EFEK KOMPOSISI BIODIESEL TERHADAP PARAMETER

KUALITAS BAHAN BAKAR DAN UNJUK KERJA MESIN

(PERBANDINGAN BIODIESEL SAWIT DENGAN BIODIESEL JARAK CASTOR)

Rizqon Fajar!), Taufik Suryantoro1*, Bambang Sugiarto2) dan Frans Setiawan2)

ABSTRACT

Biodiesel is the mono alkyl esters of long chain fatty acids derivedfrom renewable lipid sources.Biodiesel as asubstitute ofpetroleum dieselfuel has some advantages: itproduces cleaner exhaust gas, betterin lubrication, and doesn't need engine modification. This paper presents the results ofresearch concerningthe effect ofdifferentfatty acid composition ofbiodiesel onfuel quality and its performance in diesel engine.For this purpose three different fuel sample were tested, Indonesian diesel fuel (solar) as a reference,blending solar 70 %- oil palm methyl ester 30 %(B-3 sawit) and blending ofsolar 70 %- castor methylester 30 %(B-30 castor) . All ofthese fuels are tested using Hydra diesel engine, single cylinder indirectinjection (IDI). The test results shows that the performance (peak pressure in the cylinder) ofthreefuels arequite similar, however the two biodiesel blends show lower emission in smoke, hydrocarbon, and CO atdifferent injection timings and different loads. For NOx emission, it is slightly higher. B-30 castor containsmore unsaturatedfatty acids than B-30 sawit and therefore produced higher emission bfNOx. Beside, castormethyl ester contains an extra hydroxyl group in ricinoleic acid that probably leads to lower smoke andhydrocarbon compared to B-30 sawit. It is still aquestion that CO emission ofB-30 castor higher than ofB-30sawit. Research in the effect of chemistry andfatty acid composistionof biodiesel on the emission areneeded to be able describe mechanism ofCO, hydrocarbon andNOxformationfrom biodiesel.

Kata kunci: palm methyl esterjarak, castor methyl ester, B-30palm, B-30 castor, emission, ignition delay

1. PENDAHULUAN ramah lingkungan karena bersifat renewable,Penggunaan bahan bakar alternatif bio.degrad*ble dan diketahui mengurangi kadar

khususnya biodiesel {methyl ester) untuk motor emisl gas buang' Ada beberaPa kendala daribakar (otomotif) diperkirakan akan meningkat. P^WUW b'odiesel yaitu harga yang masihHal ini karena daya saing biodiesel juga cukup tmggI dan daPat menimbulkan konfliksemakin tinggi terhadap minyak diesel ?enga" Penyediaan minyak nabati ™tukkonvensional yang berasal dari mineral. Harga komod,tas Pamian sePerti minyak g°ren&minyak mentah saat ini sangat tinggi, hampir margann'. shortening dan Iain-lain. Hal inimenembus $ 60 per barrel. Selain itu karena daPat terJadl Jlka pembuatan biodiesel dariproses eksploitasi minyak bumi dan m,nyak sawit (CP0^penggunaannya dalam motor bakar Untuk mengatasi hal tersebut diatasmenghasilkan emisi gas yang tidak ramah Soerawidjaya1'1 mengusulkan untuk melakukanlingkungan. Biodiesel merupakan material yang identiflkasi dan pengembangan biodiesel dari

} Balai Termodinamika Motor dan Sistem Propulsi BPPT, Tel. (021)-7560539; Fax. (021)-7560538Email: rizqon faiartgJvahoo.com

2) Jurusan Tcknik Mesin FTUI Depok 16425

Efekkomposisi biodieselterhadap parameterkualitas bahanbahar 31danunjuk kerjamesin {Rizqon Fajardkk)

minyak nabati lainnya untuk menjadipendamping {back-up) bagi minyak sawit{elaeis guineensis) sebagai bahan baku industribiodiesel di Indonesia. Srivastava dan Prassad[2]mengusulkan untuk menggunakan minyak non-pangan {non edible oils) sebagai bahan bakubiodiesel, karena hal ini dapat menekan hargabiodiesel. Diantara minyak non pangan yangtelah digunakan sebagai bahan baku biodieseladalah minyak jarak castor {ricinus communis)dan jarak pagar (jatropha curcas). Minyakjarakcastor merupakan bahan baku yang unik karenamengandung asam ricinoleat yang beracun.Minyak jarak castor mengandung asamricinoleat hingga 90%. Kandungan asamricinoleat yang tinggi menyebabkan viskositasminyak jarak castor sangat tinggi. Pada paperini akan diuraikan hasil penelitian tentangpengaruh keunikan dari komposisi asam lemakjarak castor terhadap parameter kualitas bahanbakar dan unjuk kerja pada mesin disel.

2. TINJAUANPUSTAKA

2.1. Efek komposisi asam lemak parameterkualitas bahan bakar

Seperti telah disebutkan bahwakomposisi asam lemak minyak castor unik dandidominasi oleh asam lemak ricinoleat. Tabel 1

menampilkan komposisi asam lemak minyaksawit (minyak pangan) dan minyak jarak castordan jarak pagar (minyak non pangan).

