bab ii tinjauan pustaka 2.1 biodiesel 2.1.1 sejarah biodiesel

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Biodiesel

2.1.1 Sejarah Biodiesel

Biodiesel pertama kali dikenalkan di Afrika selatan sebelum perang dunia

II sebagai bahan bakar kendaraan berat.

Konsep penggunaan minyak tumbuh-tumbuhan sebagai bahan pembuatan

bahan bakar sudah dimulai pada tahun 1895 saat Dr, Rudolf Cristian Karl Diesel

(Jerman, 1858-1913) mengembangkan mesin kompresi pertama yang secara Semakin besar penambahan campuran % biodiesel Nilai Daya , Efisiensi Volumetris,

Efisiensi Thermal aktual dan Heat Loss cenderung menurun, sementara laju aliran bahan

baar (mf) dan konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) Cenderung meningkat.zkhusus

dijalankan dengan minyak tumbuh-tumbuhan. Mesin diesel atau biasa juga

disebut Compression Ignition Engine yang ditemukannya itu merupakan suatu

mesin motor penyalaan yang mempunyai konsep penyalaan di akibatkan oleh

kompresi atau penekanan udara hingga mencapai kondisi titik nyala bahan bakar,

sehingga ketika bahan bakar di semprotkan terjadi ledakan pada ruang bakar.

Minyak pertama yang digunakan 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 bahan bakar mesin tersebut diganti menjadi bahan bakar solar dari minyak

bumi.

Biodiesel merupakan 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

posfor (degumming) dan asam-asam lemak bebas dengan netralisasi dan steam

refining disebut denngan refined fatty oil atau straight vegetable oil (SVO), SVO

Universitas Sumatera Utara

didominasi oleh trigliserida sehingga memiliki viskositas dinamik yang sangat

tinggi dibandingkan dengan solar (bisa mencapai 100 kali lipat). 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 (kekentalan) bahan bakar yang sangat

tinggi akan menyulitkan pompa bahan bakar dalam mengalirkan bahan bakar ke

ruang bakar. Aliran bahan bakar yang rendah akan menyulitkan terjadinya

atomisasi bahan bakar yang baik. Buruknya atomisasi berkorelasi langsung

dengan kualitas pembakaran, daya mesin.

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

metal 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 gliserida dengan berat molekul dan viskositas tinggi

yang mendominasi komposisi refined fatty oil menjadi asam lemak metal ester

(FAME).

Biodiesel mentah (kasar) yang dihasilkan proses transesterifikasi minyak

biasanya masih mengandung sissa-sisa katalis, methanol, gliserol. Untuk

memurnikannya biodiesel mentah tersebut dicuci dengan air hangat, sehingga

pengotor-pengotor tersebut larut ke dalam dan terbawa oleh fase air pencuci yang

selanjutnya dipisahkan.

2.1.2 Biodiesel Dedak Padi

Biodiesel merupakan salah satu jenis biofuel (bahan bakar cair dari

pengolahan tumbuhan) di samping Bio-etanol. Biodiesel adalah senyawa alkil

ester yang diproduksi melalui proses alkoholisis (transesterifikasi) antara

trigliserida dengan methanol atau etanol dengan bantuan katalis basa menjadi alkil


ester dan gliserol, atau esterifikasi asam-asam lemak bebas dengan methanol atau

etanol dengan bantuan katalis basa menjadi senyawa alkil ester dan air.

Biodiesel merupakan kandidat yang paling baik untuk menggantikan

bahan bakar fosil sebagai sumber energy transportasi utama dunia, karena

biodiesel merupakan bahan bakar terbaharui yang dapat menggantikan diesel

petrol dimesin sekarang ini dan dapat diangkut dan dijual dengan menggunakan

infrastruktur yang ada sekarang ini.

Dibandingkan dengan solar, biodiesel memiliki kelebihan diantaranya :

• Bahan bakar ramah lingkungan karena menghasilkan emisi yang jauh lebih

baik (free sulphur, smoke number rendah)

• Tidak beracun

• Memiliki sifat pelumasan yang lebih baik dari bahan bakar diesel

konvensional

• Dapat digunakan tanpa menggunakan modifikasi mesin

• Cetane number lebih tinggi sehingga efisiensi pembakaran lebih baik

dibandingkan dengan minyak kasar

• Memiliki sifat pelumasan terhadap piston mesin

• Dapat terurai (biodegradable)

• Merupakan renewable energy karena terbuat dari bahan alam yang dapat

diperbaharui

• Meningkatkan independensi suplai bahan bakar karena dapat diproduksi

secara local.

