laporan tugas akhir pembuatan biodiesel …... · bilangan penyabunan, angka setan (cetane number),...
TRANSCRIPT
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
LAPORAN TUGAS AKHIR
PEMBUATAN BIODIESEL DARI MINYAK BIJI KAPUK RANDU
Oleh :
1. Apri Rokhmah Wahananingrum I8308019
2. Pravita Anatasia Anggraini I8308053
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2011
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan
karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini.
Laporan Tugas Akhir ini kami susun sebagai syarat untuk menyelesaikan studi
Program Diploma III Universitas Sebelas Maret Surakarta. Laporan Tugas Akhir
ini kami susun berdasarkan data data yang diperoleh dari hasil percobaan.
Selama penyusunan laporan ini kami banyak mendapatkan bimbingan,
dorongan, serta bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu kami ingin menyampaikan
terima kasih kepada :
1. Bregas ST Sembodo , S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Diploma III
Teknik Kimia UNS Surakarta.
2. Dwi Ardiana Setyawardhani, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing Tugas
Akhir.
3. Kepada keluarga tercinta atas doa, dukungan moril dan materiilnya.
4. Teman teman DIII Teknik Kimia angkatan 2008 atas bantuan dan
dukungannya.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini masih banyak
kekurangannya. Oleh karena itu, Penulis mengharapkan kritik dan saran yang
sifatnya membangun demi kesempurnaan laporan ini.
Dan akhirnya Penulis mohon maaf kepada semua pihak, apabila dalam
penyusunan laporan ini terdapat kesalahan. Penulis berharap semoga laporan ini
dapat bermanfaat.
Surakarta, Juni 2011
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. ii
LEMBAR KONSULTASI ................................................................................ iii
KATA PENGANTAR ...................................................................................... v
DAFTAR ISI .................................................................................................... vi
DAFTAR TABEL ............................................................................................ vii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... viii
INTISARI ......................................................................................................... ix
BAB I PENDAHULUAN ......................................................................... 1
A. Latar Belakang Masalah ..................................................... 1
B. Perumusan Masalah ............................................................ 2
C. Tujuan ................................................................................ 3
D. Manfaat .............................................................................. 3
BAB II LANDASAN TEORI ................................................................. 4
A. Tinjauan Pustaka ......... ....................................................... 4
B. Kerangka Pemikiran ................ ........................................... 11
BAB III METODOLOGI ............................................................................. 13
A. Alat dan Bahan .................................................................... 13
B. Lokasi....................... ........................................................... 15
C. Cara Kerja ........................................................................... 15
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................... 30
A. Komposisi Minyak Biji Kapuk Randu ....... ........................ 30
B. Sifat Fisis Biodiesel Minyak Biji Kapuk Randu......... ........ 31
C. Sifat Kimia Biodiesel Minyak Biji Kapuk Randu .............. 34
D. Hasil Uji Biodiesel Menggunakan Engine Test Bed ........... 35
BAB V PENUTUP ...................................................................................... 41
A. Kesimpulan................ ......................................................... 41
B. Saran .................... ............................................................. 41
DAFTAR PUSTAKA
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
TABEL 2.1 : Spesifikasi Biodiesel Menurut SNI 04-7182-2006..................... 9
TABEL 2.2 : Spesifikasi solar sesuai SK Dirjen Migas
No.3675K/24/DJM/2006 ........................................................... 10
TABEL 4.1 : Komposisi Asam Lemak Dalam Minyak Biji Kapuk................. 30
TABEL 4.2 : Karakteristik Biodiesel dari Minyak Biji Kapuk Randu ........... 31
TABEL 4.3 : Sifat Kimia Biodiesel dari Minyak Biji Kapuk Randu............... 34
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 : Pohon Kapuk Randu ................................................................. 4
Gambar 2.2 : Biji Kapuk Randu .................................................................. 5
Gambar 2.3 11
Gambar 2.4 : Diagram Pengujian Karakteristik Biodiesel
Gambar 3.1 : Reaktor Biodiesel .................................... ............................. 14
Gambar 4.4.1 : Grafik Perbandingan Torsi (Nm) vs Kecepatan Putaran Mesin
(rpm) ........................................................................................ 36
Gambar 4.4.2 : Grafik Perbandingan Daya (kW) vs Kecepatan Putaran Mesin
(rpm) ........................................................................ ............... 37
Gambar 4.4.3 : Grafik Perbandingan BMEP (kPa) vs Kecepatan Putaran Mesin
(rpm) ....................................................................................... 38
Gambar 4..4.4 : Grafik Perbandingan SFC (kg/kWh) vs Kecepatan Putaran
Mesin (rpm) ........................................................... ............... 39
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
INTISARI
Apri Rokhmah Wahananingrum, Pravita Anatasia Anggraini, 2011,
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu Program Studi
Diploma III Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
Minyak nabati merupakan salah satu alternatif yang dapat digunakan
sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. Salah satu sumber penghasil minyak
nabati yang sangat potensial di Indonesia yaitu biji kapuk randu. Hal ini
dikarenakan Indonesia adalah salah satu negara penghasil kapuk randu dan bijinya
masih jarang dimanfaatkan. Biodiesel adalah senyawa metil ester yang dapat
diperoleh dari proses transesterifikasi minyak nabati maupun esterifikasi asam
lemak. Kualitas biodiesel yang baik dapat dilihat dari tingkat kejenuhan asam
lemak yang tinggi.
Untuk memperoleh biodiesel, minyak biji kapuk randu diasamkan dengan
menggunakan metanol dan katalis H2SO4. Setelah itu, didiamkan selama 3 hari
untuk mengendapkan kotoran, minyak di transesterifikasi dengan metanol dan
katalis KOH. Kemudian didiamkan selama beberapa hari dan akan terbentuk 2
lapisan. Lapisan atas berupa metil ester/biodiesel (berwarna keemasan), lapisan
bawah adalah gliserol (berwarna coklat terang). Setelah itu, biodiesel dicuci
dengan aquadest sebanyak 28% volume biodiesel kemudian sisa air diadsorbsi
dengan silica gel.
Karakteristik biodiesel yang dianalisis meliputi persentase kandungan
asam lemak bebas dan asam lemak total yang ada di dalam biodiesel, selain itu
juga dianalisis spesific gravity, viskositas kinematis, titik nyala/flash point, warna,
titik tuang/pour point, copper strip corosion, CCR (Conradson Carbon Residue),
bilangan penyabunan, angka setan (cetane number), angka asam, bilangan iod,
dan kinerja dengan mesin diesel. Hasil analisis menunjukkan bahwa biodiesel
yang dihasilkan secara umum telah memenuhi standar spesifikasi SNI 04-7182-
2006 dan ASTM. Selain itu dari uji mesin diesel, biodiesel yang dihasilkan lebih
baik daripada solar murni.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Minyak bumi merupakan salah satu sumber energi tak terbarukan (non
renewable) dan cadangan minyak bumi di dunia terbatas jumlahnya, tetapi
minyak bumi ini masih menjadi konsumsi energi yang utama. Hal tersebut
memunculkan perhatian terhadap penggunaan minyak nabati sebagai bahan
bakar alternatif.
Harga minyak bumi di Indonesia yang terus meningkat mempengaruhi
kestabilan perekonomian pemerintah. Meskipun sebagai penghasil minyak,
Indonesia juga sebagai negara pengimpor minyak. Harga BBM di dalam
negeri yang masih di subsidi menyebabkan beban pemerintah terhadap BBM
semakin berat. Eksplorasi minyak bumi yang terus menerus menyebabkan
cadangan minyak bumi akan habis, termasuk di Indonesia diperkirakan
cadangan minyak bumi akan habis dalam 30 tahun mendatang. Sumber energi
yang dapat mensubstitusi BBM salah satunya adalah biodiesel.