Terlihat dari Tabel 1 bahwa kandunganasam lemak minyak jarak castor didominasioleh asam lemak tak jenuh dengan satu ikatanrangkap yaitu Oleat (3-4%), Linoleat dengandua ikatan rangkap (5-6%), Linolenat dengantiga ikatan rangkap (0,5%), Ricinoleat dengansatu ikatan rangkap dan sebuah gugus hidroksilbebas (87-88%) dan Arakhidat dengan satuikatan rangkap (0,5%). Minyak jarak castormengandung asam lemak tak jenuh secara totalsebanyak 97,5%. Sedangkan minyak sawit danjarak pagar masing-masing terdiri dari 51% dan

32

7^,6% dan keduanya tidak mengandung asamlemak ricinoleat.

Tabel 1.Kandungan asam lemak minyak nabati

Asam lemak

Kelapa* sawit

Jarak*

pagar

Jarak**

castor

% berat

MiristatC14:0 2 0,25

PalmitatC16:0 42 14,5 1-2

StearatC18:0 5 5,5 1-2

Oleat C18:l 41 50 3-4

Linoleat CI8:2 10 29,6 5-6

Linolenat CI8:3 0,5

Ricinoleat CI8:1 - - 87-88

Arakhidat C20:l 0,15 0,5

Sumber:*Soerawidjaya(n, **Mittelbach/31

Keunikan dari asam lemak ricinoleatadalah mengandung ikatan rangkap yangmengakibatkan sifat mudah mengalirpada suhurendah dan stabil terhadap oksidasi. Hal inimerupakan kelebihan minyak jarak castordibandingkan minyak sawit atau jarak pagaryang mempunyai titik tuang yang terlalu tinggisehingga bila dibuat biodiesel tidak dapatmenjadi bahan bakar untuk daerah beriklimsubtropik/temperatur rendah. Selain itu gugushidroksil bebas yang hadir pada asam lemakricinoleat dapat berinteraksi dengan permukaanlogam yang bersifat poler, sehinggamemberikan sifat pelumasanyang baik.

Tabel 2 menampilkan spesifikasi minyaksolar {High Speed Diesel) yang dikeluarkanoleh Pertamina. Spesifikasi tersebutjuga hamsdipenuhi bahan bakar diesel lain termasukbiodiesel agar dapat beroperasi dengan baikpada mesin. Tabel 3 memperlihatkan parameterkualitas biodiesel hasil proses transesterifikasidari minyak kelapa sawit dan minyak jarakcastor.

MESIN, Volume 8 Nomor I, Januari 2006, 31- 42

Tabel 2. Spesifikasiminyak solar{High Speed Diesel) Pertamina

Parameter kualitas Solar

Density (g/cm3) 0,8520-0,8750

Viskositas (cSt) 1,6-5,8

Titik tuang (°C) <18

Titik kilat(°C) >66

Bilangansetana >48

Kadar air, %-vol <0,5

Kadar sulfur (%-wt) <0,5

CCR(%-wt) <o,i

Kalori (MJ/kg) 43

Sumber: Pertaminc^

Dari Tabel 3 dapat disimpulkan bahwabiodiesel jarak castor memenuhi spesifikasiminyak solar pertamina seperti biodiesel sawitkecuali viskositas. Seperti telah dijelaskansebelumnya bahwa asam lemak ricinoleatmenyebabkan tingginya viskositas. Namundemikian dalam penelitian ini akan digunakacampuran biodiesel jarak castor 30% dalamsolar (B30) sehingga diharapkan viskositasnyamenurun hingga mendekati solar.

Biodiesel jarak castor diprediksimemiliki bilangan setana lebih rendah daribiodiesel sawit. Hal ini karena komposisi asamlemak jarak castor memiliki rantai rangkaplebih banyak sedangkan panjang rantai karbondari asam lemak keduanya relatif sama.

Telah diketahui bahwa bilangan setanabiodiesel akan meningkat jika rantai carbonasam lemak semakin panjang dan jumlahikantan rangkap semakin sedikit131. Namundemikian kelebihan biodiesel dengankandungan ikatan rangkap tinggi seperti jarakcastor dan jarak pagar adalah memiliki titiktuang dan titik kabut yang lebih rendah daribiodiesel sawit.

