PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA

KOMPOSISI HIDROKARBON SAMPEL MOGAS TERHADAP

ANGKA OKTAN DENGAN KROMATOGRAFI GAS

BIDANG KEGIATAN:

PKM-AI

Diusulkan oleh:

SITI ANISA ROHMAH (4311412077/2012)

ERLIN SETIAWATI (4311411038/2011)

SYIFA FAUZIYAH (4311411002/2011)

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

SEMARANG

2015

1

KOMPOSISI HIDROKARBON SAMPEL MOGAS TERHADAP ANGKA

OKTAN DENGAN KROMATOGRAFI GAS

Siti Anisa Rohmah, Erlin Setiawati, Syifa Fauziyah

Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Semarang

Gedung D6 Kampus Sekaran Gunungpati Telp. (024) 8508112 Semarang 50229

Abstrak

Pada era sekarang ini masalah kebutuhan bahan bakar menjadi masalah yang

serius. Hal ini disebabkan karena bertambahnya jumlah kendaraan bermotor

yang diikuti dengan kemajuan teknologi pembuatan mesin-mesin kendaraan

sehingga kebutuhan akan Bahan Bakar Minyak (BBM) semakin meningkat. Salah

satu kualitas dari bahan bakar motor ditentukan dari angka oktanya. Angka oktan

menunjukan kualitas bahan bakar yang berpengaruh pada proses pembakaran di

dalam ruang bakar sekaligus menentukan tingkat efisiensi termal motor. Tujuan

dari penelitian ini adalah untuk menganalisis hidrokarbon pada sampel mogas A

dan mogas B menggunakan kromatografi gas untuk mengetahui komposisi

hidrokarbon (PIONA) sampel dan pengaruhnya terhadap angka oktan yang

dihitung menggunakan rumus tertentu berdasarkan %volume. Hasil analisis yang

diperoleh ditemukan bahwa komposisi parafin pada sampel mogas A sebesar

14,54 %vol, isoparafin 30,13 %vol, olefin 8,10 %vol, naftenik 9,40 %vol, dan

aromatik 37,84 %vol. Sedangkan komposisi parafin sampel mogas B sebesar 7,56

%vol, isoparafin 30,69 %vol, olefin 19,20 %vol, naftenik 8,92 %vol, dan

aromatik 33,62 %vol. Berdasarkan komposisi hidrokarbon (PIONA) tersebut

diperoleh angka oktan untuk sampel mogas A sebesar 85,1 dan sampel mogas B

sebesar 89,2.

Kata kunci: Angka oktan, hidrokarbon, kromatogrfi gas, PIONA, %volume.

Abstract

In this era, the problem about fuel necessity becomes serious problem.This is

because the increasing number of vehicles, followed by technology advancements

vehicle engines so that the need for fuel oil (BBM) is increas. Ones quality of

motor fuels determined from the number oktan. Octan number indicated quality of

fuel oil whom influence at combustion process in the combustion chamber and

determine the level of thermal efficiency of the motor. The purpose of this study is

to analyze hydrocarbons in sample mogas A and sample mogas B using gas

chromatography to determine the composition of hydrocarbons (Piona) sample

and its influence on the octane number is calculated using a specific formula

based on% by volume. The results of the analysis found that the composition of

paraffin on mogas A of 14,54 %vol, 30.13% vol isoparaffins, olefins 8.10% vol,

naftenik 9,40 vol%, and 37.84% vol aromatic. While the composition of the

sample paraffin mogas B at 7,56 vol%, 30.69% vol isoparaffins, olefins 19,20

vol%, naftenik 8.92% vol, and aromatic 33.62% vol. Based on the composition of

2

the hydrocarbons (Piona) obtained octane number for mogas A 85.1 and 89.2 of

the mogas B.

Key Words: Octan number, hydrocarbon, gas chromatography, PIONA,

%volume.

PENDAHULUAN

Latar Belakang Masalah

Bertambahnya jumlah kendaraan bermotor yang diikuti dengan kemajuan

teknologi pembuatan mesin-mesin kendaraan mengakibatkan meningkatnya

kebutuhan akan Bahan Bakar Minyak (BBM) yang dipergunakan sebagai bahan

bakar motor yang biasa disebut dengan Motor Gasoline (Mogas). Untuk

memenuhi kebutuhan mesin kendaraan agar sesuai dengan tingkat kebutuhan dan

kepuasaan konsumen maka dibutuhkan produk bahan bakar motor yang

mempunyai angka oktan yang baik bagi pemanasan mesin.