Biodiesel adalah alternatif untuk menggantikan solar yang dibuat dari
minyak tanaman atau lemak dengan reaksi transesterifikasi dan produksinya
relatif sederhana sehingga memungkinkan dikembangkan oleh industri kecil
menengah. Bahan yang dapat digunakan sebagai biodiesel salah satunya
adalah minyak biji kapuk randu. Biodiesel memberikan sedikit polusi
dibandingkan bahan bakar petroleum dan dapat digunakan tanpa modifikasi
ulang mesin diesel. Berdasarkan penelitian, minyak biji kapuk randu sangat
berpotensi untuk dijadikan sebagai bahan baku pembuatan biodiesel.
Beberapa keunggulan yang dimiliki minyak biji kapuk randu antara lain
mudah didapat (masa panen biji randu 6 bulan sekali), harganya relatif murah,
kadar asam lemak tak jenuhnya relatif tinggi (71.95%), dan bilangan iodine
yang memenuhi standar spesifikasi biodiesel (88 g/g). Berdasarkan data
statistik, luas perkebunan kapuk randu di Indonesia (2007) sekitar 77.514,16
ha dan mampu menghasilkan biji kapuk randu sebesar 27.599,84 ton/tahun.
1
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Memanfaatkan biodiesel sebagai bahan bakar maka dapat mereduksi
emisi gas-gas berbahaya seperti CO, CO2, O3, NOx, SO2, hidrokarbon reaktif
lainnya serta asap dan partikel di udara yang dapat terhirup. Selain itu
biodiesel memiliki beberapa keunggulan di antaranya biodegradable (dapat
terdegradasi dengan mudah), tidak beracun, mempunyai bilangan cetane yang
tinggi, nilai flash point (titik nyala) yang lebih tinggi dari petroleum diesel
sehingga aman disimpan dan digunakan, asap buangan yang tidak hitam,
tidak mengandung sulfur serta senyawa aromatik sehingga emisi pembakaran
yang dihasilkan ramah lingkungan serta tidak menambah akumulasi gas CO2
di atmosfer sehingga lebih jauh lagi mengurangi efek pemanasan global atau
banyak disebut dengan zero CO2 emission.
B. Perumusan Masalah
Harga solar yang semakin naik seiring dengan terbatasnya ketersediaan
bahan bakar minyak yang tidak terbaharukan (non renewable) maka
diperlukan upaya untuk menciptakan bahan bakar alternatif yang
terbaharukan (renewable), yakni dengan membuat biodiesel dari minyak biji
kapuk randu melalui proses transesterifikasi. Parameter yang digunakan
untuk menguji kualitas biodiesel meliputi spesific gravity, viskositas
kinematis, titik nyala/flash point, warna, titik tuang/pour point, copper strip
corosion, CCR (Conradson Carbon Residue), bilangan penyabunan, angka
setan (cetane number), angka asam, bilangan iod.
Biodiesel di uji mesin menggunakan engine test bed. Dengan pengujian
mesin ini dapat diketahui daya,BMEP (Brake Mean Effective Pressure) atau
tenaga output mesin dan Spesific Fuel Consumption (SFC) yang
menunjukkan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan tiap satuan waktu dan
daya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
C. Tujuan
Membuat biodiesel dari minyak biji kapuk randu melalui proses
transesterifikasi.
D. Manfaat
1. Bagi Masyarakat
Mengetahui bahwa minyak biji kapuk randu dapat digunakan untuk
membuat biodiesel sehingga biji yang awalnya dibuang dapat
dimanfaatkan.
Berpotensi untuk mengembangkan bahan bakar terbarukan yang
dapat memenuhi kebutuhan energi masyarakat Indonesia untuk
mengantisipasi dampak negatif dari penggunaan bahan bakar fosil
dan krisis energi yang sedang dialami bangsa Indonesia.
Penggunaan minyak biji kapuk randu sebagai bahan baku pembuatan
biodiesel akan menaikkan nilai ekonomi tanaman kapuk, sehingga
akan mendorong pembudidayaan tanaman kapuk randu secara
khusus.
2. Bagi Mahasiswa
Dapat melakukan proses pembuatan biodiesel dari minyak biji kapuk
randu melalui proses transesterifikasi.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
BAB II
LANDASAN TEORI
A. TINJAUAN PUSTAKA
1. Kapuk Randu
Pohon Randu yang dikenal dalam bahasa latinnya Ceiba Pentandra
ini merupakan pohon tropis dari keluarga Malvaceae berasal dari Amerika
Latin, Amerika Tengah dan Selatan. Selain hidup di sebagian besar benua
Amerika, pohon jenis ini juga tumbuh di Afrika dan Asia. Di Indonesia,
pohon randu atau kapuk ini biasa disebut Kapas Jawa, Jawa Kapuk. Pohon
ini biasanya tumbuh hingga ketinggian antara 60 - 70 meter. Batangnya
terdapat banyak cabang yang lebih besar dan tidak berduri. Pohon ini
menghasilkan beberapa ratus buah biji. Buah kapuk dikatakan matang dan
siap dipanen jika telah berumur 5-6 bulan. Polong berisi biji ini berwarna
kekuningan, seratnya halus yang merupakan campuran dari lignin dan
selulosa. Serat kapuk itu sangat ringan, ulet dan tahan terhadap air. Jenis
kapuk yang telah dibudidayakan di Indonesia berjumlah sekitar 200
varietas dan tiap varietas mempunyai bentuk buah dan struktur serat yang
berbeda (Mulyadi, 2010).
Gambar 2.1 Pohon Kapuk Randu
4
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
2. Minyak Biji Kapuk Randu
Gambar 2.2 Biji Kapuk Randu
Minyak biji kapuk randu diperoleh dari proses pengepresan biji kapuk
randu. Spesies yang umum dikenal dari tanaman kapuk randu yaitu :
Gossypium hirsutum (USA dan Australia)
G. arboreum dan G. herbaceum (Asia)
G. barbadense (Egypt)
Biji kapuk randu ini memiliki kandungan minyak sebanyak 16,14%
dengan kelembaban < 10%. Kandungan asam lemak minyak biji kapuk
randu yang paling banyak adalah asam linoleat (asam lemak tak
jenuh/unsaturated fatty acid) (Hidayat, 2010).
Minyak kapuk randu berwarna kuning, tidak berbau dan rasanya
tawar. Bungkil hasil pengepresan digunakan sebagai bahan pupuk karena
kandungan Nitrogen 4-5% dan asam fosfat 2%. Bungkil ini mengandung
13% air, 6% abu, 20% serat kasar,6% lemak,29% protein dan 20%
karbohidrat (Mulyadi, 2010).
Tujuan utama dari proses pemurnian minyak adalah untuk
menghilangkan rasa serta bau yang tidak enak, warna yang tidak menarik
(kecoklatan) dan memperpanjang masa simpan minyak sebelum
dikonsumsi atau digunakan sebagai bahan mentah dalam industri (Ketaren,
1986).
Di dalam minyak yang belum dimurnikan terdapat bermacam-macam
kotoran yang larut maupun tidak larut dalam minyak dan suspense koloid.
Kotoran yang larut antara lain asam lemak bebas, aldehida, keton, zat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
warna dan tokoferol. Sedangkan yang tidak larut misalnya getah, lendir,
protein, fosfatida, yang berasal dari sumber minyak (Hidayat,2010).