Tabel 3. Hasil pengukurandan perhitunganparameter kualitas biodiesel sawit

dan jarak castor

Parameter

kualitas

Biodiesel

sawit*

Biodiesel

jarak castor*

Densitas (g/cm3) 0,859-0,875 0,908

Viskositas (cSt) 4,3-6,3 15,2-17,1

Titik kabut (°C) 13-16 -

Titik tuang (°C) 6 <-32

Titik kilat(°C) 155-174 180

Bilangan setana 50-70 50-60**

Bilangan Iodium 53-57 82-90

Kadar air, %-vol 0,1 0,005-0,3

Sulfur cont(%-wt) 0,04 -

CCR(%-wt) 0,02-0,22 0,05

Kalori (MJ/kg) 37 38,55

Sumber: *Mittelbachf3,y **perhitungan

2.2. Efek parameter kualitas biodieselterhadap unjuk kerja mesin

Densitas. Densitas biodiesel jarak castorlebih tinggi dari biodiesel sawit, hal ini karenakomposisi asam lemak tak jenuh jarak castorlebih tinggi dari sawit (Tabel 1) sedangkanpanjang rantai carbon dari kedua minyak relatifsama. Secara umum berlaku bahwa densitas

akan meningkat dengan penurunan panjangrantai carbon dan densitas meningkat jikakandungan ikatan rangkap (tak jenuh)meningkat151. Perbedaan densitas antara keduabiodiesel tersebut akan berpengaruh terhadapnilai kalori dan konsumsi bahan bakar mesin.Diperkirakan torsi dan power maksimum yangdapat dicapai mesin jika menggunakanbiodiesel castor akan lebih tinggi dari biodieselsawit dan tetapi lebih rendah dari minyaksolar.

Viskositas. Meskipun minyak jarakcastor sudah diubah kedalam biodiesel/esternamun viskostasnya masih sangat tinggi

Efekkomposisi biodieselterhadap parameterkualitas bahanbahardan unjuk kerja mesin {Rizqon Fajardkk)

33

(Tabel 3). Hal ini sangat tidak menguntungkanbagi proses injeksi dan pembakaran dari bahanbakar. Viskositas yang tinggi menimbulkanhambatan (drag) yang tinggi puta pada pompainjeksi sehingga mengakibatkan tekanan danvolume injeksi yang tinggi pula (Worgetter etal., 1998). Konsekuensinya adalah waktuinjeksi dan penyalaan biodiesel akan menjadilebih maju/cepat {advanced). Pada akhirnya halini cenderung akan meningkatkan emisi NOxdan suhu maksimum ruang bakar131. Tingginyaviskositas biodiesel jarak castor karenakomponen utamanya adalah molekul yang besaryaitu ricinoleat.

Bialangan setana. Bilangan setanamerupakan ukuran tentang kualitas penyalaanbahan bakar. Menurut perhitungan (tabel 3)bilangan setana biodiesel jarak castor lebihrendah dari biodiesel sawit. Karena berlaku

hubungan bahwa bilangan setana menurundengan bertambahnya ikatan rangkap ataubilangan iodium151. Bilangan setana yang terlalurendah akan menghasilkan emisi gas buangyang lebih tinggi. Kebanyakan biodieselmemiliki bilangan setana yang lebih tinggi dariminyak diesel mineral sehingga memiliki unjukkerja dan emis gas bunag yang lebih baik selainitu mesin akan beroperasi lebih lembut ataunoise berkurang.

Kandungan sulfur. Lain dengan minyakdiesel mineral, biodiesel dapat dikatakan bebassulfur atau kandungan sulfurnya sangat keciljika dibuat dari minyak nabati dengan bantuankatalis asam sulfat. Selain itu ada kemungkinanbahan bakau untuk biodiesel terkontaminasi

sulfur. Standar Eropa EN 590 menyatakanbahwa bahan bakar dinyatakan bebas sulfur jikakandungannnya dibawah 10 ppm. Bahan bakardengan sulfur tinggi sangat buruk bagikesehatan dan lingkungan. Kendaraanberoperasi dengan bahan bakar ber-sulfur tinggiakan menghasilkan emisi partikulat dan S02yang tinggi pula. Selain itu sulfur akan

34

menurunkan kinerja bahkan merusak catalytic131

converter

Kandungan air. Biodiesel kualitas tinggitidak boleh mengandung air lebih dari 500 ppm(31. Kadar air dalam biodiesel tergantung dariproses pembuatannya yaitu pencucian. Olehkarena itu proses pengeringan dilakukan agarkandungan air dibawah 500 ppm. Air dalambiodiesel dapat meningkatkan pertumbuhanyang dapat menghasilkan padatan {sludge) danpada akhirnya akan memblok filter bahanbakar. Air juga menyebabkan reaksi hidrolisabiodiesel menjadi asam lemak bebas yangakhirnya memblok filter bahan bakar.Fenomena pengeblokan filter bahan bakarsering dialami kendaraan yang menggunakanbiodiesel, sehingga dapat menurunkan tenagamesin secara drastis171.

Kandungan kalori. Kandungan kaloribiodiesel kira-kira 10% lebih rendah dariminyak diesel mineral. Oleh karena iti powerdan torsi yang dihasilkan mesin juga lebihrendah. Kandungan kalori biodiesel dariberbagai bahan baku tidak menunjukkanperbedaan yang signifikan. Meskipunkomposisi asam lemak sangat bervariasi antaraminyaknabati yang satu dengan yang lain.nya.