Angka oktan adalah ukuran dari rasio kompresi maksimal ketika bahan

bakar dipergunakan pada sebuah mesin tanpa terjadi knocking. Yang merupakan

perbandingan antara iso-oktana (bahan bakar yang tak mudah berdenotasi dengan

angka oktan 100) dan n-heptana (bahan bakar yang mudah berdenotasi dengan

angka oktan 0) yang memiliki kecenderungan berdenotasi sama dengan bahan

bakar tersebut (Kristanto, 2002). Angka oktan merupakan parameter untuk

menunjukan kualitas bahan bakar yang berpengaruh pada proses pembakaran di

dalam ruang bakar sekaligus menentukan tingkat efisiensi termal motor. Semakin

tinggi angka oktan berarti bahan bakar tersebut memiliki kualitas pembakaran

yang baik.

Angka oktan yang tidak memenuhi kebutuhan mesin akan menyebabkan

pembakaran yang tidak sempurna, tekanan, dan panas tinggi sehingga akan

menyebabkan kerusakan pada mesin. Untuk meningkatkan angka oktan perlu

diperhatikan komposisi hidrokarbon yang tepat agar angka oktan yang dihasilkan

sesuai dengan yang diinginkan dan ramah lingkungan. Selain angka oktan yang

tinggi, kualitas bahan bakar juga harus memperhatikan aspek-aspek seperti RVP

(Reid Vapor Pressur), distilasi, mercaptan sulfur (RSH), doctor test dan lain

sebagainya. Jika tidak diperhatikan kandungan yang ada dan hanya melihat dari

faktor angka oktana, maka produk tidak akan maksimal dalam melindungi mesin,

bahkan dapat merusak atau membentuk kerak pada piston.

Peningkatkan angka oktan sekaligus untuk memenuhi aspek-aspek yang

lain seperti RVP (Reid Vapor Pressur), distilasi, mercaptan sulfur (RSH), doctor

test dan lain sebagainya diperlukan analisis kandungan hidrokarbon dari produk

bahan bakar motor yang memiliki angka oktan yang berbeda. Perbedaan

komposisi hidrokarbon pada mogas akan mempengaruhi angka oktannya.

3

Analisis ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh komposisi hidrokarbon

(PIONA) dari sampel BBM mogas A dan B yang menyebabkan perbedaan angka

oktan sampel BBM mogas A dengan sampel pembanding (mogas B)

menggunakan kromatografi gas.

METODE PENELITIAN

a. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah syringe kapasitas 1,0 L,

Kromatografi gas (GC-HP 6890 Series)

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Carrier gas & Make up

gas (Nitrogen), Fuel gas (Hidrogen), bahan-bahan kimia sebagai larutan standar,

sampel BBM mogas A dan B

b. Prosedur Penelitian

1. Parameter Operasi

Analisis sampel mogas A dan sampel mogas B menggunakan kromatografi

gas (GC-HP 6890 Series) dengan carrier gas dan make up gas nitrogen.

Kolom kapilernya berbentuk fused silica dan fasa diamnya methyl siloxane

dengan panjang 20 m dan diameter dalam 200 m. Temperatur injektornya

diatur sampai suhu 200C. Pemisahan setiap komponen yang terdapat

didalam sampel mogas berdasarkan pemanasan terpogram didalam kolom

dengan mengatur initial temperature = 35C, initial time = 10 menit,

program rate -1 = 0.5C/menit, final temperature-1 = 60C, final tim = 0

menit, program rate -2 = 2.0C/menit, final temperature-2 = 180C, final

time-2 = 10 menit, final temperatur post run = 200C dan final time post

run = 1 menit sehingga total waktu analisisnya selama 131 menit. Gas

pembawa yang digunakan adalah nitrogen dengan tekanan primer = 0,6

kg/cm2, tekanan sekunder = 5,0 kg/cm2, split ratio = 374 : 1, split flow =

156 mL/menit. Pencatatan hasil analisis dalam kolom menggunakan

detektor ionisasi nyala (FID) dengan temperatur 200C berupa peak-peak

yang disebut kromatogram.

