mp juni 2011 - karyailmiah.polnes.ac.idkaryailmiah.polnes.ac.id/images/download-pdf/arsip jurnal/mp...

Pengantar Redaksi

Riset & Teknologi

Pengaruh Perlakuan Permukaan Serat Terhadap Sifat Mekanis KompositGnetum Gnemon-Epoxy Resin

(Kifli Umar, Said Hi. Abbas)

ISSN 1412-3819Daftar Isi

MEDIA PERSPEKTIFVOL. 11 Nomor 1, Juni 2011 : 01 - 61 DAFTAR ISI

01 - 10

11 - 16

Jurnal Teknologi

Pengaruh Proporsi Cement Dengan Penambahan Renolith Soil Cement(Priyo Suroso)

Pengaturan Putaran Motor Induksi Tanpa Sensor Melalui Direct Torque ControlDengan Menggunakan Kontrol Hybrid

(Gigi Prabowo, Era Purwanto, Endro Wahjono)

17 - 23

Pemodelan Kurva Karakteristik Inverse Over Current Relay Oleh UserMenggunakan Adaptive Neuro Fuzzy Interence System

(Ainur Rofiq Nansur)

24 - 30

Metode Penilaian Transaksi (Assesment) Untuk Pengalokasian PelayananTransmisi(Suratno)

Pembuatan Biodiesel Dari Biji Karet Dengan Proses Transesterifikasi(Irmawati Syahrir)

31 - 36

37 - 42

Oksidasi Partial Sebagai Proses Karbonisasi Pada Pembuatan BiobriketDari Tempurung Kluwak

(Siti Sahraeni)

43 - 50

Pembuatan Biodiesel dari Crude Palm Oil Dengan Bantuan Reaktor BatchSirkulasi

(Marlinda)

51 - 56

57 - 61Prediksi Curah Hujan Di Samarinda Dengan Metode Runtun Waktu(Garini Widosari)

PENGANTAR REDAKSI

Assalamu ‘alaikum Wr. Wb.

Puji syukur ke hadiratAllah SWTatas Rahmat dan Karunia-Nya Jurnal Media Perspektif

Politeknik Negeri Samarinda Volume 11 nomor 1, Juni 2011 dapat diterbitkan. Media

Perspektif Polnes memuat hasil-hasil penelitian bidang Teknologi dan Karya Ilmiah non

penelitian yang bermutu. Media Perspektif diterbitkan dua kali dalam satu tahun, yaitu setiap

bulan Juni dan bulan Desember.

Penerbitan Jurnal Media Perspektif edisi kali ini, menampilkan beragam artikel

penelitian dibidang teknologi. Redaksi Media Perspektif mengharapkan peran serta para

ilmuwan dan peneliti untuk memberikan kontribusi yang lebih banyak demi keberlangsungan

media ini secara khusus dan sumbangsih terhadap perkembangan Sains dan Teknologi

pada umumnya.

Terima kasih dan selamat kepada para penulis yang tulisannya diterbitkan pada edisi

ini. Redaksi berharap agar Media ini dapat menambah pengetahuan dan wawasan pembaca

terutama civitas akademika, kalangan industri dan pemerintah. Sekali lagi kami mohon

sumbang saran para pembaca, sebab partisipasi pembaca tentu akan lebih menyempurnakan

terbitan berikutnya.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

REDAKSI

PENGANTAR REDAKSI MEDIA PERSPEKTIFVOL. 11 Nomor 1, Juni 2011 : 01 - 61

Jurnal TeknologiJurnal Teknologi

Riset & Teknologi ISSN : 1412-3819

MEDIA PERSPEKTIFVOL. 11 Nomor 1, Juni 2011 : 01 - 61 RISET & TEKNOLOGI /01

PENGARUH PERLAKUAN PERMUKAAN SERATTERHADAP SIFAT MEKANIS KOMPOSIT

GNETUM GNEMON-EPOXY RESIN

Kifli Umar, Said Hi. AbbasStaf Pengajar Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Khairun

Jl. Pertamina Kampus II Gambesi Kota Ternate Selatan 97719Email: [email protected]

AbstrakMechanical bonding interface antara serat-matrik pada material komposit dapat

ditingkatkan dengan proses perlakuan permukaan serat. Penelitian ini bertujuanmengetahui pengaruh perlakuan permukaan serat terhadap sifat-sifat mekanis materialkomposit berpenguat serat melinjo-epoksi dan mengamati pengaruh perlakuanpermukaan serat terhadap perilaku patahan komposit serat melinjo (gnetum gnemon)dengan matrik epoksi. Perlakuan serat melinjo bervariasi meliputi serat direbus airdan larutan NaOH dengan perbandingan 5 wt % berat NaOH pada temperatur 1000 Cdengan variasi waktu masing-masing 1, 2 dan 3 jam dan serat tanpa perlakuan (green).Serat yang mengalami perlakuan kemudian dicuci menggunakan air bersih hinggapH 7 dan serat di keringkan mengacu ASTM D629 yaitu dioven pada temperatur 1100

C selama 2 jam untuk mengurangi kandungan air, selanjutnya serat di pintal/anyaman.Matrik yang digunakan pada penelitian ini adalah resin epoksi dengan perbandinganhardener 1:1 (wt/wt). Pembuatan komposit menggunakan metode Hand-Lay-Up cetaktekan dengan V

fH” 30% . Spesimen uji tarik, impak dan bending dibuat mengacu

standar ASTM D638, ASTM D256 dan ASTM D790 dan untuk mengetahui sifat-sifatmekanik dilakukan pengujian tarik, impak dan bending dan pengamatan petahankomposit menggunakan SEM. Hasil penelitian menunjukkan : Pertama; Pengaruhperlakuan permukaan serat dapat meningkatkan sifat-sifat mekanis. Peningkatan sifat-sifat mekanis tertinggi diperoleh masing-masing ; kekuatan tarik tertinggi 79,025 MPaatau 33% terdapat pada perebusan selama 3 jam, kekuatan impak 21,029 MPa atau63% pada perebusan 3 jam dan kekuatan bending 78,371 MPa atau 40 % padaperlakuan 5 % NaOH selama 3 jam. Kedua; Hasil pengamatan SEM pada penampangpatahan komposit yang mengalami perlakuan permukaan dan memperlihatkan terjadipull out yang diklasifikasikan jenis patah kombinasi yaitu serat mengalami fiber pullout dan memiliki model perilaku patahan serat tunggal berbentuk brittle fractur

Kata kunci: perlakuan permukaan; sifat-sifat mekanis; epoxy resin; gnetum gnemon

PENDAHULUANPerubahan ke arah penggunaan bahan

alam yang berbasis ekonomi sebagaikonsekuensi dari Kyoto Protocol terhadapperubahan iklim global (UN FCC 1997),termasuk perubahan bahan baku untuk energidan industri kimia dari bahan petrokimia ke bahanyang dapat diperbaharui. Hal ini menjadipertanda yang baik di mana industri menandai

bahwa konsep “eco-efficiency” menjadi sesuatuyang penting dalam memberi konstribusi untukpengembangan yang berkelanjutan. Sebagaisumber utama yang dapat diperbaharui, serat –serat lignocellulosic yang berasal dari strukturjaringan tumbuhan akan memainkan perananutama dalam pengembangan dengan adanyakebijakan ini. Pemanfaatan serat alam baik dari

RISET & TEKNOLOGI /02 MEDIA PERSPEKTIFVOL. 11 Nomor 1, Juni 2011 : 01 - 61

segi teknis maupun sebagai produk pertaniannon-pangan telah dikembangkan sejak lama.Misalnya sebagai serat cellulose dalam industritekstil dan bubuk kertas tetap menjadi komoditiutama dalam industri produk non-pangan.Pemasaran serat alam seperti flax, hemp, jutedan sisal mengalami penurunan yang sangatsubstansial semenjak dikembangkannya seratsintetis setelah WO II dalam industri tekstil (FAOstatistics). Meskipun demikian, pemanfaatanserat alam masih terjaga dan sejumlahpemanfaatan baru dipersiapkan untuk seratalam. Terlebih dengan adanya image “Green”menempel pada serat alam, membuka jalan bagiserat alam untuk inovasi dan pengembanganproduk dalam dekade terakhir ini, misalnya untukpengembangan komposit yang diperkuat seratalam (fibre reinforced composites) dalamindustri Automotif, Konstruksi bangunan,geotextiles dan produk pertanian.