Adapun kelemahan dari biodiesel adalah:

• Biodiesel saat ini sebagian besar diproduksi dari bahan pangan seperti

minyak sawit, kacang kedelai, buah alpukat, jagung, buah singkong, dan

lain-lain, sehingga dapat menyebabkan kekurangan pangan dan

meningkatnya harga bahan pangan

• Biodiesel lebih rentan terhadap kontaminasi air dibandingkan dengan

diesel konvensional, hal ini dapat menyebabkan korosi pada mesin.

• Harga pembuatan biodiesel cenderung lebih mahal dibanding dengan

diesel konvensional.


Menurut Syah (2006), karakteristik emisi pembakaran biodiesel dibandingkan

dengan solar adalah sebagai berikut:

• Emisi karbon dioksida (CO2) netto berkurang 100%

• Emisi sulfur dioksida berkurang 100%

• Emisi debu berkurang 40-60%

• Emisi karbon monoksida (CO) berkurang 10-50 %

• Emisi hidrokarbon berkurang 10-50%

• Hidrokarbon aromatic polisiklik (PAH=polycyclic aromatic hydrocarbon)

berkurang terutama PAH beracun seperti:phenanthren berkurang 98 %,

benzofloroanthen berkurang 56 %, benzapyren berkurang 71%, serta

aldehida dan senyawa aromatic berkurang 13%

Pada Pengujian ini dedak padi adalah bahan baku yang digunakan untuk

membuat biodiesel, Minyak dedak padi sulit dimurnikan karena tingginya

kandungan asam lemak bebas dan senyawa-senyawa tak tersaponifikasikan.

Lipase dalam dedak padi mengakibatkan kandungan asam lemak bebas minyak

dedak padi lebih tinggi dari minyak lain sehingga tidak dapat digunakan sebagai

edible oil. Karena kandungan asam lemak bebas (Free Fatty Acid (FFA)) yang

tinggi, minyak dedak padi dapat dikonversi menjadi Fatty Acid Methyl Ester

(biodiesel) dengan esterifikasi menggunakan alkohol (metanol). Metanol dapat

mengekstraksi minyak dalam dedak sehingga metanol dapat langsung

ditambahkan pada dedak dengan katalis asam dalam proses esterifikasi in situ.

Pada proses tersebut ekstraksi dan esterifikasi minyak dedak dengan metanol

membentuk metil ester berlangsung secara simultan. Oleh sebab itu dalam

penelitian ini, dedak dimanfaatkan sebagai bahan baku dalam pembuatan

biodiesel melalui metode esterifikasi dengan metanol menggunakan katalis KOH.

Karaktersitik dan standar daripada biodiesel ditunjukkan pada table 2.1 di bawah

ini:


Tabel 2.1 Standar Karakteristik biodiesel

Parameter Satuan Biodiesel Biji

Wijen

Standar

Nasional

Indonesia

Biodiesel

Standard in

ASTM

Jarak pagar

Angka Asam Mg KOH/g 0.1044 Maks 0.8 Maks 0.5 0.298

Air dan Sedimen %vol 0 Maks 0.05 Maks 0.05 <0.05

Korosi Lempeng

Tembaga

%wt No. 1.b Maks No. 3 Maks No. 3

Residu Karbon %wt 0.1298 Maks 0.05 Maks 0.05

Abu Tersulfatkan %wt 0.02 Maks 0.02 Maks 0.02

Belerang mg/kg 13 Maks 100 Maks 50

Fosfor mg/kg 0.98 Maks 10 Maks 1 0.03

Gliserol Bebas %wt 0.0091 Maks 0.02 Maks 0.02 0.0045

Gliserol Total %wt 0.2086 Maks 0.24 Maks 0.24 0.053

Kadar Ester Alkil %wt 99.56 Min 96.5 98.997

Uji halphen Negatif Negatif Negatif

Sumber : Badan Standarisasi Nasional (2006) European Commision (2007)

Tjahjana dan Pranowo (2010) Kartika et al. (2011)

2.1.3 Pembuatan Biodiesel Dedak Padi

Agar biodiesel bisa digunakan sebagai bahan bakar maka diperlukan teknologi

untuk mengkonversinya. Terdapat beberapa teknologi untuk konversi biomassa,

dijelaskan pada Gambar 2.2. Teknologi konversi biodiesel tentu saja membutuhkan


perbedaan pada alat yang digunakan untuk mengkonversi biodiesel dan menghasilkan

perbedaan bahan bakar yang dihasilkan.