Asam-asam lemak minyak nabati terdiri dari komponen senyawa
utamanya yaitu trigliserida dengan rumus bangun sebagai berikut:
Hidrolisis terhadap trigliserida akan menghasilkan asam lemak dan
gliserol, dengan proses sebagai berikut:
Transesterifikasi adalah suatu reaksi antara ester dengan alkohol
membentuk ester baru dan alkohol baru, dalam hal ini terjadi pertukaran
bagian alkohol suatu ester. Pereaksi-pereaksi transesterifikasi secara
umum dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu pereaksi katalis asam dan
basa. Katalis asam yang biasa digunakan adalah asam klorida dalam
etanol, asam sulfat dalam etanol dan borontrifluorida dalam etanol. Katalis
basa yang biasa digunakan adalah natrium etoksida dalam etanol dan
Natrium hidroksida dalam etanol.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Transesterifikasi dengan katalis asam diawali dengan serangan proton
terhadap atom oksigen gugus karbonil menghasilkan kation yang
terstabilkan oleh resonansi. Tahap kedua, alkohol (R-OH) sebagai
nukleofil menyerang atom karbon karbonil dari kation yang terstabilkan
membentuk zat antara tetrahedral. Tahap ketiga, terjadi eliminasi dan
pembebasan proton menghasilkan ester dan alkohol baru. Reaksi
transesterifikasi berlangsung dapat balik sehingga untuk menggeser reaksi
ke arah produk dapat dilakukan dengan menggunakan salah satu pereaksi
berlebih.
Mekanisme transesterifikasi dengan katalis basa diawali dengan reaksi
antara ion hidroksida (OH-) dengan alkohol membentuk alkoksida.
Selanjutnya alkoksida yang terbentuk menyerang gugus karbonil (dengan
gugus karbonil sp2) pada ester A membentuk zat antara tetrahedral
(dengan atom C sp3) yang sangat tidak stabil, tahap selanjutnya eliminasi
menghasilkan ester (B) baru dan alkohol baru (R-OH).
Reaksi transesterifikasi dari lemak/minyak dapat dilakukan untuk
menurunkan viskositas minyak nabati sehingga dihasilkan etil ester asam
lemak. Transestrifikasi dapat menurunkan viskositas minyak nabati sampai
85%. Reaksi transesterifikasi minyak nabati dapat dilakukan dengan
mereaksikan minyak yang merupakan trigliserida dengan alkohol
(metanol/etanol) dengan katalis asam atau basa, sehingga dihasilkan alkil
ester asam lemak dan hasil samping gliserol (Hidayat,2010)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
3. Biodiesel
Biodiesel berbentuk cairan berwarna kuning cerah sampai kuning
kecoklatan. Biodiesel tidak dapat campur dengan air, mempunyai titik
didih tinggi dan mempunyai tekanan uap yang rendah. Biodiesel terdiri
dari senyawa campuran metil ester dari rantai panjang asam-asam lemak
dari minyak tumbuh-tumbuhan yang memiliki flash point 150 °C (300 °F),
densitas 0.88 g/cm³,dibawah densitas air. Biodiesel tidak memiliki
senyawa toksik dan tidak mengandung sulfur.
Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono-
alkil ester 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. Proses transesterifikasi lipid
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.
Biodiesel merupakan kandidat yang paling dekat untuk menggantikan
bahan bakar fosil sebagai sumber energi transportasi utama dunia, karena
merupakan bahan bakar terbaharui yang dapat menggantikan solar di
mesin sekarang ini dan dapat diangkut dan dijual dengan menggunakan
infrastruktur sekarang ini. 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 (Hidayat,2010)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Tabel 2.1 Spesifikasi biodiesel menurut SNI 04-7182-2006
Parameter Satuan Nilai
Masa jenis pada suhu 40º Kg/m3 850-890
Viskositas kinematik pada
40º
Mm2/s (cst) 2,3-6,0
Angka setana - Min 51
Titik nyala (mangkok
tertutup)
oC Min 100
Titik kabut oC Maks 18
Korosi lempeng tembaga
(3 jam pada suhu 50º)
- Maks no 3
Residu karbon
Dalam contoh asli
Dalam 10% ampas distilasi
%-massa
%-massa
Maks 0,05
Maks 0,30
Air dan sedimen %-vol Maks 0,05
Temperatur distilasi 90% oC Maks 360
Abu tersulfatkan %-massa Maks 0,02
Belerang Ppm-m (kg/mg) Maks 100
Fosfor Ppm-m (kg/mg) Maks 10
Angka asam Mg-KOH/g Maks 0,8
Gliserol bebas %-massa Maks 0,02
Gliserol total %-massa Maks 0,24
Kadar ester alkil %-massa Min 96,5
Kadar iodium %-massa( g-12
/100g)
Maks 115
Uji halphen - Negatif
Bilangan penyabunan - Maks 189
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Tabel 2.2 Spesifikasi solar menurut SK Dirjen Migas No.3675 K/24/DJM/2006
No Karakteristik Unit Super Reguler
1 Berat jenis pada suhu 15 0C kg/m
3 820-860 815-870
2 Viskositas kinematik pada suhu
40 0C
mm2/s 2.0-4.5 2.0-5.0
3 Angka setana / indeks -45
4 Titik nyala 40 0C
0C
5 Titik tuang 0C
6 Korosi lempeng tembaga (3 jam
pada 50 0C)
7 Residu karbon % massa
8 Kandungan air mg/kg
9 T90/95 0C <370
10 Stabilitas oksidasi g/m3 -
11 Sulfur %m/m 5
12 Bilangan asam total mg-KOH/g
13 Kandungan abu %m/m
14 Kandungan sedimen >%m/m
15 Kandungan FAME %m/m
16 Kandungan metanol dan etanol %v/v Tak terditeksi Tak terditeksi
17 Partikulat mg/l -
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
Penggunaan biodiesel sebagai bahan bakar mempunyai beberapa keuntungan
yakni :
Biodiesel tidak akan habis karena dapat ditanam atau diperbaharui
sumbernya.
Dengan berkembangnya biodiesel jelas akan dapat memanfaatkan
tanah-tanah kritis yang banyak tersebar diseluruh pelosok tanah air.
Menciptakan lapangan kerja baru baik dibidang pertanian/budidaya
kapuk randu, pabrik-pabrik mini agroindustri pengolah biodiesel
sehingga akibatnya dapat meningkatkan kesejahteraan petani.
Aman digunakan sebagai bahan bakar, emisi hidokarbon lebih sedikit,
sehingga penggunaan biodiesel ini akan menurunkan polusi udara
akibat kendaraan bermotor.
B. KERANGKA PEMIKIRAN
1. Proses pembuatan biodiesel
Gambar 2.3 Diagram Pembuatan Biodiesel
M inyak B iji K apuk R andu
Acid Pretreatm ent
Esterifikasi
Pem urnian
K atalis H 2SO 4 M etanol
M etanolK atalis K O H
G liserol
B iodiesel
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta
2. Tahap Pengujian Karakteristik Biodiesel
Gambar 2.4 Diagram Pengujian Karakteristik Biodiesel
B iodiesel
A nalisa S ifat F isis dan K im ia
U ji K inerja dengan M esin D iesel
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
BAB III
METODOLOGI
A. Alat dan Bahan
1. Alat
1) Untuk Percobaan Pendahuluan
Alat yang digunakan :
Labu leher tiga
Pendingin spiral
Termometer
Pemanas mantel
Gelas beaker
Gelas ukur
Erlenmeyer
Pipet tetes
Labu takar
Magnetic stirer
Pengaduk kaca
Botol timbang
Buret
Klem dan statif
Pengaduk merkuri
Motor pengaduk
Pipet volume
Pipet ukur
2) Untuk Produksi
Alat yang digunakan :
Tangki Biodiesel
Tangki Pencucian
13
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Tangki Gliserol
Termocouple
Impeller
2. Bahan
1) Bahan utama
1. Minyak Biji Kapuk Randu
2. Metanol
3. KOH
4. H2SO4
2) Bahan pembantu analisa hasil
1. Indikator phenolptalein (PP)
2. Indikator pati
3. Indikator Metil Orange (MO)
4. Larutan HCl
5. Larutan NaOH
6. Aquadest
7. Boraks (Na2B4O7.10H2O)
8. Etanol
9. Pereaksi Hanus
10. Larutan Karbon Tetra Klorida (CCl4)
11. Larutan Natrium Tiosulfat (Na2S2O3)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
3. Gambar Rangkaian Alat
Impeler
Thermocouple
Heater
Gambar 3.1 Reaktor Biodiesel
B. Lokasi
Percobaan pendahuluan dan analisis sifat kimia dilakukan di
Laboratorium Dasar Teknik Kimia Gedung VI lantai III UNS, namun
untuk produksi dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Teknik Mesin
Gedung VI lantai I UNS. Sedangkan untuk analisa sifat fisis biodiesel
dilakukan di Laboratorium Minyak Bumi dan Gas UGM, analisa
komposisi minyak biji kapuk randu dilakukan di Laboratorium Kimia
Organik (FMIPA) UGM dan untuk uji mesin diesel di Laboratorium
Konversi Energi Teknik Mesin UGM.