Peningkatan pemilihan dan penggunaanbio-komposit dalam rekayasa material sedikitbanyak disebabkan oleh issue dampakmengenai lingkungan serta keberlanjutan darisumber serat. Komposit berpenguat serat alammuncul sebagai alternatif menggantikankomposit serat gelass didalam banyakaplikasinya. Komposit serat alam seperti; serathemp-epoksi, flax-polypropylena (PP) dan seratchina reed-PP adalah material menarik terutamasekali didalam aplikasi otomotif sebab lebihekonomis dan memiliki berat jenis yang rendah.Komposit serat alam juga diklaim menawarkankeuntungan lingkungan seperti; menurunkanketergantungan sumber material yang tidakdapat diperbaharui, menurunkan emisi gasbuang dan gas greenhouse serta material yangbiodegradability (Joshi dkk, 2003).

Rekayasa komposit terus dicari dandikembangkan alternative lain pengganti seratsyntesis yakni material baru yang berbahandasar serat alam misalnya; pemanfaatan seratkulit batang rami, hemp, jute, kenaf, flax dan lainsebagainya, selain serat alam tersebut diatas,serat kulit batang pohon melinjo (gnetumgnemon) menjadi topik menarik untuk diteliti.Mengapa dipilih serat kulit batang pohonmelinjo?. Pohon melinjo (gnetum gnemon)

memiliki serat pada kulit batang (Tomlinson,2003). Penyebaran tumbuh pohon melinjo disemenanjung Asia Tenggara meliputi;Kepulauan Indonesia, Philipina, hingga keMelanesia. Serat kulit pohon melinjo telahdimanfaatkan secara tradisional olehmasyarakat misalnya; di pedalaman Malaysiaserat kulit batang melinjo dipintal menjadi benangyang kuat, dapat dipakai untuk tali pancing, jaladan lis kuda pedati (Sunanto, 1993), diSumbawa digunakan sebagai tali busur panatradisional dan di daerah pantai Papua Nuginimasyarakat setempat menggunakannyasebagai tali pancing dan jaring ikan karenaketahananya terhadap air laut (durable sea) yanglebih dibanding serat pohon lainya (Manner danElevitch, 2006)

Penggunaan resin epoksi (epoxy resin)sebagai perekat/pengikat pada pembuatankomposit terutama komposit hybrid matriksyntesis dengan penguat serat selulosa telahbanyak dilakukan. Pilihan menggunakan resinepoksi karena memiliki sifat-sifat antara lain :memiliki kekuatan tinggi, ketahanan terhadapdegradasi lingkungan sehingga resin ini banyakdigunakan pada industri pesawat terbang.Sebagai resin pelapis, epoksi juga memmilikisifat rekat yang baik dan tahan terhadapdegradasi air sehingga resin ini sangat idealdigunakan sebagai bodi perahu atau kapal (Raydan Raut, 2005).

Material komposit sangat dipengaruhi olehikatan interfacial antara matrik dan serat, ikataninterfacial antara matrik dan serat dipengaruhioleh wettability matrik dan permukaan serat.Oleh karenya, diperlukan perlakuan awal (pre-treatment) pada permukaan serat agarmenghasilkan sifat mekanis dan kekuatan rekatyang lebih baik mengingat serat alam berbasisselulosa memiliki sifat hidrophilik yangberlawanan dengan matrik polimer yang bersifathidrophobik (Wielage dkk, 2003). Sala satumetode yang sering digunakan untukmeningkatkan daerah interface antara serat-matrik terutama komposit berpenguat seratselulose yakni menggunakan larutan alkali, mildsteam dan chitosan dan larutan pelarut lainya.Perlakuan alkali, mild steam dan chitosan


secara efektif menghilangkan beberapakomponen (lignin, wax dan oils) dari permukaanserat (Munawar dkk, 2008). Perlakuan alkali jugadapat menghilangkan kotoran permukaan,meningkatkan karaktesistik adhesi permukaanserat, peningkatan tegangan permukaan,wettability dan dengan cara demikianmeningkatkan ikatan bonding (Pothan dkk,2008). Modifikasi penting dengan perlakuanalkali adalah menggangu ikatan air didalamjaringan struktur. Perlakuan ini jugamenghilangkan sejumlah lignin, wax dan minyakmeliputi permukaan luar dari sell dinding,depolymerizes selulose dan membuka crystalin.Penambahan sodium hydroxide (NaOH)kedalam serat alam menaikkan ionisasi padakelompok hydroxyl ke alkoside (Li dkk, 2007).

Fokus penelitian ini adalah pembuatankomposit menggunakan penguat serat kulitbatang melinjo yang telah mengalami perlakuanpermukaan dengan pengikat resin epoksi.Permasalahan selanjutnya yang muncul adalah“Apakah perlakuan permukaan serat kulit batangmelinjo (Gnetum gnemon) memberi efekkompatibilitas dengan resin epoxy sehinggadapat meningkatkan sifat-sifat mekanis kompositserat melinjo-resin epoksi. Dari permasalahandiatas mendorong penulis melakukan penelitindengan tujuan mengetahui pengaruh perlakuanpermukaan serat terhadap sifat-sifat mekanismaterial komposit berpenguat serat melinjo-epoksi dan mengamati pengaruh perlakuanpermukaan serat terhadap perilaku patahankomposit serat melinjo (gnetum gnemon)dengan matrik epoksi. Diharapkan materialkomposit yang dihasilkan mempunyai ketahananterhadap kondisi lingkungan dan sifat mekanikyang baik. Untuk mengetahui sifat-sifat komposityang dihasilkan maka akan dilakukan pengujiantarik, bending, impak dan pengamatan bentukpatahan komposit dengan SEM.

Kekuatan Tarik KompositMaterial komposit terdiri dari serat dan

matrik. Volume antara keduanya sangatmentukan kekuatan mekanis dari materialkomposit, semakin besar volume serat yangterkandung dalam komposit tesebut maka

kekuatan mekanis semakin besar ( Scwartz,1984). Berdasarkan the Rule of Mixture (ROM),kekuatan dan modulus tarik kompositberpenguat serat kontinyu dapat dihitung denganpersamaan :

(1)

(2)

Menurut Roe dan Ansel (1985) Fraksi volumeserat dapat dihitung menggunakan persamaanberikut :

(3)

Jika masa serat dan matrik , serta densityserat dan matrik diketahui, maka fraksi volumedan massa serat dapat dihitung denganpersamaan :

(4)

(5)

atau fraksi massa serat pada persamaan 5 dapatdisederhanakan menjadi :

(6)

Kekuatan material komposit denganpenguatan serat umumnya ditentukan oleh sifatserat sehingga kekuatan serat penting diketahuisebelum dikombinasikan dengan matrik untukmemahami bagaimana perilaku produk akhirkomposit (Wang dkk, 2003). Kekuatan tarik seratakan mampu memberikan informasi kekuatankomposit secara keselutuhan ( John dan Naidu,2004). Kekuatan tarik serat dan komposit dapatdihitung dengan persamaan :

(7)


Regangan dapat dihitung denganpersamaan :

(8)

Berdasarkan kurva hasil uji, moduluselastisitas (E) dapat dihitung dengan persmaanberikut :

(9)

Kekuatan Bending komposit

Kekuatan bending suatu material adalahkekuatan material menahan beban tekan dariluar. Nilai dari poisson rasio berpengaruh padabending test. Dari bending akan dihasilkandistribusi linier tegangan langsung yangbervariasi terhadap ketebalan dan reganganpeda permukaan yang lain (Matthew,1994).Kondisi tersebut akan membuat kurva defleksipada titik pembebanan. Dengan menggunakanstandar ASTM D790-02 yaitu metode thee-pointbending. Tegangan bending pada material dapatdihitung dengan persamaan :

(10)

Kekuatan Impak komposit

Ketangguhan suatu bahan adalahkemampuan bahan dalam menerima bebanimpact yang diukur dengan besarnya energiyang diperlukan untuk mematahkan batang ujidengan palu ayun. Untuk mengetahui nilaiketangguhan suatu material harus dilakukan ujiimpact, dengan menggunakan standar ASTMD256-03. Besarnya tenaga untuk mematahkanbatang uji dapat dihitung dengan rumus :

a. Energi patah (energi serap)

(11)

b. Kekuatan impak

(12)

METODOLOGI PENELITIANBahan yang digunakan pada penelitian ini

terdiri dari serat kulit batang (bark fiber) pohonmelinjo (Gnetum gnemon) diperoleh dari hutandi daerah Halmahera Selatan, Maluku Utara.Pengambilan serat dilakukan pada beberapapohon dengan umur rata-rata antara 10-15tahun, serat diperoleh dengan cara mengupaskulit bagian pangkal (50 cm dari tanah) sampaitengah pohon, kemudian dikeringkan dan diekstrak menjadi serat. Serat yang telah diekstrak dibuat anyaman/ dipintal secara manualdengan pengikat benang kapas. Bahan pengikatdipilih polimer termoset resin epoksi merek“EposchÖn” yang dipasarkan oleh PT. JUSTUSKIMIARAYA.