Gambar 2.1 Teknologi Konversi Biodiesel

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 CnH2nO2. Pemberian nama ester

terdiri dari dua kata yaitu 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 organik atau resin penukar kation

asam kuat merupakan katalis terpilih dalam praktek industrial

2.1.3.2 Transesterifikasi

Saat ini sebagian besar biodiesel muncul dari sumber daya yang dapat

dimakan, seperti lemak hewan, minyak sayur, dan bahkan limbah minyak goreng,

dengan katalis kondisi basa. Namun konsumsi tinggi katalis membuat biodiesel

saat ini lebih mahal daripada bahan bakar yang diturunkan dari minyak bumi.

Transesterifikasi adalah pertukaran alkohol dengan suatu ester untuk

membentuk ester yang baru. Reaksi ini bersifat reversible dan berjalan lambat

tanpa adanya katalis. Penggunaan alkohol atau mengambil alih salah satu produk

adalah langkah untuk mendorong reaksi kearah kanan atau produk.

Tahapan proses transesterifikasi pembuatan biodiesel selalu menginginkan

agar produk biodiesel dengan jumlah yang maksimum. Beberapa kondisi reaksi

yang mempengaruhi konversi serta perolehan biodiesel melalui transesterifikasi

adalah sebagai berikut:

1. Pengaruh air dan asam lemak bebas

Minyak nabati 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 nabati 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.

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 nabati.

5. Metanolisis Crude dan Refined minyak nabati

Perolehan metal ester akan lebih tinggi jika menggunakan minyak nabati

refined. Namun apabila produk metal ester akan digunakan sebagai bahan

bakar mesin diesel, cukup digunakan bahan baku berupa minyak yang

telah dihilangkan getahnya dan disaring.

6. Pengaruh temperature

Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan pada temperatur 30 – 65 oC (titik

didih metanol sekitar 65oC) Semakin tinggi temperatur, konversi yang

diperoleh akan semakin tinggi untuk waktu yang lebih singkat. Temperatur

juga sangat berpengaruh terhadap kualitas biodiesel yang dihasilkan.

2.2Pertadex

PertaDex (singkatan dari “Diesel Environment Extra”) adalah salah satu

jenis BBM produksi PERTAMINA yang dipergunakan untuk kendaraaan

bermotor dengan mesin diesel modern. pertadex memiliki kelebihan dibandingkan

dengan bahan bakar untuk mesin diesel lainnya, diantaranya :


https://id.wikipedia.org/wiki/BBM�

https://id.wikipedia.org/wiki/Pertamina�

https://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_diesel�

• Memilik angka performa tinggi dengan Cetane Number Minimal 53 (paling

tinggi dikelasnya).

• Memiliki Kandungan Sulfur Paling Rendah di Indonesia (max. 300 ppm)

yang berfungsi untuk menghindari penyumbatan injektor dan menghasilkan

emisi gas buang lebih ramah lingkungan.

• Memiliki Additive yang berfungsi untuk membersihkan dan juga

melindungi mesin kendaraan.

2.3 Minyak Dedak Padi

Minyak dedak padi merupakan turunan penting dari dedak padi

(McCasskill dan Zhang 1999). Bergantung pada varietas beras dan derajat

penggilingannya,dedak padi mengandung 16%-32%beratminyak.Sekitar60%-

70% minyak dedak padi tidak dapat digunakan sebagai bahan makanan(non-

edibleoil) dikarenakan kestabilan dan perbedaan cara penyimpanan dedak padi

(Goffman, dkk. 2003)dan (MaF, dkk. 1999).Minyak dedak padi merupakan

salah satu jenis minyak berkandungan gizi tinggi karenaadanya kandungan

asam lemak, komponen-komponen aktif biologis,dan komponen- komponen

antioksi seperti:oryzanol,tocopherol,tocotrienol,phytosterol,polyphenol dan

squalene (Goffman, dkk.2003; Hu, dkk. 1996; Özgul dan Türkay1993;

Putrawan 2006).