3. BAHAN DAN ALAT PENGUJIAN

3.1. Bahan Bakar

Bahan bakar yang diujikan terdiri darisolar (bahan bakar diesel di Indonesia), B30sawit (campuran solar 70 % dan methyl estersawit 30 %), dan B30 jarak castor (campuransolar 70 % dan methyl ester jarak 30 %). Solardiproduksi oleh PERTAMINA, biodiesel sawitdiproduksi oleh PPKS - Medan, dan biodieseljarak castor diproduksi oleh LaboratoriumKimia Terapan LIPI - Serpong. Karakteristikdari ketiga bahan bakar tersebut terdapat padaTabel 2 dan 3.

MESIN. Volume 8 Nomor I, Januari2006, 31 - 42

3.2. Mesin Bangku Uji18'

Mesin bangku uji {Test Cell) yangdigunakan adalah mesin riset Hydra silindertunggal 450 cc yang dilengkapi dengandynamometer arus searah (DC). Mesin silindertunggal ini dapat diubah-ubah konfigurasinya,yaitu gasoline, diesel DI, dan diesel IDI. Testcell ini dilengkapi dengan sistem tangki bahanbakar terpusat untuk solar dan portable untukbiodiesel, AVL smoke meter, sistem dataakuisisi untuk cylinder pressure, dan analyzeremisigas buang.

3.2.1.Spesifikasi mesin riset Hydra

Penelitian ini menggunakan mesindengan konfigurasi indirect injection (IDI),dengan spesifikasi sebagai berikut:

[8]Tabel 4. Spesifikasi Hydra IDIDiesel Engine

Bore 80,26 mm

Stroke 88,90 mm

Compression Ratio 21,4: 1 {Calculated)

Max. Speed 4400 rev/min

Fuel Injection Pump VE 1/9 F 2200 RV 12749

Pump PlungerDiameter 9 mm

Injector Bosch KBE 5854/4

Nozzle Bosch DNOSD 297

NozzleOperatingPressure

155 bar

Mesin ini dilengkapi dengan sensortekanan dan suhu untuk mengetahui kondisikerja mesin. Sensor tekanan terdiri dari sensortekanan udara hisap, tekanan udara masuk padamanifold, tekanan minyak pelumas, dantekanan bahan bakar. Sensor suhu terdiri suhuudara masuk pada manifold, suhu gas buangpada manifold, suhu minyak pelumas, suhupendingin, dan suhu bahan bakar. Beberapaparameter pada mesin ini dapat diatur, antara

lain injection timing, suhu udara masuk, suhubahan bakar, suhu pelumas, dan suhupendingin.

3.2.2. Dynamometer

Mesin diesel Hydra IDI dihubungkandengan dynamometer arus searah.Dynamometer ini selain untuk menyerap energidari mesin uji juga dapat memutar mesinmotoring sehingga dapat digunakan untukmendapatkan data rugi akibat gesekankomponen mesin. Spesifikasinya terdapat padaTabel 5.

Tabel 5. Spesifikasi Dynamometer [8]

Merek David Mc Clure

Tipe DC 200 A

Daya 37 kW

Arus 93 Ampere

Putaran 4500 rpm

Pembebanan pada dynamometer diatursecara otomatis dari ruang kontrol. Perubahanbeban diatur dengan mengatur jumlah bahanbakar yang masuk, sedang kecepatan diatursecara close loop dengan mengatur energipenyerapan oleh dynamometer. Dynamometermengukur beban yang diserap dengan reaksitorsi pada casing dynamometer. Reaksi torsisama dengan perkalian panjang lengan dengangaya bersih yang bekerja pada lengan. Hasilpembacaan dikirim ke komputer untukdiproses.

3.2.3. Sistem tangki bahan bakar

Sistem tangki bahan bakar mengatursumber pengambilan bahan bakar, terpusatuntuk solar dan portable untuk bahan bakaryang diujikan (biodiesel). Sistem ini pundilengkapi dengan pengukur laju aliran bahanbakar dengan ketelitian hingga 0,25 %. Suhubahan bakar pun dapat diatur sesuai denganyang dikehendaki.

Efekkomposisi biodiesel terhadapparameter kualitas bahan bahardanunjukkerjamesin {Rizqon Fajardkk)

35

3.2.4. Sistem data akuisisi untuk tekanansilinder

Alat ini dipergunakan untukmendapatkan data tekanan dalam silinder. Alatini memadukan pengukuran tekanan dalamsilinder dengan posisi poros engkol dalam basiswaktu. Keluaran dari sensor tekanandihubungkan pada kanal y sedangkan keluaranwaktu pada kanal x. Spesifikasi sensor tekananterdapat pada Tabel 6.

Sensor tekanan yang digunakan memilikidiafragma dari logam yang akan berubahdengan adanya tekanan. Perubahan tekanan inikemudian diteruskan ke quartz piezo-electriccrystal dan diubah menjadi aliran muatanlistrik. Perubahan muatan listrik yangmerupakan perubahan tekanan silinder ini akandikuatkan di dalam amplifier. Keluarantekananakan dibaca sebagai perubahan teganganterhadap waktu.