Proses Perlakuan SeratPohon melinjo yang tumbuh subur dan

tersebar dihutan memiliki serat yang terdapatpada kulit batangnya, namun potensi serattersebut masih mangandung lignin, picnin dankandungan unsur lainya sehingga memerlukanproses perlakuan awal (pre-treatment). Prosestersebut dimaksudkan dapat membersihkanpermukaan serat sehingga mendukung hasilakhir yang inginkan. Variabel-variabel perlakuanyang divariasikan pada penelitian ini yaitu ; Seratdirendam selama 12 jam kemudian dicucidisebut serat (green), Perlakuan perebusanmedia air pada temperatur 1000 C denganvariasi waktu selama 1, 2 , dan 3 jam danPerlakuan direbus dengan air-NaOH denganperbandingan 5% NaOH pada temperatur 1000

C selama 1, 2, dan 3 jam. Serat yang mengalamiperlakuan kemudian dicuci menggunakan airbersih hingga pH 7 dan diangin-anginkan secaraalami. Selanjutnya serat di keringkan mengacuASTM D629 yaitu dioven pada temperatur 1100

C selama 2 jam untuk mengurangi kandunganair.

Proses Pembuatan KompositPembuatan komposit menggunakan Serat

yang telah mengalami proses perlakuan awaldan berbentuk pintalan/anyaman yang dibuatsecara manual. Matrik yang digunakan adalahresin epoksi (epoxy resin) dengan perbandinagnresin epoksi dan epoksi hardener 1:1 (wt/wt).


Cetakan yang digunakan berupa cetakan besiberukuran 20cm x 20cm x 6 dilengkapi pembatasketebalan. Pembuatan komposit terdiri dari dualamina pada arah sejajar 00 denganmenggunakan metode hand-Lay-Up (epoksi-serat-epoksi-serat-epoksi) dan ditekan denganpemberat seberat 3,9 x 10-3 MPa. Selanjutnya,dibiarkan mengeras pada temperatur ruangselama 8 jam. Semua proses pembuatankomposit dilakukan dengan metode danperalatan yang sama pada masing-masingperlakuan serat. Komposit yang dihasilkan dibuatspesimen uji sifat-sifat mekanis antara lain:untuk uji tarik mengacu standar ASTM D638-03,impakASTM D256-03 dan bending ASTM D 790-03. Selanjutnya uji tarik komposit dilakukanmenggunakan mesin “SERVO PULSER,Simadzu EFH-EB20-40L dengan load cell 500kg dan kecepatan penarikan 10 mm/menit,pengujian bending menggunakan mesin bendingdengan load cell sebesar 500 kg, kecepatanpembebanan 10 mm/menit dan pengujian impakmenggunakan alat uji impak charpy denganbeban 1 kg, panjang ayunan 83 cm. SemuaPengujian dilakukan di laboratorium materialTeknik Mesin Universitas Gadjah Mada.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Penampang Serat Tunggal dan PatahanKomposit

Hasil pengamatan SEM pada permukaanserat tanpa perlakuan, perlakuan perebusanmedia air 3 jam dan perlakuan media larutan 5% NaOH 3 jam ditunjukkan pada Gambar 3a-cdi bawah ini. Gambar 3a memperlihatkan hasilpengamatan SEM Permukaan serat yang tidakmengalami perlakuan/green, serat masihmemiliki kotoran menempel pada permukaanyang diyakini adalah lignin, pectin dan wax,sedangkan serat yang mengalami perlakuanperebusan 3 jam menghasilkan konturpermukaan lebih bersih dibandingkan tanpaperlakuan, hasil pengamatan permukaanditunjukkan pada Gambar 3b dan serat yangmengalami perlakuan NaOH 3 jammemperlihatkan kontur permukaan yang lebih

bersih daripada tanpa perlakuan dan perebusan(Gambar 1c).

Gambar 1 : Hasil pengamatan SEM permukkaanserat (a) serat tanpa Perlakuan,(b) serat perlakuan perebusan 3 jamdan (c) serat perlakuan NaOH 3 jam

Pengamatan SEM pengaruh perlakuanpermukaan terhadap bentuk patahan komposituji impak dengan perlakuan permukaan, tanpaperlakuan dan pengaruh perendaman kompositselama 3 minggu ditunjukkan pada Gambar 2.Gambar 2a memperlihatkan bentuk patahankomposit tanpa perlakuan permukaan seratmenunjukkan tercabutnya serat dari resin epoksiatau terjadi pull-out pada sebagian serat, patahanserat tunggal menunjukkan patah getas (brittle),pada patahan komposit dengan perlakuanpermukaan serat NaOH 3 jam memperlihatkansebagian serat mengalami pull-out, namunpanjang serat yang mengalami pull-out relatiflebih pendek dan sebagian memperlihatkanikatan yang kompatibel (Gambar 2b), sedangkanhasil pengamatan patahan komposit denganperlakuan perebusan serat selama 3 jamdiperlhatkan pada Gambar 2c, hasilnyamenunjukkan sedikit terjadi pull-out serat dansebagian besar serat-epoksi memperlihatkanikatan yang kompatibel.

Perilaku petahan komposit yang samadiperoleh oleh Ray dan Rout (2005) modelpatahan tensile fracture komposit jute-polyesterdengan fraksi volume 0,15 wt % memperlihatkanpatah getas (brittle). Morfologi serat alam yangmengalami perlakuan kimia dan perebusansecara efektif menghilangkan beberapakomponen (lignin, wax dan oils) dari permukaanserat sehingga permukaan menjadi bersihdengan demikian dapat meningkatkan ikataninterfacial antara serat dan matrik. Peningkatan


interfacial juga merupakan kombinasi optimumpada peningkatan kekuatan serat dan perbaikanrekat/ikatan antar-muka. Peningkatan kekuatanserat berbanding lurus dengan menurunya

densitas serat dan perpanjangan waktuperlakuan serat didalam larutan alkali danperebusan (1-3 jam) juga diyakini membungkusrantai-rantai selulose serta reorientasi molekul.

FiberPull out

A B C

Permukaan serat alam juga diyakinimemiliki ikatan mekanis yaitu terjadi prosesikatan interlocking antara matrik dan serat yangmemiliki topologi yang tidak teratur (irregular).Ketidakaturan permukaan serat akanmenghasilkan kemampuan rekat serat-matrikyang disebut perilaku lock and key, selain itupada daerah interface antara serat dan matrikjuga memiliki interaksi antara molekul-molekulmatrik polimer yang membentuk rantai-rantaimolekul yang bersifat mampu saling tukar terjadiditingkat atom. Ikatan ini terjadi bila polimerberada pada temperatur diatas temperaturtransisi gelas dan kompatibel.

Pengujian Tarik MatrikPengujian tarik matrik dimaksudkan untuk

mengetahui sifat mekanis material sebelumdigunakan sebagai pengikat serat padapembuatan komposit. Matrik harus dapatmentransmisikan beban ke serat denganmerubah bentuk atau deformasi, harus dapatmembungkus (encapsulate) serat tanpa terjadishrinkage yang dapat menyebabkan reganganinternal dari f iber dengan indikatornyamempunyai wetability, kompatibilitas danbonding yang baik serta juga mempunyaielongation break lebih tinggi dibandingkandengan serat. Hasil pengujian tarik matrik epoksiresin ditujukkan pada tabel 1berikut :

Tabel 1. Sifat mekanis resin epoksi

Kekuatan Tarik KompositPengaruh perlakuan permukaan serat

terhadap tegangan tarik maksimum komposituntuk perlakuan perebusan dengan air danmedia larutan 5% NaOH dengan variasi waktumasing-masing 1, 2 dan 3 jam sertadibandingkan dengan tegangan tarik maksimumkomposit berpenguat serat green ditunjukkanpada Gambar 3.