C. Cara Kerja
Percobaan Pendahuluan
1) Tahap Acid Pretreatment
1. Merangkai alat metanolisis minyak biji kapuk
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
2. Memanaskan 400 mL minyak biji kapuk dan H2SO4 pekat 1,5%
volume minyak dalam labu leher tiga yang dilengkapi dengan
pendingin spiral, termometer, dan pengaduk sampai suhu 60 °C
3. Memasukkan larutan metanol (perbandingan volume metanol :
minyak = 1:5) ke dalam labu leher tiga yang berisi minyak biji
kapuk pada saat mencapai suhu 60 0C
4. Menghidupkan pengaduk dan mengatur pada kecepatan konstan
±1500 rpm dan mulai menghitung waktu reaksi
5. Membiarkan reaksi selama 2 jam, menjaga temperatur dan
pengadukan tetap konstan
6. Mendiamkan asam lemak yang terbentuk selama 1 hari untuk
mengendapkan kotoran
2) Tahap Esterifikasi
Preparasi bahan baku
1. Menganalisa minyak biji kapuk untuk mengetahui rapat massa,
kadar asam lemak total dan asam lemak bebas
3) Tahap Transesterifikasi
1. Merangkai alat esterifikasi minyak biji kapuk dengan metanol
2. Memanaskan 400 mL minyak biji kapuk dari tahap acid
pretreatment dalam labu leher tiga yang dilengkapi dengan
pendingin spiral, termometer, dan pengaduk sampai suhu 50 °C
3. Memanaskan larutan metanol (perbandingan volume metanol :
minyak = 1:5) dan KOH (2% berat minyak) sampai suhu 50 0C
4. Memasukkan larutan metanol dan KOH ke dalam labu leher tiga
yang berisi minyak biji kapuk pada saat keduanya mencapai suhu
50 0C
5. Membiarkan reaksi selama 1 jam dengan kecepatan pengadukan
±1500 rpm, menjaga temperatur dan pengadukan tetap konstan
(reaksi akan berjalan dengan cepat, akan segera terbentuk 2 lapisan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
yang terpisah). Lapisan atas metil ester (berwarna keemasan),
lapisan bawah adalah gliserol (berwarna coklat terang).
Produksi
1) Tahap Acid Pretreatment
1. Memastikan/mengecek reaktor dapat beroperasi atau tidak
2. Memasukkan 70 liter minyak biji kapuk dan H2SO4 pekat 1,5%
volume minyak dalam reaktor
3. Memasukkan larutan metanol (perbandingan volume metanol :
minyak = 1:5) ke dalam reaktor yang berisi minyak biji kapuk pada
saat mencapai suhu 60 0C (mengeset termocouple agar suhunya
konstan pada 60 0C)
4. Menghidupkan impeller
5. Membiarkan reaksi selama 2 jam
6. Mendiamkan asam lemak yang terbentuk selama 3 hari untuk
mengendapkan kotoran
2) Tahap Transesterifikasi
1. Mengukur volume minyak dalam reaktor
2. Memanaskan larutan metanol (perbandingan volume metanol :
minyak = 1:5) dan KOH (2% berat minyak) sampai suhu 50 0C
3. Memasukkan larutan metanol dan KOH ke dalam reaktor yang
berisi minyak kapuk randu
4. Memanaskan larutan sampai suhu 50 0C (mengeset termocouple
agar suhunya konstan pada 50 0C)
5. Menghidupkan impeller
6. Membiarkan reaksi selama 1 jam
7. Mendiamkan larutan selama beberapa hari. Akan terbentuk 2
lapisan yang terpisah. Lapisan atas metil ester (berwarna
keemasan), lapisan bawah adalah gliserol (berwarna coklat terang).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Tahap Pengujian Karakteristik Biodiesel
1) Pemurnian Hasil
1. Mendiamkan produk esterifikasi selama ± 20 jam sehingga
terbentuk 2 lapisan. Lapisan atas berupa metil ester/biodiesel dan
lapisan bawah berupa gliserol
2. Mengambil biodiesel
3. Mencuci biodiesel dua kali dengan aquadest masing-masing 28%
volume biodiesel untuk menghilangkan sisa katalis dan metanol
2) Analisa Angka Asam
1. Memasukkan 5 gram biodiesel ke dalam erlenmeyer
2. Menambahkan 50 mL alkohol netral yang telah mengandung
indikator PP
3. Mendidihkan campuran selama 60 menit dengan memasang
pendingin spiral
4. Mendinginkan larutan kemudian menitrasinya dengan larutan KOH
0,1 N
5. Angka Asam dihitung dengan persamaan
Angka Asam = G
NA 1,56
dengan : A = jumlah mL KOH untuk titrasi
N = normalitas larutan KOH
G = bobot contoh (gram)
3) Analisis Angka Penyabunan (SN)
1. Menyaring biodiesel yang dihasilkan dengan kertas saring untuk
membuang bahan asing dan kandungan air
2. Menimbang 1 gram sampel di dalam erlenmeyer
3. Menambahkan 10 ml KOH 0,5 N beralkohol secara perlahan-lahan
dengan pipet
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
4. Mendidihkan campuran dengan hati-hati sampai semua contoh
tersabunkan dengan sempurna, yaitu jika diperoleh larutan yang
bebas dari butir-butir lemak, dengan pendingin spiral
5. Mendinginkan campuran dan membilas bagian dalam pendingin
tegak dengan sedikit air
6. Menitrasi campuran dengan HCl 0,5 N
7. Melakukan prosedur yang sama untuk analisis blangko
8. Angka penyabunan dihitung dengan persamaan
SN = G
NBA HCl 1,56
dengan : A = ml HCl untuk titrasi blangko
B = ml HCl untuk titrasi sampel
G = berat sampel
N = normalitas HCl
4) Analisa Angka Iod (IV)
1. Memasukkan 0,05 gram biodiesel ke dalam labu erlenmeyer yang
bertutup
2. Menambahkan 2 ml karbon tetra klorida dan 5 ml pereaksi Hanus,
dan 2 ml larutan KI 15%
3. Membiarkan reaksi selama 1 jam di tempat yang gelap
4. Menitrasi campuran dengan larutan natrium tiosulfat 0,1 N dengan
indikator larutan pati
5. Melakukan prosedur yang sama untuk analisis blangko
6. Angka iod dihitung dengan persamaan
IV = G
NSB 69,12)(322 OSNa
dimana, B = ml Na2S2O3 untuk titrasi blangko
S = ml Na2S2O3 untuk titrasi sampel
N = normalitas Na2S2O3 ( 0.1 N )
G = berat sampel
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
5) Analisa Angka Setana Biodiesel
Penentuan angka setana biodiesel dapat dilakukan dengan cara
sederhana dan relatif murah, yaitu dengan menggunakan persamaan
cetane number (CN) fatty acid methyl ester (biodiesel) sebagai fungsi
dari angka iodine (IV) dan saponifikasi (SN) dengan rumus :
CN = 46,3 + 5458/SN 0,225 x IV
Tahap Analisa Sifat Fisis Biodiesel
1. Specific Gravity (metode tes ASTM D-1298)
Definisi
Spesific gravity adalah ratio antara massa dari suatu volume
tertentu bahan bakar dengan masa air pada volume yang sama.