Kandungan asam lemak bebas4%-8%berat pada minyak dedak paditetap

diperoleh walaupun dilakukan ekstraksi dedak padi sesegera

mungkin.Peningkatan asam lemak bebas secaracepatterjadikarenaadanya

enzimlipase aktif dalam dedak padi setelah proses penggilingan.Minyak dedak

padi sulit dimurnikan karena tingginya kandungan asam lemak bebas dan

senyawa-senyawa taktersaponifikasikan.Lipase dalam dedak padi

mengakibatkan kandungan asam lemak bebas minyak dedak padi lebih tinggi

dari minyak lain sehingga tidak dapat digunakan sebagai edibleoil.

Karakteristik minyak dedak padi menurut literatur yang ditulis oleh SBP

Boardof Consultant and Engineers disajikan dalam tabel 2.2


Tabel 2.2 Karakteristik Minyak Dedak Padi (SBPBoardof Consultant and

Engineers 1998)

KARAKTERISTIK RENTANG NILAI

Specific gravity 20o/ 30oC 0,916 – 0,921

Refractive index pada 25oC 1,47 – 1,473

Bilangan Iodine 99 – 108

Material Tak Tersabunkan (%) 3 – 5

Titer (oC) 24 – 25

Asam Lemak Bebas (%) 3 -60

Bilangan Penyabungan 181 – 189

2.4 Mesin Diesel

Mesin diesel juga disebut “Motor Penyalaan Kompresi” oleh karena

penyalaannya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara

yang telah bertekanan dan bertemperatur tinggi sesuai dengan titik nyala bahan

bakar sebagai akibat dari proses kompresi di dalam ruang bakar. Agar bahan bakar

diesel dapat terbakar dengan sendirinya, maka perbandingan kompresi mesin

diesel harus berkisar antara 15 – 22. Aplikasi dari motor diesel banyak pada

industri-industri sebagai motor stasioner ataupun untuk kendaraan-kendaraan dan

kapal laut dengan ukuran yang besar. Hal ini dikarenakan motor diesel

mengkonsumsi bahan bakar ± 25% lebih rendah dari motor bensin, lebih murah

dan perawatannya lebih sederhana (Kubota, S., dkk, 2001).

Mesin diesel menghasilkan tekanan kerja yang tinggi, itu sebabnya

konstruksi motor diesel lebih kokoh dan lebih besar. Disamping itu, mesin diesel

menghasilkan bunyi yang lebih keras, warna dan bau gas yang kurang

menyenangkan. Namun dipandang dari segi ekonomi, bahan bakar serta polusi

udara, motor diesel masih lebih disukai (Mathur, 1980).

Siklus diesel (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan dengan pemasukan

panas pada volume konstan (Y. A. Çengel and M. A. Boles, Thermodynamics: An

Engineering Approach, 5th ed, McGraw-Hill, 2006.).

Siklus diesel tersebut ditunjukkan pada gambar 2.2 dan 2.3 di bawah ini.


Gambar 2.2DiagramP-v

Keterangan Gambar:

P = Tekanan (bar)

V = Volume Spesifik (m3/kg)

T = Temperatur (K)

S = Entropi (kJ/kg.K)

Diagram T-S

Gambar 2.3Diagram T-S

Keterangan Grafik:

1-2 Kompresi Isentropik

2-3 Pemasukan Kalor pada Volume Konstan

3-4 Ekspansi Isentropik

4-1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan

2.4.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel


Prinsip kerja mesin diesel 4 tak sebenarnya sama dengan prinsip kerja

mesin otto, yang membedakan adalah cara memasukkan bahan bakarnya. Pada

mesin diesel bahan bakar di semprotkan langsung ke ruang bakar dengan

menggunakan injector. Dibawah ini adalah langkah dalam proses mesin diesel 4

langkah :

1. Langkah Isap

Pada langkah ini piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB

(Titik Mati Bawah). Saat piston bergerak ke bawah katup isap terbuka yang

menyebabkan tekanan udara di dalam silinder seketika lebih rendah dari tekanan

atmosfer ,sehingga udara murni langsung masuk ke ruang silinder melalui filter

udara.

2. Langkah kompresi

Pada langkah ini piston bergerak dari TMB menuju TMA dan kedua katup

tertutup. Karena udara yang berada di dalam silinder didesak terus oleh

piston,menyebabkan terjadi kenaikan tekanan dan temperatur,sehingga udara di

dalam silinder menjadi sangat panas. Beberapa derajat sebelum piston mencapai

TMA, bahan bakar di semprotkan ke ruang bakar oleh injector yang berbentuk

kabut.