Gambar 3 : Grafik hubungan tegangan tarik terhadapperlakuan permukaan serat

Jenis matrikTegangan tarik Regangan

Young’sModulus

(Mpa) (MPa) (Gpa)

Resin Epoksi 42,02 ± 4,82,8 % ± 0,

1%1,8 ± 0,25

Gambar 2 : Hasil pengamatan SEM Pengaruh perlakuan permukkaan serat terhadap patahankomposit. (a) Tanpa perlakuan (green), (b) perlakuan NaOH 3 jam, (c) perebusan 3jam


Grafik hubungan tegangan tarik maksimmterhadap perlakuan permukaan seratmenunjukan semakin bertambahnya waktuperlakunan bertambah pula tegangan tarikmaksimum. Pada komposit berpenguat seratyang mengalami perlakuan NaOH selama 3 jammenunjukkan kekuatan tarik tertinggi 75,793MPa, tegangan tarik maksimum terendahdiperoleh pada komposit perlakuan NaOH 1 jamdengan nilai 67,215 MPa sedangkan padaperlakuan NaOH 2 jam memperoleh nilai 70,596MPa. Tegangan tarik maksimum kompositberpenguat serat dengan perlakuan perebusantertinggi diperoleh pada perebusan 3 jam dengannilai 79,025 MPa, tegangan tarik maksimumterendah diperoleh pada perlakuan perebusan1 jam dengan nilai 63,245 MPa sedangkan padakomposit dengan perlakuan perebusan serat 2jam memperoleh nilai 74,462 MPa. Kompositberpenguat serat tanpa perlakuan (green)memperoleh nilai 59,126 Mpa.Kekuatan Bending Komposit

Grafik Pengaruh perlakuan permukaanserat terhadap kekuatan bending komposit untukperlakuan perebusan dengan air dan larutan 5% NaOH dengan variasi waktu masing-masing1, 2 dan 3 jam serta dibandingkan dengankekuatan bending komposit berpenguat seratgreen ditunjukkan pada Gambar 4. Kekuatanbending meningkat seiring denganbertambahnya waktu perlakuan serat. Kompositberpenguat serat yang mengalami perlakuanlarutan NaOH 3 jam memiliki kekuatan bendingtertinggi dengan nilai 78,371 MPa, perlakuanlarutan NaOH 1 jam memiliki kekuatan bendingterendah dengan nilai 68,424 MPa sedangkanperlakuan NaOH 2 jam memperoleh kekuatanbending dengan nilai 70,182 MPa. Kekuatanbending komposit berpenguat serat yangmengalami perlakuan perebusan menunjukannilai tertinggi pada perlakuan perebusan 3 jamdengan nilai 76,926 MPa, nilai kekuatan bendingterendah terjadi pada perlakuan perebusan serat1 jam dengan nilai 63,070 MPa sedangkankomposit berpenguat serat perlakuan perebusan2 jam memperoleh 74,026 Mpa.

Gambar 4 :Grafik hubungan kekuatan bendingterhadap perlakuan permukaan serat

Perbandingan kekuatan bending kompsitberpenguat serat yang mengalami perlakuanlarutan NaOH dan perebusan dengan variasimasing-masing perlakuan selama 1, 2 dan 3 jam,dan dibandingkan dengan komposit berpenguatserat tanpa perlakuan menunjukkan nilai yangbervariasai, kekuatan bending tertinggi dperolehpada perlakuan NaOH 3 jam dan nilai kekuatanbending komposit dengan perlakuan permukaanserat menunjukan nilai tertinggi dibandingkandengan tanpa perlakuan.

Kekuatan Impak KompositHasil pengujian pengaruh perlakuan

permukaan serat terhadap kekuatan impak untukperlakuan serat dengan larutan 5 % NaOH danperebusan dengan variasi waktu masing-masingantara 1, 2 dan 3 jam dan dibandingkan dengankomposit berpenguat serat tanpa perlakuanditunjukkan pada Gambar 5.

Grafik hubungan kekuatan impak terhadapperlakuan serat memperlihatkan berbandinglurus antara waktu perlakuan dengan kekuatanimpak atau dapat dikatakan semakin lama waktuperlakuan serat kekuatan impak meningkat.Komposit berpenguat serat tanpa perlakuanmemiliki kekuatan impak terendah dengan nilai12,888 KJ/m2. Hasil pengujian impak kompositdengan perlakuan larutan NaOH menunjukkankekuatan impak tertinggi diperoleh padaperlakuan larutan NaOH 3 jam dengan nilai18,348 KJ/m2, kekuatan impak terendah terdapat


pada perlakuan larutan NaOH 1 jam dengan nilai15,140 KJ/m2 sedangkan pada perlakuan larutanNaOH 2 jam memperoleh nilai 16,068 KJ/m2.Komposit berpenguat serat mengalamiperlakuan perebusan menunjukkan nilai tertinggidiperoleh pada perebusan 3 jam dengan nilai21,039 KJ/m2, komposit dengan perebusanserat 1 jam memiliki kekuatan impak terendahdengan nilai 18.728 KJ/m2 sedangkan kompositdengan perebusan serat 2 jam memperoleh nilai19,246 KJ/m2.

Gambar 5 : Grafik hubungan kekuatan impak terhadapperlakuan permukaan serat

Perbandingan kekuatan impak kompsitberpenguat serat yang mengalami perlakuanlarutan NaOH dan perebusan dengan variasimasing-masing perlakuan selama 1, 2 dan 3 jamdan dibandingkan dengan komposit berpenguatserat tanpa perlakuan menunjukkan kakuatanimpak komposit berpenguat serat denganperlakuan perebusan memiliki nilai tertinggidibandinkan perlakuan NaOH dan green sertakomposit berpenguat serat perlakuan NaOHmemiliki kekuatan impak lebih tinggidibandingkan tanpa perlakuan.

Pembahasan pengaruh perlakuan permukaanserat terhadap sifat-sifat mekanis komposit

Penggunaan serat kulit batang melinjo(green) sebagai penguat pada komposit denganpengikat resin epoksi pada penelitian ini memberipenguatan pada komposit atau dapatmeningkatkan tegangan tarik maksimumsebesar 59,126 MPa atau 40,711 %

dibandingkan tegangan tarik maksimum resinepoksi yang nilainya 42,019 MPa. Perlakuanpermukaan serat dengan media perebusan airdan larutan 5% NaOH dapat meningkatkan sifat-sifat mekanis komposit dibandingkan dengankomposit tanpa perlakuan serat. Tegangan tarikmaksimum tertinggi diperoleh pada kompositberpenguat serat perlakuan perebusan 3 jamsebesar 79,025 MPa atau 33,65% terhadapkomposit berpenguat serat green danpeningkatan 88,067 % terhadap tegangan tarikmaksimum resin epoks.

Peningkatan sifat-sifat mekanis padakomposit berpenguat serat yang mengalamiperlakuan permukaan menunjukkan fakta bahwaterjadi perbaikan karakteristik perekatan(adhesion) permukaan serat oleh perbaikancacat alami dan topografi permukaan seratmenjadi kasar. Selain itu pengaruh pelakuankimia dan perebusan pada serat juga dapatmembersihkan dan mengubah topografipermukaan serat, meningkatkan kekerasanpermukaan serat sehingga dapat meningkatkandaya ikat interfacial antara serat melinjo (gnetumgnemon) dengan matriks/resin epoksi.Perubahan topografi permukaan serat yangkasar tersebut akan menghasilkan mechanicalinterlocking yang lebih baik dengan matrik.

Perilaku peningkatan sifat mekanis akibatperlakuan permukaan juga diperoleh DiharjoPerlakuan 5% NaOH merupakan perlakuanyang efektif untuk meningkatkan kekuatankomposit. Pada komposit diperkuat serat tanpaperlakuan, maka ikatan (mechanical bonding)antara serat dan polyester menjadi tidaksempurna karena terhalang oleh adanya lapisanlilin dipermukaan serat.

Hasil uji SEM memperlihatkan permukaanserat tunggal tanpa perlakuan permukan masihterdapat kotoran pada permukan yang diyakinidapat menurunkan ikatan interface antara seratmelinjo dengan matrik epoksi, hal berbeda padaserat dengan perlakuan permukaan seratmenunjukkan permukaan menjadi bersih.Patahan komposit dari hasil uj i SEMmemperlihatkan permukaan patahan kompositdengan perlakuan serat mengalami pull out lebihsedikit dibandingkan tanpa perlakuan serat.


KESIMPULANHasil penelitian ini dapat disimpulkan

sebagai berikut :1. Perlakuan permukaan serat dengan media

perebusan air dan larutan 5% NaOH dapatmeningkatkan sifat-sifat mekanis kompositdibandingkan dengan komposit tanpaperlakuan serat.

2. Tegangan tarik maksimum tertinggi diperolehpada komposit berpenguat serat perlakuanperebusan 3 jam sebesar 79,025 MPa atau33,65% terhadap komposit berpenguat seratgreen dan peningkatan 88,067 % terhadaptegangan tarik maksimum resin epoksi.

3. Komposit berpenguat serat perlakuanperebusan 3 jam memiliki kekuatan impaktertinggi sebesar 21,029 MPa atau 63,246 %dibandingkan dengan komposit tanpaperlakuan serat.

4. Nilai kekuatan bending tertinggi diperolehpada komposit berpenguat serat perlakuanmedia larutan NaOH 3 jam sebesar 78,371MPa atau 40,155 % dibandingkan dengankomposit tanpa perlakuan serat sebesar55,917 MPa.