Spesific gravity
berarti bahwa bahan bakar dan air berada pada suh
pengukuran sampel dilakukan (Hardjono, 2001).
Prosedur
a. Mengatur suhu biodiesel sesuai dengan tipe biodiesel. Juga suhu
tabung hidrometer.
b. Memindahkan biodiesel ke dalam tabung hidrometer dengan hati-
hati supaya tidak terjadi gelembung udara dan supaya penguapan
konstituen yang lebih mudah menguap dalam contoh minimal.
c. Menempatkan tabung yang berisi biodiesel pada posisi tegak di
suatu tempat yang bebas dari aliran udara. Suhu biodiesel tidak
boleh berubah lebih dari 2oC (5
oF) selama pengujian. Kalau suhu
pengujian jauh diatas atau dibawah suhu kamar dapat digunakan
penangas suhu tetap untuk menghindarkan terjadinya perubahan
suhu yang berlebihan.
d. Memasukkan hidrometer dengan pelan-pelan ke dalam biodiesel.
Hendaklah berhati-hati jangan sampai batang hidrometer diatas
permukaan biodiesel terbasahi oleh biodiesel. Aduk biodiesel
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
secara terus menerus dengan termometer. Setelah diperoleh
pembacaan yang tetap, catat suhu biodiesel sampai 0,25oC (0,5
oF).
e. Menekan hidrometer kira-kira dua pembagian skala ke dalam
biodiesel dan kemudian lepaskan. Biarkan hidrometer untuk
mengapung dengan bebas.
f. Memperkirakan pembacaan skala hidrometer sampai 0,0001
terdekat untuk kerapatan relatif (specific gravity) dan 0,05o untuk
API gravity. Pembacaan yang benar pada hidrometer adalah titik
pada skala hidrometer dimana permukaan biodiesel memotong
skala.
g. Setelah mengamati skala hidrometer, catatlah suhu biodiesel
sampai 0,2oC (0,5
oF). Kalau terjadi perbedaan suhu dari suhu
pembacaan pertama lebih dari 0,5oC (1
oF), maka ulangi pengujian
hidrometer dan pengamatan suhu sampai suhu menjadi stabil dalam
0,5oC (1
oF).
2. Pour Point (metode tes ASTM D-97)
Definisi
Titik tuang ( Pour Point ) adalah suhu terendah dimana bahan
bakar masih dapat dibuang atau mengalir apabila didinginkan pada
kondisi tertentu. Selain itu pour point juga menunjukkan suhu terendah
di mana bahan bakar masih dapat dipompa (Hardjono, 2001).
Prosedur
a. Menuang biodiesel ke dalam tabung uji tepat sampai tanda. Kalau
perlu, biodiesel dapat dipanaskan dalam penangas air sehingga
biodiesel menjadi cukup mudah untuk dituang ke dalam tabung uji.
b. Menutup tabung uji dengan sumbat gabus yang telah dipasang
termometer. Mengatur kedudukan sumbat dan termometer sehingga
bola termometer tercelup sedemikian sehingga permulaan kapiler
berada 3 mm di bawah permukaan biodiesel.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
c. Untuk biodiesel yang mempunyai pour point antara 90oF dan -30
oF
(32oC dan -34
oC), panaskan biodiesel tanpa pengadukan sampai
115oF (46
oC) dalam penangas yang suhunya dipertahankan 118
oF
(48oC). Mendinginkan biodiesel dalam udara sampai suhu 95
oF
(35oC). Untuk biodiesel yang mempunyai pour point di atas 90
oF
(32oC) panaskan biodiesel sampai suhu 115
oF (46
oC) atau sampai
suhu kira-kira 15oF (8
oC) di atas pour point yang diharapkan.
Untuk biodiesel yang mempunyai pour point di bawah -30oF (-
34oC), panaskan biodiesel sampai suhu 115
oF (46
oC), dan
dinginkan sampai suhu 60oF (16
oC) dalam penangas air dimana
suhunya dipertahankan 45oF (7
oC).
d. Menempatkan lempeng pada dasar jaket. Menempatkan cincin
gasket disekeliling tabung uji, 25 mm (1 in) dari dasar.
Memasukkan tabung uji ke dalam jaket.
e. Mempertahankan suhu pendingin pada 30 sampai 35oF (-1 sampai
2oC). Menempatkan jaket dalam kedudukan tegak dalam penangas
pendingin sehingga tidak lebih dari 25 mm (1 in) jaket menonjol
keluar medium pendingin.
f. Mulai pada suhu 15oF (8
oC) diatas pour point biodiesel yang
diharapkan untuk biodiesel yang mempunyai pour point di atas
suhu 90oF (32
oC) atau untuk biodiesel yang lain, pada suhu 20
oF
(11oC) diatas pour point yang diharapkan, pada setiap pembacaan
termometer yang merupakan kelipatan 5oF (3
oC), mengambil
tabung uji dari jaket dengan hati-hati dan miringkan untuk sekedar
mengetahui apakah ada gerakan biodiesel dalam tabung uji.
Pekerjaan seluruhnya tidak boleh lebih dari 3 detik. Apabila
biodiesel masih mengalir pada suhu 50oF (10
oC), pindahkan tabung
uji ke jaket lain di dalam penangas kedua dimana suhunya
dipertahankan antara 0 sampai 5oF (-18 sampai -15
oC). Apabila
biodiesel masih mengalir bilamana suhu mencapai 20oF (-7
oC),
maka pindahkan tabung ke penangas yang ketiga dimana suhunya
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
dipertahankan antara -30 sampai -25oF (-34 sampai -32
oC). Untuk
penentuan pour point yang sangat rendah, diperlukan penangas
tambahan, dimana masing-masing penangas dipertahankan 30oF
(17oC) dibawah suhu penangas yang lain. Dalam setiap hal
pindahkan tabung uji apabila suhu biodiesel mencapai suhu 50oF
(28oC) diatas suhu penangas yang baru. Segera setelah biodiesel di
dalam tabung uji tidak mengalir apabila tabung dimiringkan,
pertahankan tabung uji dalam kedudukan mendatar selama 5 detik.
Apabila biodiesel bergerak, kembalikan tabung uji ke dalam jaket
dan ulangi pengujian untuk suhu 5oF (3
oC) berikutnya yang lebih
rendah.
g. Meneruskan pengujian dengan cara ini, sampai dicapai suatu titik
dimana biodiesel tidak bergerak apabila tabung uji dalam
kedudukan mendatar selama 5 detik. Mencatat suhu pembacaan
termometer.
3. Flash Point (metode tes ASTM D-93)
Definisi
Flash point adalah suhu terendah dimana suatu campuran bahan
bakar dalam campuranya dengan udara akan menyala kalau dikenai
nyala uji pada kondisi tertentu. Semula flash point dimaksudkan untuk
keamanan, untuk mengetahui sampai suhu berapa oaring masih dapat
bekerja dengan aman dengan suatu produk minyak bumi tanpa timbul
bahaya kebakaran. Tetapi kemudian ternyata flash point dapat juga
digunakan untuk menunjukkan volatilitas relatif produk minyak bumi
(Hardjono, 2001).