Tabel 6. Spesifikasi sensor tekanan

JenisQuartzpiezo pressure

transducer

Tipe 8QP500c,6121SN

Sensitivitas 14,5 pC/bar

Rentang pengukuran 250 bar

Resolusi 0,004 bar

Linearitas <0,6FSO

Temp, kerja maks. 200 °C

3.2.5. Sistem pengukuran emisi gas buang

Sampel emisi gas buang diambil daripipa exhaust dengan pompa vakum. Sampelgasterlebih dahulu mengalami penyaringan danselanjutnya dialirkan ke analyzer. Untukpengukuran smoke, digunakan alat smokemeter. Gas buang disedot melalui probe dandilewatkan ke filter kertas dan kemudian akandiukur kadar kehitamannya. Konsentrasi COdan C02 diukur masing-masing dengan infrared

36

analyzer. Konsentrasi NOx diukur denganchemiluminescent NO/NOx analyzer. Untuksample hidrokarbon, gas buang dialirkan keelemen pemanas terlebih dahulu (190 ° C)sebelum masuk analyzer. Gas hidrokarbondiukur menggunakan flame ionization detectoranalyzer.

4. METODOLOGIPENGUJIAN

4.1. Persiapan Bahan Bakar

Sebelum pengujian, dilakukan persiapanterhadap bahan bakar yang meliputipencampuran antara biodiesel dan solar.Campurannya adalah B30 sawit (70 % volumesolar dan 30 % volume methyl ester sawit) danB30 (70 % volume solar dan 30 % volumemethyl ester jarak castor). Kedua bahan bakertersebut dimasukkan ke dalam tangki portabledansiapdigunakan dalam pengujian.

4.2. Pemanasan Mesin

Mesin yang akan digunakan (Hydradiesel IDI) dipanaskan terlebih dahulu sebelumdigunakan dalam pengujian. Pemanasandilakukan untuk mendapatkan kondisi operasimesin. Pemanasan dilakukan untuk setiap jenisbahan bakar yang akan diuji. Pemanasandinyatakan selesai bila suhu oli telah mencapai85° C.

4.3. Pengujian dan Proses PengambilanData

Pengujian dilakukan untuk mendapatkandata-data, berikut:• Power dan torsi

• Konsumsi bahan bakar spesifik (g/kWh)• Kurva tekanan silnder

• Smoke level (BSU)• Emisi gas: NOx, THC, dan CO

MESIN, Volume 8 Nomor I, Januari 2006, 31 - 42

Pengujian dilakukan pada putaran 1500rpm dengan variasi beban/BMEP dan SIT{Static Injection Timing). Torsi dan powermesin diesel Hydra IDI dijaga stabil untuksetiap bahan bakar yang diuji. Berikut inisetting pengujiannya:

Tabel 7. Setting pengujian dengan beban 100 %

Bahan BakarWaktu Injeksi

(° BTDC)Torsi

(Nm)

Solar

10 23,0712 23,4814 23,7216 23,6618 23,72

B-30 sawit

10 22,6112 23,4814 23,7116 23,7118 23,7

B-30 jarakcastor

10 22,8612 23,6114 23,6916 23,718 23,68

Tabel 8. Setting Pengujian Beban75 %

Bahan BakarWaktu Injeksi

(°BTDC)Torsi

(Nm)

Solar

10 17,7312 17,6814 17,6816 17,6718 17,67

B-30 sawit

10 17,6812 17,7114 17,69

16 17,7618 17,65

B-30 jarakcastor

10 17,61

12 17,6814 17,8516 17,7618 17,78

Tabel 9. SettingPengujian Beban 50 %

Bahan BakarWaktu Injeksi

(° BTDC)Torsi

(Nm)

Solar

10 11,7312 11,6914 11,7916 11,8518 11,83

B-30 sawit

10 11,7512 11,7614 11,86

16 11,7618 11,83

B-30 jarakcastor

10 11,7912 11,7814 11,7216 11,7218 11,72

Prosedur pengujiannya adalah sebagaiberikut:

a. Penyalaan panel kontrol.b. Penyalaan sistem sirkulasi udara ruang

mesin bangku uji Hydra.c. Mengaktifkan piranti lunak pengujian.