5. Komposit berpenguat serat denganperlakuan perebusan media air 3 jammempelihatkan sedikit terjadi fiber pull outdibandingkan komposit berpenguat seratdengan perlakuan media larutan NaOH 3jam, kompsit tanpa perlakuan serat dankomposit yang mengalami perlakuanperendaman media air laut 3 minggu.

NOTASIE : modulus elastisitas(Gpa)Ef, Em : modulus elastisitas serat dan

matrik(Gpa)MC, Mf : massa komposit dan serat, kgqM : density matrik(gr/cm3)vf, wf : fraksi volume dan berat serat(%)VC : volume komposit (mm3)Wf, WM : Massa serat dan matrik (gr/cm3)Äó : selisih tegangan tarik di daerah elastis

(MPa),Å : reganganÄå : selisih regangan di daerah elastisÁf, ÁM : densitas serat dan matrik (gr/cm3)

ó : kekuatan tarik (MPa)Ãf : kekuatan tarik serat (MPa)óm : kekuatan tarik matrik (MPa)W : energi patah (J)G : berat pendulum (N)R : jarak pendulum ke pusat rotasi (m)b : sudut pendulum setelah menabrak

benda uji (o)a : sudut pendulum tanpa benda uji (o)a : kekuatan impak (J/mm2)h : tebal spesimen (mm)b : lebar spesimen (mm)Ãf : kekuatan bending (MPa)F : beban (N)L : panjang benda uji (mm)b : lebar benda uji (mm)h : tebal benda uji (mm)

DAFTAR PUSTAKA

ASTM, “Annual Book of ASTM Standard”, WestConshohocken, 2003

ASTM D 638, 2003, Standart Test Methode forTensile Properties of Plastic.American Sosiety for TestingMaterials, Philadelphia, PA.

Roe P.J. dan Ansel M.P., “Jute-reinforcedpolyester Composites”, UK., Journalof Materials Science 20, 1985.

pp. 4015-4020.Harley I. Manner and Craig R. Elevitch, 2006.

Gnetum gnemon (gnetum), SpeciesProfiles for Pacif ic IslandA g r o f o r e s t r y(www.traditionaltree.org).

Jhon K. dan Naidu S.V., 2004 Effect of FiberContent and Fiber Tretment onFlexural Propesties of Sisal Fiber/Glass Fiber Hybrid Composites.

Joshi, S.V., L.T. Drzal and S.A. Mohanty, 2003.Are natural f iber compositesenvironmentally superior to glassfiber reinforced composites? J.Composites: Applied Science andManufacturing , 35: 371-376

Li, X., Tabil, L.G., Paningrahi, S., (2007),Chemical Treatments of Natural


Fiber for Use in Natural Fiber-Reinforced Composites : A Review.J. Polym Environ, Springer.

Matthews, F.L., and Rawlings, R.D., 1994,Composite Materials : Engineeringand Science. First edition, Chapmanand Hall publisher, 2-6 BoundaryRaw, London.

Munawar, S.S., Umemura K., Tanaka, F., Kawai,S., (2008) Effects of alkali, mildsteam, and chitosan treatments onthe properties of pineapple, ramie,and sansevieria fi ber bundles , JWood Sci (2008) 54:28–35

Pothan, L.A., Luyt, A.S., and Thomas, S., 2008,Polyolef in/Natural FiberComposites, Published by JohnWiley & Sons, Inc., Hoboken, NewJersey.

Ray, D dan Raut, J., 2005, Thermosetbiocomposit, “Natural f ibers,biopolimers dan biocompositer”,Taylor and Francis

Sunanto, H., (1993), Budidaya Melinjo danUsaha Produksi Emping, PenerbitKanisius.

Schwartz, M. M., 1984, Composite MaterialHandbook, McGraw-Hill BookCompany, New York USA.

Tomlinson, P.B., 2003, Development ofGelatinous (Reaction) Fiber InStems of Gnetum Gnemon(Gnetales), American Journal ofBotany 90(7): 965–972.

Wang, B., Panigrahi, S., Tabil, L., Powell, T.,Crerar,W., Kolybaba, M.,Sokhansanj, S., 2003, Flax FiberReinforced ThermoplasticComposites, The Society forEngineering in Agricultural, Food,and Biological system, no. RRV03.

Wielage, B., Lampke, T., Utschick, H., Soergel,F., 2003, Processing of Natural FibreReinforced Polymers and theResulting of Dynamic-MechanicalProperties, Journal of MaterialsProcessing Technology, vol. 139,hal. 140-146, Elsevier.



PENGURANGAN PROPORSI CEMENTDENGAN PENAMBAHAN RENOLITH SOIL CEMENT

Priyo SurosoJurusan Teknik Sipil, Politeknik Negeri Samarinda

AbstrakBahan alam yang berkualitas untuk lapis pondasi di Samarinda dan sekitarnya

harus didatangkan dari luar. Kebutuhan yang makin meningkat dan makin terbatasnyapersediaan, khususnya bagi Kota Samarinda maka bahan lokal (tanah) yangdistabilisasi dengan semen (Soil-cement) dapat menjadi solusi untuk pengganti bahanalam yang didatangkan dari luar. Untuk mendapatkan hasil yang baik dan dalampelaksanaan soil cement perlu adanya usaha untuk mengurangi jumlah semen agarbiaya dapat dikurangi, maka lapisan soil cement perlu ditambah suatu bahan yangdapat memberikan tambahan kekuatan daya dukungnya. Penelitian ini akan diterapkanpemakaian bahan tambah untuk soil cement yaitu renolith. Pengujian dilakukan diLaboratorium Mekanika Tanah Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Samarinda.Material tanah diambil dari daerah Rapak Dalam Samarinda. Cara pengujianpemadatan dengan modified compaction test sebagai dasar uji CBR laboratorium.Urutan pengujian dilakukan dalam 3 tahap yaitu : tahap pertama pencampuran tanahdengan semen (6%; 8% dan 10%), kemudian tahap kedua pengujian pada prosentasesemen optimum + renolith 5% dan tahap ketiga dilakukan pengurangan jumlah semen1% pada soil cement dengan renolith tetap 5%. Klasifikasi tanah yang diuji dengansistem AASHTO masuk kedalam golongan tanah A-4 dengan butiran tanah yang lolos>35%. CBR rendaman diperoleh nilai CBR yang lebih tinggi pada penambahan renolith5%. Nilai CBR 120% yang disyaratkan mampu dicapai untuk campuran soil cement9%, sedangkan setelah penambahan renolith 5% terhadap campuran soil cement makaCBR yang disyaratkan mampu dicapai pada semen 8% dengan nilai CBR 138%. Nilaikuat tekan bebas mengalami kenaikan dan nilai swelling (pengembangan) serta nilaipenurunan konsolidasi tanah tersebut mengalami. Penurunan akibat adanyapenambahan renolith pada campuran soil cement.

Kata kunci : Soil Cement, Renolith, CBR, kuat tekan bebas, konsolidasi.

PENDAHULUANKonstruksi jalan secara umum terdiri dari

subgrade, subbase, base dan surface. Subbasedan base yaitu lapis pondasi pada perkerasan,biasanya digunakan bahan alam yaitu kerikil danbatu pecah. Sedangkan subgrade yaitu tanahdasar yang merupakan tanah biasa. Bahan alamyang berkualitas untuk lapis pondasi diSamarinda dan sekitarnya harus didatangkandari luar. Kebutuhan yang makin meningkat danmakin terbatasnya persediaan, khususnya bagiKota Samarinda maka tanah yang

distabilisasikan seperti tanah semen (soilcement) menjadi solusi. Sebagai penggantibahan alam yang didatangkan dari luar dansebagai bahan konstruksi yang langsungtersedia, tanah bisa menjadi material yangekonomis.

Untuk mendapatkan hasil yang baik,lapisan soil cement perlu ditambah suatu bahanyang dapat memberikan tambahan kekuatandaya dukungnya. Salah satu bahan tambahuntuk soil cement yaitu renolith. Renolithmerupakan bahan kimia yang bekerja dengan


semen (PC). Renolith berbentuk cairan kimiaberwarna putih susu yang netral, tidak beracunyang mampu bersenyawa dengan air. Renolithterlihat seperti karet yang memiliki kemampuanuntuk tetap melekat satu sama lain sehinggamemiliki sifat fleksibilitas yang tinggi. Renolithmembantu tanah untuk tidak kekurangankandungan airnya dan mencegah tanah untukmengembang ataupun menyusut sehinggalapisan tidak retak.

Dalam pelaksanaan soil cement perluadanya usaha untuk mengurangi jumlah semenagar biaya dapat dikurangi. Dengan adanyatambahan daya dukung dari renolith, makastabilisasi tanah dengan semen (soil cement)sebagai lapis pondasi perkerasan jalan ditambahdengan renolith diharapkan akan meningkatkandaya dukungnya yang ditinjau dari tingkatkepadatan, nilai CBR (California Bearing Ratio)rendaman, nilai konsolidasi dan kuat tekanbebas serta mengurangi jumlah semen.