2. Analisis Sampel

Komponen hidrokarbon dideteksi menggunakan alat kromatografi gas

dengan cara memasukan sampel ( Mogas A atau mogas B) ke dalam

tempat pemasukan sampel (injektor) menggunakan syringe. Syringe dibilas

terlebih dahulu dengan sampel hingga yakin didalam syringe sudah tidak

ada gelembung udara, sampel diambil menggunakan syringe sebanyak 1,0

L dan dipastikan tidak ada gelembung didalamnya. Kemudian sampel

diinjeksikan ke dalam injektor (septum) dan tekan tombol start. Hasil

analisis ditunggu selama 131 menit dan hingga running selesai.

4

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sampel diinjeksikan pada injektor yang berada dalam oven dengan

temperatur 200C sehingga sampel diuapkan menjadi bentuk gas dan dibawa ke

kolom oleh gas pembawa (gas nitrogen). Kemudian sampel dibawa ke kolom

dengan gas pembawa nitrogen dan terjadi pemisahan setiap komponen dalam

sampel. Kolom yang digunakan adalah kolom kapiler, fused, dengan fasa diam

methyl siloxane. Dengan temperatur terprogram dengan final temperatur 200C.

Senyawa yang mempunyai titik didih lebih rendah dan yang memiliki atom

karbon rendah akan menguap terlebih dahulu dan keluar terlebih dahulu dari

kolom dibandingkan senyawa yang memiliki titik didih lebih tinggi dan

mempunyai jumah atom karbon yang besar. Kemudian komponen yang keluar

dari kolom dideteksi oleh pendekteksi (detektor) sebagai kumpulan kromatogram

(peak). Hasil analisis sampel mogas terdiri atas 157 komponen. Mogas dibuat

dengan cara mencampurkan antara naptha dengan komponen mogas oktan tinggi

atau HOMC (High Octane Mogas Component) sehingga mempunyai struktur

molekul hidrokarbon dari C4 sampai C12 yang terdiri dari parafin, isoparafin,

olefin, napten, dan aromat.

Hasil analisis komposisi parafin, isoparafin, olefin, napten, dan aromat

(PIONA) berupa normalisasi berat (%wt) dan normalisasi volume (%vol), yang

digunakan dalam penentuan angka oktan masing-masing komponen adalah data

normalisasi volume (%vol). Normalisasi volume (%vol) diperoleh dengan

mengalikan normalisasi berat (%wt) dengan densitas masing-masing komponen

dan dibagi dengan jumlah volume seluruh komponen. Normalisasi volume (%vol)

digunakan karena angka oktan masing-masing senyawa dicari berdasarkan prinsip

mesin pengukur angka oktan CFR (Coorperation Fuel Research) yaitu tekanan

(P) berbanding terbalik dengan volume (V) pada temperatut (T) tetap. Tekanan

(P) dianggap setara dengan angka oktan.

Dari hasil kromatografi dapat dihitung RON dari masing-masing komponen.

Tabel berikut menunjukan perbandingan angka oktan C7 dari masing-masing jenis

hidrokarbon.

Tabel 1. Data Angka Oktan Tabel Masing-masing Hirokarbon pada Sampel

Mogas B

Carbon No. Jenis Hidrokrbon Nama Senyawa RON Tabel

C7 Parafin n-heptana 0.0

C7 Isoparafin 2,3 dimetil pentana 91.1

C7 Olefin 3 metil trans 2 heksana 91.5

C7 Naftenik 1,1 dimetil siklopentana 92.3

C7 Aromatik Toluena 120.0

Dari data angka oktan tabel (RON tabel) tersebut, angka oktan pada sampel

mogas B pada atom yang sama (C7) dengan jenis hidrokarbon yang berbeda

5

(PIONA) dan struktur yang berbeda mempunyai angka oktan yang berbeda.

Hidrokarbon jenis isoparafin memiliki angka oktan yang lebih tinggi dari n-

parafin. Hal ini disebabkan karena adanya cabang pada stuktur isoparafin

menyebabkan hidrokarbon tersebut lebih tahan terhadap perubahan panas

sehingga mempunyai angka oktan lebih tinggi dari bentuk normalnya.