Prosedur
a. Membersihkan dan mengeringkan dengan sempurna semua bagian
cawan dan perlengkapannya sebelum mulai melakukan pengujian.
Mengisi cawan dengan contoh sampai tanda batas. Menempatkan
termometer. Menyalakan nyala uji dan mengatur diameter nyala uji
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
4 mm (5/32 in). Memanaskan contoh dengan kecepatan pemanasan
9 sampai 11oF (5 sampai 6
oC) / menit. Memutar pengaduk 90
sampai 120 rpm.
b. Apabila contoh mempunyai flash point 230oF ( 110
oC ) atau lebih
rendah, gunakan nyala uji apabila suhu contoh berada 30 sampai
50oF (17 sampai 28
oC) di bawah flash point yang diharapkan untuk
setiap kelipatan pembacaan suhu 2oF (1
oC). Selama penggunaan
nyala uji jangan dilakukan pengadukan. Lama penggunaan nyala
uji adalah 1 detik.
c. Apabila contoh mempunyai flash point di atas 230oF (110
oC)
gunakan nyala uji untuk setiap suhu kelipatan dari 5oF (2
oC), mulai
dari suhu 30 sampai 50oF (17 sampai 28
oC) di bawah flash point
yang diharapkan.
d. Mencatat flash point sebagai suhu yang diamati pada termometer
pada waktu penggunaan nyala uji mengakibatkan terjadinya flash
di dalam cawan.
4. Viskositas Kinematik (metode tes ASTM D-445)
Definisi
Viskositas adalah suatu ukuran resistansi suatu fluida untuk
mengalir. Semakin tinggi nilai viskositas semakin kecil kemampuan
fluida tersebut untuk mengalir. Viskositas suatu bahan bakar minyak
sangat tergantung pada temperature, dimana nilai viskositas akan turun
apabila temperatur naik. Untuk biodiesel viskositas biasanya dinyatakan
dalam viskositas kinematik, yaitu waktu yang diperlukan oleh suatu
volum tertentu fluida untuk mengalir karena pengaruh gaya gravitasi
pada pipa kapiler yang telah dikalibrasi ( viscosimeter ).
Selanjutnya viskositas kinematis dapat dihitung dengan persamaan :
= C.t
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
dimana, = Viskositas kinematis ( cSt )
C = konstanta viscosimeter
t = waktu alir ( detik )
(Hardjono, 2001)
Prosedur
a. Mempertahankan suhu penangas pada suhu uji.
b. Memilih viskosimeter yang bersih dan kering yang telah ditera,
dimana waktu alir tidak boleh kurang dari 200 detik.
c. Mengisi viskosimeter dengan contoh, sesuai dengan perancangan
dari masing-masing viskosimeter. Kalau perlu contoh dapat
disaring dengan saringan No. 200.
d. Membiarkan viskosimeter berada didalam penangas cukup lama
sehingga dicapai suhu pengajian. Waktunya dapat diperoleh
dengan coba-coba (30 menit biasanya sudah cukup).
e. Menggunakan penghisap atau tekanan untuk mengatur permukaan
contoh uji ke suatu kedudukan di dalam pipa kapiler kira-kira 5
mm di atas tanda. Mengukur waktu yang diperlukan contoh untuk
mengalir dengan bebas dari tanda pertama sampai tanda kedua
dalam detik, sampai 0,2 detik. Apabila waktu alir contoh kurang
dari 200 detik, pilihlah viskosimeter dengan diameter pipa kapiler
yang lebih kecil dan mengulangi pengujian.
f. Apabila dua buah pengukuran telah sesuai dalam batas 0,2%,
gunakan harga rata-rata untuk menghitung kekentalan kinematik
yang dilaporkan. Apabila kesesuaian tidak diperoleh, hasil
pengujian tidak dipakai.
5. Conradson Carbon Residu (metode tes ASTM D-189)
Definisi
Uji ini umumnya dikenakan pada bahan bakar yang relatif kurang
volatil yang sebagian akan terurai pada destilasi tekanan atmosferik.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Sisa karbon sesungguhnya bukan seluruhnya karbon, tetapi kokas yang
masih dapat diubah lebih lanjut dengan jalan pirolisis (Hardjono, 2001).
Prosedur
a. Menggojok contoh dan bilamana perlu panaskan untuk mengurangi
viskositas. Menimbang 10 gr contoh sampai 5 mg terdekat dalam
krus porselin. Menempatkan krus ini dalam krus Skidmore.
Meratakan pasir dalam krus besi yang besar dan tempatkan krus
Skidmore diatasnya. Menutup krus Skidmore dan krus besi
keduanya.
b. Menempatkan kawat Nichrome siatas penyangga dan
menempatkan isolator diatasnya. Menempatkan krus plat besi
didalam isolator diatas kawat, dan menutup keseluruhannya dengan
cerobong.
c. Memanaskan dengan nyala dari burner Meker dengan kuat,
sehingga periode penyalaan awal ini memakan waktu + 1,5 menit.
Apabila asap tampak diatas cerobong, segera geserlah burner
sehingga nyala gas ada disisi krus dengan maksud untuk
menyalakan uap. Kemudian untuk sementara pindahkan
pemanasan, dan sebelum pemanasan dikembalikan aturlah nyala
gas, supaya uap dapat terbakar secara uniform diatas cerobong.
Periode pembakaran uap ini berlangsung selama 13 + 1 menit.
d. Apabila uap sudah berhenti terbakar dan tidak terlihat lebih lanjut
asap berwarna biru, aturlah kembali pemanasan supaya bagian
bawah krus besi menjadi berwarna merah dan pertahankan untuk
waktu tepat 7 menit. Waktu pemanasan total menjadi 30 + 2 menit.
e. Memindahkan burner dan biarkan alat mendingin sampai tidak lagi
terlihat asap. Memindahkan kris porselin ke dalam eksikator,
mendinginkan dan menimbang. Menghitung sisa karbon contoh
mula-mula.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
6. Copper Strip Corosion (metode tes ASTM D-130)
Definisi
Korosi terhadap lempeng tembaga. Metode ini digunakan untuk
memprediksi derajat korosivitas relatif lempeng tembaga yang diujikan
pada biodiesel (Kuntari,2002).
Prosedur
Sekeping tembaga (Polished copper strip) dimasukkan/direndam
dalam sampel yang akan diuji, kemudian dipanaskan pada suhu tertentu
selama beberapa waktu sesuai karakteristik dari sampel. Selama
direndam, copper strip tersebut kemungkinan besar akan berubah warna
sesuai dengan tingkat korosi sampel. Setelah itu, copper strip diangkat,
dikeringkan dan dibandingkan warnanya dengan warna standard untuk
mendapatkan tingkat korosif dari sampel yang dites.
Uji Mesin Diesel Engine Test Bed
Compression ignition engine
penyalaan bahan bakar tidak menggunakan percikan api, tetapi dengan
memanfaatkan suhu tinggi yang diperoleh karena udara ditekan dengan
perbandingan kompresi tinggi (12-22). Dalam mesin diesel bahan bakar
(solar) diinjeksikan dalam ruang bakar yang telah berisi udara bertekanan
tinggi. Bahan bakar tersebut diinjeksikan dalam ruang bakar sebelum
piston mencapai titik mati atas (TMA).