3. Langkah Kerja

Pada langkah ini kedua katup masih tertutup, akibat semprotan bahan

bakar di ruang bakar akan menyebabkan terjadi ledakan pembakaran yang akan

meningkatkan suhu dan tekanan di ruang bakar. Tekanan yang besar tersebut akan

mendorong piston ke bawah yang menyebkan terjadi gaya aksial. Gaya aksial ini

dirubah dan diteruskan oleh poros engkol menjadi gaya radial (putar).

4. Langkah Buang

Pada langkah ini, gaya yang masih terjadi di flywheel akan menaikkan

kembali piston dari TMB ke TMA, bersamaan itu juga katup buang terbuka

sehingga udara sisa pembakaran akan di dorong keluar dari ruang silinder menuju

exhaust manifold dan langsung menuju knalpot

Begitu seterusnya sehingga terjadi siklus pergerakan piston yang tidak

berhenti. Siklus ini tidak akan berhenti selama faktor yang mendukung siklus


tersebut tidak ada yang terputus. Untuk lebih jelas, prinsip kerja mesin diesel

dapat dilihat pada gambar 2.5.

Langkah isap Langkah kompresi Langkah kerja Langkah Buang

Gambar 2.4 Prinsip Kerja Mesin Diesel

2.4.2 Performansi Mesin Diesel

1. Nilai Kalor Bahan Bakar.

Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara

menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan

bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific

Value, CV). Berdasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan

uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka

nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai

kalor bawah.

Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor

yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter

dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar

sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran

hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Secara teoritis,

besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi

bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong yang

ditunjukkan pada persamaan 2.1 di bawah ini:


HHV = ( T2 – T1 - 0.05 ) x cv ........................................................................ (2.1)

Dimana: HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)

T1 = Temperatur air pendingin sebelum penyalaan( oC )

T2 = Temperatur air pendingin setelah penyalaan ( oC )

cv = Panas Jenis Bom Kalorimeter, cv = 73529,6 ( J/groC )

Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor

bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air.

Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 %

yang berarti setiap satu satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan

hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari

pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya.

Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk

pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang

memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture). Panas laten

pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang

umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg,nilai air yang

terkandung di dalam bahan bakar (Moisture) adalah nol pada saat

pembakaran sempurna sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat

dihitung berdasarkan persamaan 2.2. berikut :

LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2) ................................................................... (2.2)

LHV = HHV – 2400 (0 + 9. 0.15)

HV = HHV – 3240 kj/kgoC

Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)

M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat

menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi

saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air.

Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai


tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan

ASME (American of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai

kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive

Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).

2. Daya Poros

Daya mesin adalah besarnya kerja mesin selama waktu tertentu. Pada

motor bakar daya yang berguna adalah daya poros, dikarenakan poros tersebut

menggerakan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator , yang

merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak selanjutnya

menggerakan semua mekanisme, sebagian daya indikator dibutuhkan untuk

mengatasi gesekan mekanik, seperti pada torak dan dinding silinder dan gesekan

antara poros dan bantalan. Prestasi motor bakar pertama-tama tergantung dari

daya yang dapat ditimbulkannya. Semakin tinggi frekuensi putar motor makin

tinggi daya yang diberikan hal ini disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi

semakin banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama. Dengan

demikian besar daya poros itu ditunjukkan pada persamaan 2.3 :

𝑃𝑃𝐵𝐵 = 2𝜋𝜋 .(𝑛𝑛 .𝑇𝑇)60

............................................................................................... (2.3)

Dimana :PB = daya ( W )

T = torsi ( Nm )

N = putaran mesin ( Rpm )

3. Torsi

Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Selama proses usaha

maka tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menimbulkan suatu

gaya yang luar biasa kuatnya pada torak. Gaya tersebut dipindahkan kepada pena

engkol melalui batang torak , dan mengakibatkan adanya momen putar atau torsi

pada poros engkol. Untuk mengetahui besarnya torsi digunakan alat

dynamometer. Biasanya motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer

dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara


menghubungkan poros motor pembakaran dengan poros dynamometer dengan

menggunakan kopling elastik. Untuk mencari daya dan torsi ditunjukkan oleh

persamaan 2.4 dan 2.5 di bawah ini.