Pemilihan sumber bahan bakar, apakahterpusat untuk solar atau portable untukbiodiesel.

d. Mengaktifkan pemanas oli dan pendinginmesin sehingga tercapai kondisi yangdiinginkan.

e. Memutar mesin secara manual untuk

mengamankan mesin bila terdapat air didalam silinder akibat dari kebocoran airpendingin.

f. Menyalakan mesin dengan memutardynamometer.

g. Setelah mesin menyala biarkan mesinberputar pada 1500 rpm dengan throttle15 % hingga stabil. Tahap ini disebutpemanasan.

h. Setelah mesin mencapai kondisi kerja,mesin siap diujikan.

i. Setting pengujian dapat dilihat pada Tabel7, 8, dan 9. Setiap mencapai titik

Efek komposisi biodiesel terhadap parameter kualitas bahan bahardan unjuk kerja mesin {Rizqon Fajar dkk)

37

pengukuran biarkan selama 3 menit untukmendapatkan kestabilan kondisi.

j. Setelah stabil, pencatatan data dapatdilakukan.

k. Setelah pengujian, turunkan putaran mesinberikut bebannya. Tunggu hingga suhu olimencapai 60° C.

1. Langkah berikutnya adalah mematikanmesin.

5. HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1. Pengaruh Beban terhadap TekananPuncak

Gambar 1 memperlihatkan efekpembebanan pada puncak tekanan silinderuntuk bahan bakar solar, B-30 sawit, dan B-30jarak castor pada waktu injeksi standar (16°BTDC).

a. 2000

38

495

BMEP(kPa)

ES Solar • B-30 saw it • B-30 jarak castor

Gambar 1 Puncak tekanan silinder untuk solar,B-30 sawit dan B-30 jarak castor pada SIT 16°

Gambar 1 memperlihatkan bahwa padawaktu injeksi standar, ketiga bahan bakarmenunjukkan kenaikan tekanan ketika bebandinaikkan. Secara umum, puncak tekanan(BMEP, Brake Mean Effective Pressure) B-30

sawit dan B-30 jarak castor berada sedikit dibawah tekanan solar dan tekanan B-30 jarakcastor sedikit lebih tinggi dari B-30 sawit halini karena faktor kandungan kalori dan densitas.Secara umum dapat dikatakan bahwa tekananpuncak silinder sedikit dipengaruhi oleh variasibeban untuk ketiga bahan bakar.

330 495

BMEP(kPa)

H Solar m B-30 saw it • B-30 jarak castor

660

Gambar 2. Ignition delay bahan bakar solar,B-30sawit dan B-30jarak castor pada SIT 16°.

Gambar 2 menunjukkan ignition delayuntuk ketiga bahan bakar. Ignition delaydidefinisikan sebagai waktu interval antarapermulaan injeksi bahan bakar dan permulaanpembakaran. Permulaan injeksi biasanya adalahwaktu ketika jarum injector membuka (dalamhal ini pada SIT 16° BTDC). Permulaanpembakaran ditentukan dari perubahankemiringan dari laju heat release yangdidapatkan dengan mengolah data tekanansilinder. Dari Gambar 2 terlihat bahwa ignitiondelay dari B-30 sawit dan B-30 jarak castorsecara umum lebih pendek dari solar, kecualipada beban maksimum. Bahan bakar denganbilangan setana rendah seperti solar akanmemiliki ignition delay yang panjang sehinggabahan bakar diinjeksikan sebelum penyalaan/ignition akan lebih banyak. Hal ini dapatmenghasilkan kecepatan pembakaran yangtinggi dan dengan peningkatan tekanan yang

MESIN, Volume 8 Nomor 1, Jamiari 2006, 31-42

tinggi dan pada akhirnya akan menyebabkanknocking. Hasil pengukuran ignition delaytersebut merupakan konfirmasi bahwa bilangansetana biodiesel sawitdanjarak lebih tinggi darisolar.

5.2 Analisa Emisi Gas Buang

A. Bilangan Smoke (Kepekatan Asap)

Gambar 3 memperlihatkan perubahanbilangan smoke terhadap injection timing.Terlihat bahwa ketiganya membentuk trendyang hampir serupa, menuju nilai terkecil padaSIT 16° BTDC untuk kemudian naik kembali.Smoke solar cenderung lebih tinggi dibandingkedua campuran biodiesel untuk SIT kurangdari 16° BTDC.

~4

03

o

E(O 2 {

•Solar

•B-30 saw it

•B-30 jarak castor

10 12 14 16 11

SIT (BTDC)

20

Gambar 3. Smoke hasil pembakaran bahanbakar pada beban maksimum

(BMEP = 660 kPa)

Smoke solar terlihat mengalami kenaikanyang signifikan jika SIT majukan hinggakuarng dari 10° BTDC. Jika SIT dimundurkanmenjadi 18° BTDC, smoke akan meningkatsecara signifikan untuk ketiga bahan bakar.Lebih rendahnya smoke pada biodieseldisebabkan memiliki bilangan setana yang lebih

tinggi dibandingkan dengan solar. Selain itukandungan oksigennya juga lebih tinggisehingga pembakarannya lebih sempurna.

Pengaruh beban terhadap smoke dapatdilihat pada Gambar 4. Penambahan bebanmenyebabkan smoke semakin tinggi.Kecenderungan ini berlaku ketiga bahan bakar.Bilangan smoke akan mengalami peningkatantajam pada beban maksimum (100%) dimanaaliran bahan bakar juga maksimum. Smoke dariB-30 sawit cenderung lebih tinggi daripadasolar dan B-30 jarak castor.