METODOLOGI PENELITIANPenelitian dilakukan di laboratorium

mekanika tanah Politeknik Negeri Samarinda.Tanah yang diperguna-kan diambil dari daerahRapak Dalam Samarinda, semen type I danRenolith dipasaran Samarinda. Langkah awalpenelitian menentukan Klasifikasi tanah dengancara USCS untuk mengetahui jenisnya. Langkahselanjutnya tanah dicampur dengan semen 6%,8%, dan 10% dihitung terhadap berat keringtanah, perhitungannya yaitu :

Wc = % semen x Ws …………...........…….(1)

Wc = berat semen; Ws = berat kering tanah.

Tatacara pengujian kepadatan menurut SNI03 1743-1989, uji ini diperoleh kadar air optimumdan kepadatan kering maksimum. PengujianCBR Laboratorium dilakukan berdasarkan kadarair optimum masing-masing campuran semen.Tatacara pengujian CBR laboratorium menurutSNI 03 1744-1989 dengan jumlah tumbukan 65kali. Nilai yang akan dicapai untuk CBR e” 120%(HPJI, 2004), kemudian nilai ini sebagai dasaruntuk mengurangi jumlah semen dari nilai

tersebut yang selanjutnya akan diberi tambahanrenolith 5% dari berat semen denganperhitungannya yaitu :

Wi = % renolith x Wc ……............……..(2)

Wi = berat renolith; Wc = berat semen.

Proses pembuatan soil cementdidasarkan kadar air optimum dan berat volumemaksimum. Setelah selesai penumbukanmasing-masing penambahan semen dilakukanmasa pemeraman 3 hari dan masa perendaman4 hari. Untuk kuat tekan bebas hanya dilakukanpemeraman 3 hari tanpa perendaman.Kemudian untuk pengujian konsolidasidilaksanakan selama 6 hari. Masing-masingvariasi campuran soil cement dibuat benda uji 2buah dan hasilnya dirata-ratakan.


Klasifikasi TanahSifat fisik dan sifat keteknikan tanah, lebih

ditentukan oleh jenis dari klasifikasi tanah itusendiri. Pengklasifikasian tanah dimaksudkanuntuk mempermudah pengelompokkanberbagai jenis tanah ke dalam kelompok tanahyang sesuai dengan sifat teknik dankarakteristiknya. Pada penelitian ini sistemklasifikasi tanah yang digunakan adalah sistemAASHTO. Sistem ini pada umumnya dipakai olehdepartemen jalan raya di semua negara bagiandi Amerika Serikat. Sistem ini didasarkan padakriteria berikut ini (Das, BM., 1998):a.ukuran butir dibagi menjadi kerikil, pasir, lanau,

dan lempung.Kerikil : Bagian tanah yang lolos ayakandengan diameter 75 mm dan tertahan padaayakan diameter 2 mm.Pasir : Bagian tanah yang lolos ayakan dengandiameter 2 mm dan tertahan pada ayakandiameter 0,075 mm.Lanau & Lempung : Bagian tanah yang lolosayakan dengan diameter 0,075 mm.

b.plastisitas, nama berlanau dipakai apabilabagian –bagian yang halus dari tanahmempunyai indeks plastisitas (IP) sebesar 10


atau kurang. Nama berlempung dipakaibilamana bagian-bagian yang halus dari tanahmemiliki indeks plastis sebesar 11 atau lebih.

Untuk mengevaluasi mutu (kualitas) darisuatu tanah sebagai subgrade jalan raya,digunakan suatu angka indeks kelompok (Groupindex = GI ).

GI = (F-35) - [0,20+0,005(LL-40)] + 0,01(F-15)(PI-10)

F = persentase butiran yang lolos saringan No.200

LL = Batas cair, PI = indeks plastisitas

Hasil pengujian contoh tanah untuk soil cementberdasarkan pada tabel klasifikasi tanahAASHTO dan propertis tanah tersebut diperolehprosentase lolos saringan nomor 200 > 35 %,secara umum tanah masuk kelompok lanau-lempung dengan nilai batas cair (LL) yaitu 40%, dan harga indeks plastisitas (PI) yaitu 9,09%,maka tanah termasuk golonganA-4. Dimana nilaiPI yaitu maks.10% dan batas cair maks. 40%,dengan persentase lolos ayakan No.200 yaitumin.36%. Nilai indeks kelompok yaitu 2.

PemadatanNilai pemadatan soil cement di laboratorium

sebelum dan sesudah penambahan renolithdapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1.Grafik hubungan antara berat isi kering tanah(gr/cm3) dan kadar semen pada soil cementdan pada soil cement+renolith 5%

Gambar 1 Berat isi kering tanah meningkatseiring dengan peningkatan kadar semen.Peningkatan juga terjadi pada campuran soilcement ditambah dengan renolith. Berat isikering maksimum pada soil cement + renolih5% lebih tinggi dibanding dengan soil cementsaja. Untuk nilai kadar air optimum mengalamipenurunan seiring bertambahnya berat isi keringtanah. Hal ini membuktikan bahwa seiringbertambahnya berat isi kering tanah diikuti olehmenurunnya nilai kadar air optimumnya(Bowles, JE., 1991).

Hal ini dikarenakan bahwa penambahanbahan stabilisasi (semen) yang mempunyaibutiran halus akan mengisi pori-pori tanah,sehingga berat butir tanah semakin besar dandengan meresapnya renolith ke butir-butir tanahakan menambah berat butir tanah tersebutsehingga terjadi peningkatan berat isi keringtanah pada campuran soil cement + renolith 5%.

California Bearing Ratio (CBR)CBR merupakan ukuran daya dukung

tanah yang dipadatkan dengan daya pemadatantertentu dan kadar air tertentu dibandingkandengan beban standard pada batu pecah. Hasilpengujian nilai CBR e” 120% adalah padapenambahan semen 10% sebesar 132%.Gambar 2 menunjukkan penambahan semenmeningkatkan nilai CBR. Hal ini menunjukkanbahwa jumlah semen makin besar maka tingkatkekerasannya makin jauh lebih besar sesuai sifatsemen yang akan mengalami pengerasan bilaterhidrasi. Hasil pengujian nilai CBR e” 120%pada campuran soil cement + renolith 5%mampu dicapai pada penambahan semen 8%sebesar 138%.

Pada saat pengujian CBR rendamanrembesan air ke dalam sampel air tersebut akanditahan oleh renolith yang membentuksemacam pelindung yang menahan air untukdapat meresap ke seluruh sampel. Sehinggatidak terjadi penyerapan air ke sampel yangmengakibatkan penurunan terhadap dayadukung tanah tersebut.

Nilai CBR rendaman mengalamipeningkatan yang cukup signifikan bahkandengan ditambahkannya renolith mampu


memberi tambahan terhadap daya dukungnya.Nilai swelling (pengembangan) mengalamipenurunan seiring dengan penambahan semen.Nilai swelling pada penambahan semen 8%sebesar 0,5% sedangkan pada penambahansemen 8%+ renolith 5% terjadi nilai swelling0,21%. Hal ini membuktikan bahwa renolithsangat berpengaruh dalam menambah dayadukungnya. Karena sifat renolith seperti karetyang memiliki kemampuan untuk tetap melekatsatu sama lain sehingga memiliki sifatfleksibilitas yang tinggi sehingga memiliki nilaiCBR yang baik. Dan renolith membantu tanahuntuk tidak kekurangan kandungan airnya danmencegah tanah untuk mengembang ataupunmenyusut sehingga lapisan tidak retak.

Gambar 2. Grafik hubungan antara nilai CBR designdan kadar semen pada soil cement dansoil cement + renolith 5%

Kuat Tekan bebasKuat tekan bebas (q

u) adalah besarnya

tekanan axial (kg/cm2) yang diperlukan untukmenekan suatu silinder tanah sampai pecahatau besarnya tekanan yang memberikanperpendekan tanah sebesar 20%. Prinsip dasardari percobaan ini adalah pemberian bebanvertical yang dinaikkan secara bertahap bendauji berbentuk silinder yang didirikan bebassampai terjadi keruntuhan. Pembacaan bebandilakukan pada interval regangan aksial tetaptertentu yang dapat dicapai denganmempertahankan kecepatan pembebanan

dengan besaran tertentu pula selama pengujianberlangsung (Strain Control). Nilai kuat tekanbebas soil cement di laboratorium sebelum dansesudah penambahan renolith dapat dilihat padaGambar 3.