T = 𝑃𝑃𝐵𝐵 .602𝜋𝜋 .𝑛𝑛

......................................................................................................... (2.4)

Dimana :T = Torsi ( Nm)

PB = Daya (W)

n = Putaran (RPM)

4. Laju Aliran Bahan Bakar (mf)

Laju aliran bahan bakar didapat adalah banyaknya bahan bakar yang habis

terpakai selama satu jam pemakaian

𝑚𝑚𝑓𝑓 = 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑓𝑓𝑠𝑠 𝑉𝑉𝑓𝑓𝑠𝑠10−3

𝑡𝑡𝑓𝑓𝑠𝑠 360 ............................................................................(2.5)

Dimana: sgf = spesifik gravitasi biodiesel = 0.8624

Vf = Volume bahan bakar yang diuji ( ml)

tf= waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan bahan bakar (detik)

5. Rasio udara bahan bakar (AFR)

Rasio udara bahan bakar (AFR) dari masing-masing jenis pengujian

dihitung berdasarkan rumus berikut:

𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 = 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑓𝑓

......................................................................................................(2.6)

Dimana: AFR = air fuel ratio

ma = laju aliran massa udara(kg/jam)


Besarnya laju aliran udara (ma) diperoleh dengan membandingkan

besarnya tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow

manometer terhadap kurva viscous flow mete calibration seperti pada gambar 2.6

berikut

Gambar 2.5 Viscous Flow Meter

6. Effisiensi Volumetris

Effisiensi volumetric untuk motor bakar 4 langkah dihitung dengan

persamaan berikut:

𝜂𝜂𝑣𝑣 = 2𝑚𝑚𝑚𝑚60𝑛𝑛

1𝜌𝜌𝑚𝑚𝑉𝑉𝑠𝑠

............................................................................................(2.7)

Dimana: ma = laju aliran udara (kg/jam)

ρa = Kerapatan udara (kg/m3)

Vs = volume langkah torak (m3)

7. Efisiensi Thermal


Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang

dibangkitkan piston karena sejumlah enegi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis

(mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang

dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga

sebagai efisiensi termal brake (thermal efficiency, ηb).

Jika daya keluaran PB dalam satuan KW, laju aliran bahan bakar mf dalam

satuan kg/jam, maka untuk mencari efisiensi termal ditunjukkan pada persamaan

2.8 di bawah ini

ηb = 𝑃𝑃𝐵𝐵𝑚𝑚𝑓𝑓 . 𝐶𝐶𝑉𝑉

𝑠𝑠 3600 ........................................................................................ (2.8)

ηb =effisiensi thermal

PB = daya aktual (W)

ṁf= laju aliran bahan bakar(kg/h)

Cv = nilai kalor bahan bakar (kJ/kg oC)

8. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)

Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi

yang penting di dalam suatu motor bakar. Parameter ini biasa dipakai sebagai

ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya

kuda yang dihasilkan. Untuk mencari konsumsi bahan bakar spesifik ditunjukkan

oleh persamaan 2.9 di bawah ini:

SFC = 𝑚𝑚𝑓𝑓̇ 𝑠𝑠 103

𝑃𝑃𝐵𝐵 ............................................................................................... (2.9)

SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kwh)

PB = daya (kW)

ṁf = laju aliran bahan bakar (kg/h)

Vf = Volume Bahan Bakar yang Di uji (ml)

sgf = spesicik gravitasi biodiesel

t = waktu (h)


9. Heat Loss in Exhaust

Heat loss in exhaust atau dapat dikatakan sebagai besar kehilangan energi

yang terjadi akibat adanya aliran gas panas buang dari exhaust manifold ke

lingkungan. Gas buang ini berupa aliran gas panas.

Besarnya Heat Loss dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.10

di bawah ini.

Heat Loss = (ma x mf)x (Te – Ta )..................................................................(2.10)

dimana:Te = suhu gas keluar exhaust manifold(oC )

Ta = Suhu lingkungan (27oC)

Untuk mengetahui persentase heat loss, maka dilakukan perbandingan antara

besarnya heat loss dengan energi yang dihasilkan dalam pembakaran bahan bakar

dimana ditunjukkan pada persamaan 2.11.

%𝐻𝐻𝐻𝐻𝑚𝑚𝑡𝑡 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑠𝑠𝑠𝑠 = (ma x mf )x (Te – Ta )𝑚𝑚𝑓𝑓𝑠𝑠𝑚𝑚𝐻𝐻𝑉𝑉

...........................................................(2.11)


bab ii tinjauan pustaka 2.1 biodiesel 2.1.1 sejarah biodiesel

Documents