495

BNB°(kFa)

• Solar• B-30sawit • B-30jarakcastor

Gambar 4. Smokedari pembakaran solar, B-30sawit dan B-30 jarak castor pada

SIT 16° BTDC

Hasil pengujian ini menunjukkan bahwabilangan smoke sangat sensitif terhadapperubahan beban terutama pada perubahan dari75% ke 100%. Kenaikan beban ini

menyebabkan perubahan smoke mencapai tigakali lebih besar. Smoke dari B-30 jarak castorcenderung lebih rendah dari B-30 sawitterutama pada bebaan 75% dan 100%.

B. Emisi NOx

Emisi NOx bahan bakar biodiesel tidakmenunjukkan penurunan jika menggunakanbahan bakar B-30 sawit maupun B-30 jarak

Efek komposisi biodiesel terhadap parameter kualitas bahan bahardan unjuk kerja mesin (Rizqon Fajar dkk)

39

castor. Bahkan biodiesel cenderungmenyebabkan peningkatan. Emisi NOxtertinggi terjadi pada beban 75 % untuk ketigabahan bakar. Hal ini disebabkan olehpembakaran yang lebih sempurna, indikasinyaadalah konsumsi bahan bakar pada bebantersebut paling rendah dibandingkan denganbeban yang lain. Emisi NOx dari B-30 jarakcastor cenderung lebih tinggi dari B-30 sawithal ini bisa disebabkan viskositas dankandungan ikatan rangkap biodieseljarak castoryang lebih tinggi. Pengaruh SIT terhadap NOxterlihat pada Gambar 5. Emisi NOx cenderungmenurun jika SIT dimundurkan karena dapatmenurunkan temperatur dan tekanan silinder.

250

150

•Solar

•MES30

•MEJ30

i i i i i

8 10 12 14 16 18 20

Srr(BTOC)

Gambar 5 Emisi NOx pada beban 100%

C. Emisi hidrokarbon total (THC)

Penurunan emisi THC yang dihasilkanoleh bahan bakar biodiesel begitu signifikan,hal ini terjadi pada semua SIT terutama padapenggunaan B-30 sawit. Secara umumdisimpulkan bahwa emisi THC menurun jikawaktu injeksi dimajukan atau SIT lebih awal.Hal ini karena waktu pembakaran yang tersediamenjadi lebih lama sehingga senyawahidrokarbon yang tidak terbakar menjadi lebihsedikit (lihat Gambar 7). Tetapi hal ini akanmeningkatkan emisi NOx.

40

660330 495

BMEP (kPa)

B Solar • MES-30 • MEJ-30

Gambar 6. Emisi NOx pada SIT 16°BTDC.

•Solar

10 12 14 16

SfT(BTDC)

18 20

•B-30sawit -*— B-30 jarakcastor

Gambar 7. EmisiTHC pada bebanmaksimum.

Gambar 8 memperlihatkan pengaruhpenambahan beban (aliran bahan bakar)terhadap emisi THC. Emisi THC untukbiodiesel campuran lebih rendah dari pada solaruntuk semua beban. Terlihat pula bahwa emisiTHC B-30jarak castor lebih rendah pada beban75% dan 100% jika dibandingkan dengan solarmaupun B-30 sawit. Hal yang sam terjadi padahasil pengukuran bilangan smoke (Gambar 4).Hasil ini menunjukkan bahwa pembakaranB-30 jarak castor lebih sempurna dibandingB-30 sawit dan solar pada semua beban.

MESIN. Volume 8 Nomor I, Januari 2006, 31- 42

495 660

BMB>(kPa)

Q Solar • B-30saw it a B-30Jarakcastor

Gambar8. EmisiTHC pada SIT 16° BTDC

D. Emisi Karbon monoksida

Gambar 9 memperlihatkan perubahanemisi CO terhadap pertambahan SIT. Trendmenunjukkan penurunan CO seiring denganbertambahnya SITdan kecenderungan ini samadengan emisi hidrokarbon dan smoke. Semakinpanjang SIT berarti menambah waktupembakaran sehingga dapat menurunkan emisiCO, THC maupun smoke. Emisi CO dari BOOsawit lebih rendah dari solar dan B-30 jarakcastor untuk semua SIT. Emisi CO dari B-30jarak castor memperlihatkan kecenderunganyang sama dengan solar.

Gambar 10 memperlihatkan perubahanemisi CO terhadap penambahan beban. EmisiCO dari BOO jarak castor meningkat terusseiring dengan bertambahnya beban ataupasokan bahan bakar. Sedangkan pada solar danB-30 sawit emisi CO terrendah pada beban75%(BMEP=495kPa).