Gambar 3. Grafik hubungan antara nilai kuat tekanbebas dan kadar semen pada soilcement dan soil cement + renolith 5%

Nilai yang akan dicapai untuk kuat tekanbebas e” 24 kg/cm2 (HPJI, 2004). Nilai kuat tekanbebas e” 24 kg/cm2 dicapai pada penambahansemen 10% yaitu sebesar 25,224 kg/cm2

sedangkan pada penambahan semen + renolith5% telah dicapai nilai kuat tekan padapenambahan 8% yaitu 24,381 kg/cm2. Hal inimembuktikan bahwa renolith sangatberpengaruh dalam menambah dayadukungnya.

KonsolidasiKonsolidasi adalah suatu proses

mengalirnya air keluar dari ruang pori tanah jenuhdengan kemampuan lolos air rendah, yangmenyebabkan terjadinya perubahan volume,sebagai akibat adanya tegangan vertikaltambahan yang disebabkan oleh beban luar.

Pengujian ini dilakukan untuk mendapatkankoefisien konsolidasi (Cv), indeks pemampatantanah (Cc), tekanan prakonsolidasi (Pc’) danbesarnya penurunan konsolidasi (Sc) yangterjadi. Nilai-nilai tersebut merupakan


karakteristik-karakteristik konsolidasi (atauperameter-parameter) suatu tanah. Indekspemampatan tanah (Cc) berhubungan denganberapa besarnya konsolidasi atau penurunanyang akan terjadi. Koefisien konsolidasiberhubungan berapa lama suatu konsolidasiatau penurunan suatu konsolidasi yang akanterjadi. Gambar 4 menunjukkan besarnyapenurunan yang terjadi pada campuran soilcement + renolith 5%.

Gambar 4. Grafik hubungan antara penurunankonsolidasi (cm) dan kadar semen padasoil cement + renolith 5%

Gambar 4 menunjukkan bahwa nilaipenurunan berkurang seiring meningkatnyapenambahan semen. Hal ini dikarenakan butiranhalus semen mengisi pori-pori tanah sehinggatanah lebih stabil.

KESIMPULAN- penambahan renolith 5% terhadap berat

semen ternyata mampu meningkatkan nilaiberat isi kering tanah. Peningkatan berat isikering tanah terjadi pada soil cement 8%diperoleh sebesar 1,908 gr/cm3 sedangkansoil cement 8% + renolith 5% mengalamikenaikan berat isi kering tanah yaitu 1,920gr/cm3. Dan peningkatan berat isi keringtanah juga terjadi pada soil cement 9%diperoleh sebesar 1,926 gr/cm3 sedangkan

soil cement 9% + renolith 5% mengalamikenaikan berat isi kering tanah yaitu 1,935gr/cm3. Kenaikan nilai berat isi kering soilcement + 5% renolith terhadap soil cementyaitu sebesar 0,548%.

- penambahan renolith 5% terhadap beratsemen juga mampu meningkatkan nilaiCBR tanah. Peningkatan CBR tanah terjadipada soil cement 8% diperoleh sebesar116% sedangkan soil cement 8% + renolith5% mengalami kenaikan CBR tanah yaitu138%. Dan nilai CBR mengalamipeningkatan yang signifikan pada soilcement 10% diperoleh sebesar 132%sedangkan soil cement 9% + renolith 5%telah mampu mencapai 142%. Sehinggapada soil cement 8% + renolith 5% telahdicapai nilai CBR yang disyaratkan yaitu>120%. Kenaikan nilai CBR soil cement +5% renolith terhadap soil cement yaitusebesar 18,96%. Nilai swelling mengalamipunurunan sebesar 58%.

- penambahan renolith 5% terhadap beratsemen juga mampu meningkatkan nilai kuattekan bebas tanah. Peningkatan kuat tekanbebas tanah terjadi pada soil cement 8%diperoleh sebesar 22,266 kg/cm 2

sedangkan soil cement 8% + renolith 5%mengalami kenaikan kuat tekan bebas tanahyaitu 24,381 kg/cm2. Bahkan nilai kuat tekanbebas tanah soil cement 8% + renolith 5%lebih tinggi dibanding kuat tekan bebas padasoil cement 9% yaitu sebesar 24,047 kg/cm2. Kenaikan nilai kuat tekan bebas soilcement + 5% renolith terhadap soil cementyaitu sebesar 9,498%.

- penambahan renolith 5% terhadap beratsemen menurunkan besarnya penurunankonsolidasi yang terjadi. Penurunankonsolidasi yang terjadi pada soil cement9% sebesar 0,041 cm sedangkan soilcement 9% + renolith 5% mengalamipenurunan konsolidasi yaitu 0,014 cm.Penurunan konsolidasi menurun sebesar65,85%.

- Dari penelitian diperoleh dengan bahantambah renolith sebesar 5% dari beratsemen, mampu menambah daya


dukungnya dan mampu mengurangi kadarsemen hingga 1% dari 9% menjadi 8%.

DAFTAR PUSTAKAAnastasia, S.L, 1991, Stabilisasi Tanah Semen

dan bahan Kimia pada Tanah LempungBandung, Tesis, Jurusan Teknik SipilInstitut Teknologi Bandung, Bandung.

Bowles, Joshep E., 1991, Sifat-Sifat Fisis DanGeoteknis Tanah Edisi kedua ,Airlangga, Jakarta.

Das Braja M, dkk., 1998, Mekanika Tanah(Prinsip-prinsip Rekayasa Geoteknis),Jilid 1, Airlangga, Jakarta.

Departemen Pekerjaan Umum, 2006,Spesifikasi Umum Bidang Jalan DanJembatan, Jakarta.

Departemen Pekerjaan Umum, 2007,Perencanaan Stabilisasi Tanah DenganBahan Serbuk Pengikat UntukKonstruksi Jalan, Jakarta.

Hardiyatmo, HC., 1992, Mekanika Tanah 1, PT.Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.

Hardiyatmo, HC., 2001, Prinsip-PrinsipMekanika Tanah Dan SoalPenyelesaian I , Beta Offset,Yogyakarta.

Lajayani, 2008, Pengaruh Bahan Tambah IjukPada Campuran Soil Cement TerhadapNilai Daya Dukung, Skripsi, JurusanTeknik Sipil Universitas 17 Agustus1945, Samarinda.

Nanang H.E dan Yosika Alinsari, 2004,Peningkatan Kuat Geser TanahLempung Dengan Variasi campuranKapur Karbit Dengan Clean Set

Cement, Universitas Islam Indonesia,Yogyakarta.

Oglesby CH. dan Hicks RG., 1996, Teknik JalanRaya Edisi Keempat Jilid 2, Erlangga,Jakarta.

Rantinurlia, 2007, Penggunaan Renolith SebagaiBahan Additive Pada Lapisan Sub-Base Konstruksi Jalan, Tugas akhir,Jurusan Teknik Sipil Politeknik NegeriSamarinda, Samarinda.

Rendra SP dan Ayu SN, 2001, Stabilisasi TanahLempung Dengan Sulfur/BelerangUntuk Subgrade Jalan Raya, Skripsi,Jurusan Teknik Sipil Universitas IslamIndonesia, Yogyakarta

S. Yogi Ananta, dkk., 2006, Perbaikan TanahDasar Jalan Raya Dengan Bahan AditifRenolith, Skripsi, Jurusan Teknik SipilUniversitas Kristen Petra, Surabaya.

Sudirja, 2008, Pengaruh Penambahan SpentCatalyst Pada Stabilisasi Tanah SemenTerhadap Kembang Susut Dan DayaDukung Tanah Ekspansif SebagaiSubgrade Jalan, Tesis, Jurusan TeknikSipil Universitas Diponegoro,Semarang.

Usman, T., 2008, Pengaruh Stabilisasi TanahBerbutir Halus Yang DistabilisasiMenggunakan Abu Merapi Pada BatasKonsistensi dan CBR Rendaman,Tugas Akhir, Jurusan Teknik SipilUniversitas Islam Indonesia,Yogyakarta.

Yosua, 2000, Stabilisasi Tanah Dari Barito UtaraDengan Semen Untuk KonstruksiJalan, Tesis, Jurusan Teknik SipilUniversitas Diponegoro, Semarang.