Prosedur
1. Pemeriksaan awal
a. Supply bahan bakar
Memeriksa bahan bakar dalam tangki
b. Supply air pendingin
Pendingin mesin dan pendingin dinamometer
2. Cara Start
a. Sebelum start tangki bahan bakar harus terisi cukup (min ¼ tangki)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
b. Memutar kunci kontak kekanan selama 20 sampai 30 detik
(pemanasan)
c. Memutar kunci kontak searah jarum jam (kekanan) sampai
maksimal
d. Mengatur throttle idle
rpm, selama 2-3 menit, supaya pelumas mesin rata
e. Throttle selanjutnya ditambah (diputar kekanan) sampai mencapai
2000 rpm
f. Memutar control dinamometer kekanan, mengkondisikan beban
awal 15 N dan usahakan dengan mengatur throttle putaran mesin
tetap pada 2000 rpm
g. Mendiamkan kondisi diatas sampai suhu T out (air keluar)
mencapai 60 0C
h. Menaikkan putaran mesin dengan memutar throttle secara
perlahan, mengkondisikan putaran tetap pada 2000 rpm dengan
menambah beban (putar dinamometer control kekanan), sampai
throttle mencapai maksimum
i. Setiap percobaan kondisikan suhu air keluar berada 70 75 0C
dengan mengatur stop kran flow meter (kecepatan air dingin yang
masuk)
3. Percobaan
Setelah mesin dijalankan pada langkah diatas (pada langkah start)
kemudian lakukan langkah-langkah berikut:
a. Mengurangi beban dengan mengatur dinamometer control kekiri
secara perlahan sampai putaran mesin mencapai rpm yang
diinginkan pada percobaan pertama 2500 rpm.
b. Percobaan kedua dan seterusnya, beban dinamometer ditambah
untuk menurunkan rpm sampai 1500 rpm (throttle tetap). Mencatat
semua meter yang ada yaitu:
Laju bahan bakar
Air pendingin (suhu air masuk, air keluar)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
29
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Manometer
Beban (kg)
c. Pada setiap tahap / kedudukan hitung :
Daya output
Konsumsi bahan bakar
Konsumsi bahan bakar spesifik
Perbandingan udara bahan bakar
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
30
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Progam Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Komposisi Minyak Biji Kapuk Randu
Dari analisis minyak biji kapuk randu menggunakan Gas
Chromatography (GCMS), maka dapat diketahui komposisi-komposisi asam
lemak dalam bahan baku yang ditunjukkan dalam tabel 4.1, dan karakteristik
biodiesel yang dihasilkan jika dibandingkan dengan standart SNI 04-7182-
2006 dan ASTM yang ditunjukkan pada tabel 4.2.
Tabel 4.1 Komposisi Asam Lemak Dalam Minyak Biji Kapuk
Komponen Rumus Molekul Prosentase(%)
Asam Palmitat C15H31COOH 26,23
Asam Linoleat C17H31COOH 37,85
Asam Oleat C17H33COOH 25,62
Asam Stearat C17H35COOH 4,16
Lain lain - 6,13
30
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
31
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Progam Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
B. Sifat Fisis Biodiesel Minyak Biji Kapuk Randu
Tabel 4.2 Karakteristik Biodiesel dari Minyak Biji Kapuk Randu
No Parameter Satuan Nilai SNI 04-
7182-2006 ASTM
1 Specific Gravity at 60/60 0F - 0,8792
850-890
pada 40 0C
ASTM D-
1298
(0,840-
0,920)
2 Viscosity Kinematic at 40
0C
mm2/s 4,565 2,3-60
ASTM D-
445
(1,9 6)
3 Flash Point/Titik Nyala 0C 188,5 Min 100
ASTM D 93
(Min 65)
4 Warna - 2,0 -
ASTM D
1500
( maks 6)
5 Pour Point/Titik Tuang 0C 3 Maks 18
ASTM D 97
(Maks 18)
6 Copper strip Corosion suhu
100 0C (3 jam)
- 1 b Maks no 3 ASTM D
130
7 Conradson Carbon Residue %wt 0,047 Maks 0,05
ASTM D
189
(Maks 0,05)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
32
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Progam Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
1. Specific Gravity
Spesific Gravity merupakan ratio antara massa dari suatu volume
tertentu bahan bakar dengan massa air pada volume yang sama.
Specific gravity biodiesel minyak biji kapuk telah memenuhi
spesifikasi SNI 04-7182-2006 dan ASTM, karena masih dalam range yang
ditentukan.
2. Viskositas
Viskositas adalah tahanan yang dimiliki fluida yang dialirkan dalam
pipa kapiler terhadap gaya gravitasi yang biasanya dinyatakan dalam
waktu yang diperlukan untuk mengalir pada jarak tertentu. Jika viskositas
semakin tinggi, tahanan untuk mengalir akan semakin tinggi. Hal ini
sangat penting karena mempengaruhi kinerja injektor pada mesin diesel.
Viskositas yang lebih tinggi akan membuat bahan bakar teratomisasi
menjadi tetesan yang lebih besar dengan momentum tinggi dan memiliki
kecenderungan bertumbukan dengan dinding silinder yang relatif lebih
dingin. Hal ini menyebabkan pemadaman flame dan peningkatan deposit,
penetrasi semprot bahan bakar, dan emisi mesin. Sebaliknya bahan bakar
dengan viskositas rendah akan memproduksi spray yang terlalu halus dan
tidak dapat masuk lebih jauh ke dalam silinder pembakaran sehingga
terbentuk daerah fuel rich zone yang menyebabkan pembentukan jelaga.
Viskositas juga menunjukkan sifat pelumasan bahan bakar.
Viskositas biodiesel minyak biji kapuk randu secara umum cukup
memenuhi spesifikasi SNI 04-7182-2006 dan ASTM.
3. Flash Point
Disebut juga titik nyala atau titik kilat, adalah titik temperatur
terendah yang menyebabkan bahan bakar dapat menyala apabila kontak
dengan udara. Titik nyala umumnya terkait dengan masalah keamanan
(safety), sehingga bahan bakar sebaiknya memiliki titik nyala cukup tinggi.
Namun jika flash point terlalu tinggi maka penyalaannya akan sangat sulit
sehingga membutuhkan lebih banyak energi untuk dapat menyalakannya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Progam Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Flash point biodiesel minyak biji kapuk randu secara umum cukup
memenuhi spesifikasi SNI 04-7182-2006 dan ASTM
4. Pour Point
Disebut sebagai titik tuang. Jika temperatur diturunkan lebih lanjut
akan didapat pour point yang merupakan titik temperatur terendah suatu
cairan masih dapat mengalir yang menunjukkan mulai terbentuknya kristal
parafin yang dapat menyumbat saluran bahan bakar.
Pour point dari biodiesel minyak biji kapuk randu masih berpotensi
untuk digunakan pada negara yang memiliki iklim dingin. Selain itu
biodiesel ini juga telah memenuhi standart SNI 04-7182-2006 dan ASTM
karena batas maksimal untuk pour point adalah 18°C.
5. Conradson Carbon Residu
Kadar residu karbon sebaiknya serendah mungkin agar tidak
menyumbat pipa dan nozzle pembakaran serta mengganggu aliran bahan
bakar.
Kadar residu karbon biodiesel minyak biji kapuk randu telah
memenuhi spesifikasi SNI 04-7182-2006 maupun ASTM.