Masing- masing struktur hidrokarbon isoparafin juga memiliki angka oktan

yang berbeda-beda. Senyawa yang memiliki banyak cabang mempunyai angka

oktan yang lebih tinggi. Seperti yang terlihat pada tabel 2

Tabel 2. Data Angka Oktan Senyawa Isoparafin pada Sampel Mogas B

Dari data terlihat bahwa senyawa yang memiliki rantai cabang yang banyak

(2,2 dimetil pentana) memiliki angka oktan yang lebih tinggi yaitu 92.8

dibandingkan senyawa 3 etil pentana yaitu hanya 65.0.

Tabel 3. Hasil Analisis Komponen PIONA Sampel Mogas A (%Vol)

% LV

Carbon No. P I O N A Jumlah /

Carbon No.

C3 0.32 0 0.01 0 0 0.33

C4 1.42 0.77 0.81 0 0 3.00

C5 3.71 6.45 3.57 0.00 0 13.74

C6 3.72 9.01 2.14 2.95 2.21 20.02

C7 3.26 6.14 1.56 4.90 9.67 25.54

C8 2.06 5.47 0 1.12 11.72 20.37

C9 0.00 2.02 0 0.43 8.82 11.27

C10 0.00 0.24 0 0.00 3.48 3.72

C11 0.00 0.03 0 0 1.94 1.97

C12 0.05 0 0 0 0 0.05

Jumlah Per

Jenis Senyawa 14.54 30.13 8.10 9.40 37.84 100.00

Research Octane Number (RON) : 85.1

Specific Gravity 60/60 F (SG 60/60 F) : 0.7569

Carbon No. Nama Senyawa RON Tabel

C7 2 metil heksana 42.4

C7 3 etil pentana 65.0

C7 2,4 dimetil pentana 83.1

C7 2,2 dimetil pentana 92.8

C7 2,2,3 trimetil butana 101.8

6

Tabel 4 Hasil Analisis Komponen PIONA Sampel Mogas B (%Vol)

Jumlah komposisi parafin pada sampel mogas B lebih rendah dari pada

sampel mogas A yaitu sebesar 7,56% vol sedangkan pada sampel mogas A

14,54% vol. Ini disebabkan n-parafin mempunyai sifat knocking kurang baik

sehingga angka oktannya menjadi lebih rendah dengan naiknya berat molekul

meskipun n-parafin memiliki nilai kalor tinggi dan senyawa kimianya stabil.

Jumlah isoparafin pada sampel mogas B lebih tinggi yaitu sebesar 30,69% vol

sedangkan pada sampel mogas A hanya 30,13% vol. Hal ini disebabkan karena

komponen isoparafin mempunyai angka oktan yang lebih tinggi dari bentuk

isomer normalnya dan angka oktan naik dengan bertambahnya rantai cabang,

sehingga jumlah isoparafin diperbesar hingga lebih dari 30% volume.

Jumlah olefin pada sampel mogas B lebih tinggi yaitu sebesar 19,20% vol

sedangkan pada sampel mogas A 8,10% vol. Hal ini disebabkan karena olefin

mempunyai angka oktan yang lebih tinggi dari n-parafin dengan jumlah atom C

yang sama, tetapi mempunyai sifat antiknocking yang relatif jelek. Senyawa olefin

dapat menyebabkan terjadinya pembentukan gum apabila ada panas dan katalis.

Gum adalah hasil polimerisasi dari olefin yang dikatalis oleh adanya panas dan

logan Cu dan Fe. Gum menyebabkan adanya endapan pada bagian dasar tangki

timbun dan mengendap pada saluran bahan bakar, sehingga mengganggu aliran

bahan bakar dan menyebabkan terbentuknya endapan yang menempel pada

saluran pemasukan dan katup hisap, sehingga kerja mesin terganggu. Peningkatan

kandungan olefin dari mesin cenderung mengurangi emisi VOC (Volatile Organic

% LV

Carbon No. P I O N A

Jumlah /

Carb.

No.

