagai antioksidan.
Warna coklat pada minyak yang

mengandung protein dan karbohidrat

bukan disebabkan oleh zat warna alamiah,tetapi oleh reaksi browning.Warna ini
merupakan hasil reaksi dari senyawa karbonil (berasaldari pemecahanperoksida)
dengan asam amino dari protein,dan terjadi terutama pada suhu tinggi. Warna
pada minyak kelapa disebabkan oleh zat warna dan kotoran–kotoran lainnya.
Zat warna alamiah yang terdapat pada minyak kelapa adalah karoten yang
merupakan hidrokarbon tidak jenuh dan tidak stabil pada suhu tinggi.Pada
pengolahan minyak menggunakan uap panas maka warna kuning yang

16
Universitas Sumatera Utara

disebabkan oleh karoten akan mengalami degradasi. Daging buah kelapa
dapatdiolah menjadi santan(juice extract). Santan kelapa ini dapat dijadikan
bahan pengganti susu atau dijadikan minyak.
Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa

Asam lemak

Rumus kimia

Jumlah(%)

Asam lemak jenuh
Asam kaproat

C 5H11COOH

0,0–0,8

Asam kaprilat

C 7H15COOH

5,5–9,5

Asam kaprat

C 9H19COOH

4,5–9,5

Asam laurat

C 11H23COOH

44,0–52,0

Asam miristat

C 13H27COOH

13,2–19,0

Asaam palmitat

C 15H31COOH

7,5–10,0

Asam stearat

C 17H35COOH

1,0–3,0

Asam palmitoleat

C 15H29COOH

0,0–1,3

Asam oleat

C 17H33COOH

5,0–8,0

Asam linoleat

C 17H31COOH

1,5–2,5

Asam lemak tidak jenuh

2.2.3 Biodiesel dari Bahan Baku Sawit
Tanaman kelapa sawit (Elaeisguinensis) berasal dari Guineadi pesisir
Afrika Barat, kemudian diperkenalkan ke bagian

Afrika lainnya, Asia

Tenggara dan Amerika Latin sepanjang garisequator (antara garis lintang
utara15o dan lintang selatan12o). Kelapa sawit tumbuh baik pada daerah
iklim tropis, dengan suhu antara 24oC-32oC dengan kelembaban yang tinggi
dan curah hujan 200mm pertahun.Kelapa sawit mengandung kurang lebih

17
Universitas Sumatera Utara

80% perikarp dan 20% buah yang dilapisi kulit yang tipis. Kandungan
minyak dalam perikarp sekitar 30%–40%. Kelapa sawit menghasilkan dua
macam minyak yang sangat berlainan sifatnya, yaitu:
1. Minyak sawit (CPO), yaitu minyak yang berasal dari sabut kelapa sawit.
2. Minyak inti sawit (CPKO), yaitu minyak yang berasal dari inti kelapa
sawit.
Pada umumnya minyak sawit mengandung lebih banyak asam-asam
palmitat, oleat,dan linoleat jika dibandingkan dengan minyak inti sawit.
Minyak sawit merupakan gliserida yang terdiri dari berbagai asam lemak,
sehingga titik lebur dari gliserida tersebut tergantung pada kejenuhan asam
lemaknya. Semakin jenuh asam lemak nya semakin tinggi titik lebur dari
minyak sawit tersebut. Karakteristik minyak sawit ditunjukkan pada Tabel
2.3 berikut ini:

Tabel 2.3 Karakteristik Minyak Sawit
Karakteristik
Specific Gravity pada 37,8Oc
Iodine Value
Saponification Value
Unsaponification Value, %
Titer,°C

Nilai
0,898-0,901
44–58
195–205