6. Copper strip Corrosion
Yaitu korosi terhadap lempeng tembaga. Metode ini digunakan
untuk memprediksi derajat korosivitas relatif lempeng tembaga yang
diujikan pada biodiesel. Hal ini perlu dilakukan mengingat biodiesel
berasal dari minyak yang mengandung asam lemak bebas. Asam ini dapat
mempercepat korosi pada logam-logam mesin diesel.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
34
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Progam Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
C. Sifat Kimia Biodiesel Minyak Biji Kapuk Randu
Tabel 4.4 Sifat Kimia Biodiesel dari Minyak Biji Kapuk Randu
Analisa Satuan Hasil Standar
Asam lemak bebas
Untuk minyak
Untuk biodiesel
mgrek/gr
mgrek/gr
0,61056
0,0672
-
Asam lemak total
Untuk minyak
Untuk biodiesel
mgrek/gr
mgrek/gr
3,6612
4,02732
-
Angka asam
-
0,561
SNI
Maks 0,8 (mg
KOH/g)
Angka penyabunan - 151,192305 SNI
Maks 189
Angka iod
-
71,064
SNI
Maks 115 (%-
massa)
Angka setana - 66,4103 SNI
Min 51
1) Angka Asam
Angka asam adalah ukuran dari jumlah asam lemak bebas, serta
dihitung berdasarkan berat molekul dari asam lemak atau campuran asam
lemak. Angka asam dinyatakan sebagai jumlah milligram KOH 0,1 N yang
digunakan untuk menetralkan asam lemak bebas yang terdapat dalam 1
gram minyak atau lemak.
Angka asam yang tinggi merupakan indicator biodiesel masih
mengandung asam lemak bebas. Artinya, biodiesel bersifat korosif dan
dapat menimbulkan jelaga atau kerak di injector mesin diesel.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
35
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Progam Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
2) Angka Penyabunan
Angka penyabunan adalah jumlah alkali yang dibutuhkan untuk
menyabunkan sejumlah contoh minyak.
3) Angka Iod
Angka iod adalah jumlah gram iod yang diserap oleh 100 gram
minyak atau lemak. Angka iod menunjukkan tingkat ketidak jenuhan atau
banyaknya ikatan rangkap dua asam lemak penyusun biodiesel. Biodiesel
dengan kandungan angka iod yang tinggi (lebih besar dari 115) akan
mengakibatkan tendensi polimerisasi dan pembentukan deposit di lubang
saluran injektor nozzle dan cincin piston pada saat mulai pembakaran.
4) Angka Setana
Angka setana adalah porsentase volume setana dalam campurannya
dengan alphamethyl naptalen (C10H7CH3) yakni suatu senyawa
hydrocarbon aromatis yang memiliki kelambatan penyalaan yang sama
dengan bahan bakar diesel. Angka setana juga mempengaruhi kemampuan
mesin untuk dinyalakan pada keadaan dingin, emisi dan kebisingan mesin.
Semakin tinggi angka setana, semakin cepat pembakaran, semakin baik
efisiensi termodinamisnya.
D. Hasil Uji Biodiesel Menggunakan Engine Test Bed.
Speifikasi mesin diesel yang diuji :
Merk
Perbandingan kompresi : 18:1
Displacement : 1500 cc
Pendingin : Air
Diameter silinder : 76 mm
Panjang langkah piston : 82 mm
Jumlah silinder : 4 silinder
Biodiesel yang digunakan adalah B10 (campuran 10% volume biodiesel dan
90% volume solar)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
36
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Progam Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
a. Perbandingan Torsi
Torsi adalah tenaga untuk menggerakkan, menarik atau menjalankan
sesuatu (pulling power). Torsi dihasilkan dari jarak dan kekuatan dan
untuk menghitungnya dapat dilakukan dengan mengalikan tenaga dengan
jarak. Mesin dari kendaraan menghasilkan torsi dan menggunakannya
untuk menggerakkan crankshaft. Jadi, torsi adalah tenaga yang digunakan
pada suatu jarak tertentu.
Menghitung Torsi(T) dengan persamaan berikut :
T=m x g x l
Dimana : T = Torsi (Nm)
m= Massa yang terukur pada dynamometer (kg)
g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)
l = Panjang lengan pada dinamometer (m)
Gambar 4.4.1 Grafik Perbandingan Torsi (Nm) vs Kecepatan Putaran
Mesin (rpm)
Pada semua putaran mesin (rpm) kecuali 1800 rpm, torsi yang
dihasilkan bahan bakar campuran biodiesel dari minyak kapuk lebih besar
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
37
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Progam Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
dibanding bahan bakar solar. Pada 1800 rpm torsi yang dihasilkan kedua
bahan bakar sama besarnya.
b. Perbandingan Daya
Daya (P) dapat dihitung dengan persamaan :
P = T
60000
Dimana : P = Daya (kW)
n = Putaran mesin atau dinamometer (rpm)
T = Torsi (Nm)
Gambar 4.4.2 Grafik Perbandingan Daya (kW) vs Kecepatan Putaran
Mesin (rpm)
Campuran biodiesel dari kecepatan rendah sampai tinggi
memberikan daya yang lebih besar daripada bahan bakar solar.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
38
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Progam Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
c. Perbandingan BMEP
BMEP (Brake Mean Effective Pressure) menyatakan tenaga output
mesin tiap satuan volume silinder.
BMEP dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
BMEP = 60 P. z
V . n
Dimana : P = Daya (kW)
z = 2 untuk mesin 4 langkah, 1 untuk mesin 2 langkah
V = Volume langkah total silinder (m3)
V = x D2 x L x jumlah silinder
4
n = Putaran mesin/dinamometer (rpm)
Gambar 4.4.3 Grafik Perbandingan BMEP (kPa) vs Kecepatan Putaran
Mesin (rpm)
Kedua jenis bahan bakar menunjukkan perbedaan tenaga yang
signifikan. Dari uji ini dapat disimpulkan BMEP campuran biodiesel lebih
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
39
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Progam Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
besar dibandingkan dengan bahan bakar solar pada semua putaran mesin,
kecuali pada 1800 rpm.
d. Perbandingan Konsumsi Bahan Bakar
Spesific Fuel Consumption (SFC) menunjukkan jumlah bahan bakar
yang dibutuhkan tiap satuan waktu dan daya.
Konsumsi bahan bakar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
mf = bt
b.
.1000.
3600. (kg/jam)
SFC = mf
P
Dimana : b = volume buret yang dipakai dalam pengujian (cc)
t = waktu yang diperlukan untuk pengosongan buret dalam
detik (s)
bb = massa jenis bahan bakar ( solar = 0,84 kg/l ;
campuran = 0,8381 kg/l)
mf = konsumsi bahan bakar (kg/jam)
P = daya (kW)
Gambar 4.4.4 Grafik Perbandingan SFC (kg/kWh) vs Kecepatan Putaran
Mesin (rpm)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
40
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Progam Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Dari hasil uji dapat disimpulkan campuran biodiesel lebih irit
daripada bahan bakar solar, karena biodiesel yang dibutuhkan untuk
menghasilkan daya yang sama lebih kecil daripada bahan bakar solar
murni.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
30
Laporan Tugas Akhir
Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Biji Kapuk Randu
Program Studi DIII Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret Surakarta
BAB V
PENUTUP
A. Kesimpulan
Dari hasil analisis dan pembahasan dapat ditarik kesimpulan sebagai
berikut :
1. Minyak biji kapuk randu dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan
biodiesel.
2. Biodiesel yang dihasilkan secara umum telah memenuhi standar
spesifikasi SNI 04-7182-2006 dan ASTM.
3. Dari segi kinerja mesin diesel, campuran biodiesel lebih baik daripada
solar murni.
B. Saran
1. Kecepatan pengadukan pada tahap esterifikasi harus diusahakan
seoptimal mungkin dengan kecepatan putaran yang tinggi ( >15 00 rpm)
agar pencampuran berjalan dengan baik.
2. Temperatur pemanasan dijaga agar tetap konstan pada suhu 60 0C pada
tahap acid pretreatment dan 50 0C pada tahap transesterifikasi agar
menghasilkan biodiesel dengan konversi yang tinggi (±90%) .
3. Settling biodiesel setelah tahap acid pretreatment dan transesterifikasi
harus lama untuk mengendapkan kotoran, sisa metanol, dan sisa katalis.
41