C3 0.02 0 0.00 0 0 0.02

C4 0.48 0.44 1.48 0 0 2.41

C5 2.42 10.31 9.76 1.50 0 23.99

C6 1.62 9.59 4.81 2.56 1.18 19.76

C7 1.56 4.65 3.15 3.14 6.27 18.77

C8 1.26 3.88 0 0.99 8.94 15.06

C9 0.00 1.40 0 0.41 7.64 9.44

C10 0.03 0.35 0 0.32 5.14 5.83

C11 0.00 0.08 0 0 4.46 4.53

C12 0.18 0 0 0 0 0.18

Jumlah Per

Jenis Senyawa 7.56 30.69 19.20 8.92 33.62 100.00

Research Octane Number (RON) : 89.2

Specific Gravity 60/60 F (SG 60/60 F) : 0.7487

7

Componnet) knalpot, karena olefin membakar lebih mudah dari kelas-kelas

hidrokarbon yang lain. Namun, bila komponen olefin meningkat, akan cenderung

mengakibatkan peningkatan pembentukan NOx. Olefin adalah salah satu

hidrokarbon yang paling reaktif untuk pembentukan ozon, sehingga sebagai

campuran mogas kandungan olefin dibatasi.

Jumlah komponen napten pada sampel mogas B lebih rendah yaitu 8,92% vol

dibandingkan pada sampel mogas A yaitu 9,40% vol. Senyawa napten

mempunyai angka oktan yang relatif rendah seperti n-parafin dan mempunyai titik

didih yang tinggi.

Jumlah komponen aromatik pada sampel mogas B lebih rendah yaitu 33,62%

vol sedangkan pada sampel mogas A sebesar 37,84% vol. Hal ini disebabkan

karena aromat mempunyai angka oktan yang tinggi dan mempunyai sifat

antiknocking yang sangat bagus (excelent antiknocking characteristic). Molekul

aromatik sebagian besar dikonvesi menjadi benzena selama pembakaran atau

catalytic converter. Pembakaran benzena menghasilkan pembakarn yang tidak

sempurna sehingga dapat menyebabkan pencemaran yang menghasilkan bahan

karsinogenik. Untuk itu maka jumlah aromatik pada mogas harus dibatasi

maksimal 50% volume dan benzena dibatasi maksimal 5% volume.

Dari hasil analisis tersebut diperoleh angka oktan sampel mogas A yaitu 85,1

dan angka oktan sampel mogas B sebesar 89,2. Sehingga komposisi hidrokarbon

(PIONA) berpengaruh terhadap angka oktan dari sampel mogas A dan B.

SIMPULAN

Simpulan

Struktur dan komposisi hidrokarbon (PIONA) berpengaruh terhadap angka

oktan. Sampel mogas A memiliki angka oktan 85,1 sedangkan angka oktan

sampel B 89,2. Angka oktan dari Toluena (aromatik) 120,0 > 1,1 dimetil

siklopentana (naftenik) 92,3 > 3 metil trans 2 heksana (olefin) 91,5 > 2,3 dimetil

pentana (isoparafin) 91,1 > n-heptana (parafin) 0,0. Stuktur isoparafin memiliki

angka oktan yang lebih tinggi dari n-parafin, 2,3 dimetil pentana (91,1) > n-

heptana (0,0). Stuktur isoparafin yang memiliki cabang yang lebih banyak

memiliki angka oktan yang lebih tinggi, 2,2 dimetil pentana (92,8) > 3 etil pentana

(65,0).

DAFTAR PUSTAKA

American Society for Testing Materials. 2003. Annual Book of ASTM Standart,

Lubricant and Fossil Fuel (II). Vol 05.01, 05.02, 05.05 Petroleum Product.

Philadelpia.

Ashby, J.D. 1978. An Introduction to Gas Chromatography. Heyden & Son.

London.

Fesssenden & Fessenden. 1997. Dasar-dasar Kimia Organik. Erlangga : Jakarta.

8

Mudjiraharjo. 1997. Kimia Minyak Bumi. Pusat dan Pelatihan Minyak Bumi dan

Gas Bumi : Cepu.

Mudjiraharjo. 2003. Signifikansi Pengujian BBM Umum. Pusat dan Pelatihan

Minyak Bumi dan Gas Bumi : Cepu.

9

10

11

12

13

14