6. KESIMPULANDANSARAN

Tekanan puncak silinder untuk bahanbakar solar, B-30 sawit, dan B-30 jarak castortidak menunjukkan perbedaan yang signifikan(solar sedikit lebih tinggi) jika beban/pasokanbahan bakar divariasikan dari 50% hingga

100%. Waktu penyalaan {ignition delay) dari B-30 sawit lebih rendah dari B-30 jarak castordansolar. Sedangkan waktu penyalaan B-30 jarakcastor lebih rendah dari solar. Hal ini berkaitandengan besar bilangan setana dimana biodieselsawit terbesar (50-70) diikuti biodiesel jarakcastor (50-60) kemudian solar (<50).Komposisi asam lemak dalam biodiesel sawitdan biodiesel jarak tidak terlalu berpengaruhpada unjuk kerja mesin diesel.

8 10 12 14 16 18 20

SIT (BTDC)

—♦— Solar -•— B-30saw it -*— B-30jarakcastor

Gambar 9. Emisi CO pada BMEP=660 kPa

0.08

0.06

0.04

0.02

330 495

BMEP(kPa)

B Solar • B-30 saw it a B-30jarakcastor

Gambar 10. Emisi CO pada SIT 16°BTDC

660

Efek komposisi biodiesel terhadap parameter kualitas bahan bahardanunjuk kerjamesin {Rizqon Fajar dkk)

41

Secara umum bahan bakar B-30 sawitdan B-30 jarak castor mengeluarkan emisi gasbuang yang lebih rendah dibandingkan dengansolar; {smoke, hidrokarbon dankarbonmonoksida) kecuali emisi NOx yangsedikit lebih tinggi. Teerbentuknya NOxkemungkinan disebabkan oleh adanya ikatanrangkap, kandungan oksigen berlebih dantingginya viskositas dari biodiesel.

Emisi smoke dan hidrokarbon B-30 jarakcastor cenderung lebih rendah dibandingkan B-30 sawit. Sedangkan emisi NOx dankarbonmonoksida dan B-30 sawit cenderunglebih rendah dari B-30 jarak castor. Hal iniberlaku baik untuk variasi waktu injeksimaupun variasi beban.

Meskipun viskositas biodiesel jarakcastor sangat tinggi ternyata tidak terlaluberpengaruh besar terhadap unjuk kerja mesinmaupun emisi gas buang. Perlu penelitian lanjuttentang pengaruhnya terhadap mesin dalamjangka panjang. Keunggulan dari biodieseljarak castor yang penting adalah dapatmeningkatkan sifat pelumasan (asam lemakricinoleat) dan memiliki sifat aliaran yang baiakpada temperatur rendah

Untuk mengurangi emisi NOx,disarankan menggunakan campuran biodiesellebih rendah dari 30% dan waktu injeksi bahanbakar disetel ulang (dimundurkan) hingga emisiNOx turun dan emisi yang lain {smoke,hidrokarbon dan karbonmonoksida) mencapainilai yang optimum.

7. DAFTARPUSTAKA

1. Soerawidjaja, T. H. dan A. Tahar.Hubungan antara Komposisi MinyakNabati Bahan Mentah dengan KualitasBahan Bakar Biodiesel. Prosiding SRKP2003 TeknikKimia UNDIP, 2003

2. Srivastava, A., and R. Prassad,Triglycerides based dieselfuels. Renewable

42

and Sustainable Energy Reviews 4 (2000),111-133

3. M. Mittelbach, C. Remschmidt, Biodiesel:The Comprehensive Handbook, MartinMittelbach Publisher, Austria (2004), 25

4. Spesifikasi Minyak Bakar Pertamina.DirektoratHilir Pertamina, (1999)

5. Worgetter, M., H. Prankl and J. Rathbauer.Eigenschaften von Biodiesel,Landbauforchung Volkenrode, Sonderhefi190 (1998), 31-34

6. Knothe, G. and R.O. Dunn. Recent Resultsfrom Biodiesel Research at the NationalCenter for Agriculture UtilizationResearch, Landbauforschung Volkenrode,Sonderhefi 190, (1998), 69-78

7. Fajar R. et al. Efek Penggunaan BiodieselKalitas Standar Indonesia terhadap UnjukKerja Mesin Kendaraan Penumpang,Laporan Uji jalan BRDST-BTMP BPPT,(2005)

8. Fajar, R. et al. Indonesian Experience inUsing Biodiesel Emission andPerformance Testing on Engine Test Bedand Chassis Dynamometer. 2002International Oil Palm Conference, (2002)Hydra Research Engine Hand Book.

9. Van Gerpen, et al. Determining theOptimum Composition ofa Biodiesel Fuel.Iowa State University, 1995

10. Ali, Y. et al. Effect of Alternative DieselFuels on Heat Release Curves forCummins N14-410 Diesel Engine.University of Nebraska AgriculturalResearch Division No. 11128.

11. Suryantoro, M. T. Studi Heat Release danSmoke Analisis pada Campuran MethylEster-Solar. Tests Universitas Indonesia.2003

MESIN, Volume 8 Nomor I. Januari 2006, 31- 42