PENGATURAN PUTARAN MOTOR INDUKSI TANPA SENSORMELALUI DIRECT TORQUE CONTROL DENGAN

MENGGUNAKAN KONTROL HYBRID

Gigih Prabowo, Era Purwanto, Endro WahjonoPoliteknik Elektronika Negeri Surabaya, ITS

e-mail: [email protected]

AbstrakPada pengontrolan putaran motor induksi untuk motor yang digunakan di industri

menemui beberapa kendala diantaranya motor pada kondisi start dan kondisi bebanberubah selama proses industri.Pada tulisan ini akan diberikan suatu cara pengaturanputaran motor induksi tanpa sensor melalui metode direct torque control (DTC) denganmenggunakan kontrol hybrid yaitu Proporsional Integral (PI) dan Variable StructureControl (VSC). Melalui kontrol hybrid dapat dibandingkan kondisi motor induksi tigafasa pada saat over shoot, settling time dan osilasi. Estimasi putaran rotor motordilakukan melalui pengukuran tegangan dan arus terminal pada stator dan digunakansebagai umpan balik yang akan dibandingkan dengan putaran acuan sebagai masukansistem kotrol sehingga dicapai putaran yang dikehendaki. VSC yang digunakan adalahsliding mode control (SMC) hal ini digunakan untuk mendapatkan performansi yangtinggi pada pengaturan putaran motor induksi, pada kondisi start, putaran berubahdan beban turun. Melalui simulasi Mathlab pada motor induksi dan sistim kontrol yangdigunakan untuk kondisi start dan beban berubah.

Kata kunci: Direct torque control, proporsional integral, variable structure control,sliding mode control.

PENDAHULUANF. Blaschke telah mempublikasikan

mengenai field oriented control (FOC) untukmotor induksi [2]. Teori ini telah lengkapdikembangkan dan banyak digunakan dalamproses industri. Sekarang pengemudian motorinduksi dengan FOC telah diterapkan di industridan dibeberapa produk industri dengan teknikpenyelesaian yang berbeda [3].

Kemudian teknik baru telah dikembangkanyaitu teknik control torsi dari motor induksi olehI. Takahashi yang dikenal dengan direct torquecontrol (DTC) dan M. Depenbrock dengan directself control (DSC). Dengan DTC atau DSCdimungkinkan mengontrol torsi denganperformansi yang baik tanpa menggunakantranduser mekanik pada poros motor, sehinggaDTC atau DSC dapat dikatakan sebagai teknik

control “type sensorless” [4]. Denganmenggunakan sensor putaran rotor motor akanmengakibatkan stabilitas yang rendah dan adanoise, sehingga dalam pengemudian motorinduksi dengan pamakaian khususmenggunakan sensor mekanik dan akanmenyulitkan.

Pada beberapa dekade yang lalu kontrolmotor induksi banyak yang menggunakan kontrolkonvensional yaitu Proporsional Integral.Penggunaan kontrol non-linier pada motorinduksi tiga fasa sudah mulai digunakan melaluivriable struktur kontrol.Ada beberapa cara dalampenggunaan variable structure controldiantaranya adalah sliding mode control (SMC).Sliding mode control telah banyak digunakandibeberapa kontrol motor seperti pada servo AC.SMC memiliki sifat dinamik yang baik untuk


model yang tidak termodelkan secara dinamik,variasi kesensitifitasan parameter, perubahandari luar, dan respon dinamik.

Pengontrolan putaran motor induksidilakukan dengan cara membandingkan putaranestimasi dengan putaran acuan. Dari sinyaltegangan dan arus stator motor induksi yangtelah ditransformasi, kemudian denganestimator akan menghasilkan putaran estimasi,fluk estimasi dan sudut pergeseran antara fluksatator dengan fluk rotor. Hasil pembandingantara putaran acuan dengan putaran estimasiakan dilakukan pengontrolan putaran melaluisliding mode control (SMC) sehinggamenghasilkan torka dan sebagai sinyalmasukan ke switching sinyal inverter sehinggamencatu tegangan ke motor induksi.

Tujuan utama dari tulisan ini adalahmenerapkan PI dan SMC sebagai kontrolerputaran motor induksi melalui control torka untukberbagai kondisi yaitu saat awal motor berputardan kondisi motor dengan kondisi bebanbervariasi. Melalui rangkaian loop tertutup,stabilitas sistem digunakan teori stabilitasLyapunov, dan konvergen eksponensial darikontrol putaran akan diterapkan.

Putaran Motor InduksiBeberapa rangkaian didasarkan pada

model motor yang telah ada untuk menyensingputaran motor induksi dari terminal pengukuranuntuk pengontrolan putaran motor. Untukmenentukan putaran motor, dan dasar untukmenghitung dapat menggunakan persamaanrangkaian dari motor induksi.

Bila tegangan dan arus diukur melaluireference frame sebagai referensi, Hal ini dapatuntuk menyatakan persamaan dalam stasionerframe.

Dari persamaan tegangan stator dalamreferensi frame diberikan untuk menentukan flukdalam sumbu dq dengan persamaan [1]:

dsi

dt

dsLsR

mL

rL

dsv

mL

rL

dr

(1)

qsidt

dsLsR

mL

rLqsv

mL

rLqr

(2)

dengan:

adalah fluk bocor; L adalah induktansi; v

adalah tegangan; R adalah tahanan; i adalah

arus; dan sLrLmL /2

1 koefisien bocor

motor. Subkrip r dan s adalah menyatakan rotordan stator motor, dan subkrip d dan q adalahmenyatakan komponen dalam sumbu d dansumbu q pada referensi stasioner. Persamaanfluk rotor dalam referensi stasioner diberikan:

drr

qrrdsi

r

mL

dr

1

(3)

qrr

drrqsi

r

mLqr

1

(4)

dengan:

r adalah putaran rotor dan rRrLr / adalah

time konstant rotor. Sudut r dari vektor fluk rotor

r dalam hubungannya frame stasioner

dengan sumbu d yang ditentukan melaluipersamaan:

dr

qrr

arctan (5)

Turunan pertama dari persamaan (5) adalah:

22qrdr

drqrqrdrer

(6)

Substitusi persamaan (3) dan (4) kedalampersamaan (6) sehingga didapatkan:

22qrdr

dsiqrqsi

dr

rT

mLre

(7)

Kemudian substitusi persamaan (6)kepersamaan (7), sehingga dapat ditetukan

besar r sebesar:


dsiqrqsi

drrT

mLdrqrqrdr

r

mr

2

1(9)

dengan:222qrdrr

r adalah putaran rotor dalam radian per detik.

Pem

ilih

anV

s

s

*̂s

*̂s

*

mech

mech

Estim

ato

r

Inverter

Vd

3

MI

*s

T

estT

est̂

aS

bS

cS

0

1

1

-1

abcV

abci

Tra

nsf

orm

asi

Ko

ord

inat

dqv

dqi

PI

SMC

Gambar 1. Blok diagram kontrol putaran motor induksi

Kontrol Proporsional Integral (PI)Persamaan umum untuk kontroler PI dapat

diberikan dengan persamaan:

))(1

)(()( dtteT

teKtUi

p (10)

)()1

1()( tedtT

KtUi

p (11)

))(1

)(()( dtteT

teKtUi

p (12)

)1

1()(

)( dt

TK

te

tU

i

p (13)

)()1

1()( tedtT

KtUi

p (14)

)1

1()(

)( dt

TK

te

tU

i

p (15)

Dengan menggunakan domain frekuensipersamaan (10)-(15) menjadi:

)()1

1()( sedtT

KsUi

p (16)

)1

1()(

)(

sTK

se

sU

i

p (17)

)1

1()(

)(

sTK

se

sU

i

p (18)

Dengan Kp dan Ti masing-masing adalahgain proporsional dan waktu integral sedangkanE(s) dan U(s) adalah transformasi Laplace darisinyal kontrol dan error antara sinyal referensidengan luaran plant. Dengan menggunakanpersamaan PI seperti tertulis pada Clarke [13]hasilnya akan lebih baik.

Bentuk persamaan (18) dapatdigambarkan seperti pada gambar 2.

w

W*

e(t)u(t)

kp(1/Tis)

kp

Gambar 2.Blok diagram kontroler proporsional danIntegral

Kontrol putaran dengan Sliding ModeUntuk meningkatkan performa putaran

motor induksi pada kondisi start, ada gangguan,kontrol putaran dengan SMC akan diuraikan.Kontrol SMC adalah jenis kontrol yang robustpada saat terjadi gangguan dengan variasiparameter dan torsi beban berubah. Dalam blokdiagram gambar 3. blok sliding mode controlditunjukkan dengan SMC.

Persamaan umum torsi elektromagnetikpada motor induksi diberikan:


eTLTmBdt

mdJ

(19)

dengan B dan J adalah koefisien gesekanviscous dan konstanta Inersia dari motor. T

L

adalah torsi beban dari luar dan m adalah

putaran rotor mekanik dalam frekuensi sudut.T

eadalah torsi elektromagnetik dari motor induksi

yang diberikan dengan persamaan:

ds

iqsqsids

PeT

22

3(20)

Persamaan elektromagnetik (19) dapat diubahmenjadi:

ebTdmam

(21)

dengan:J

LTd

Jb

J

Ba ;

1;

Sesuai dengan persamaan elektromag-netikdiatas pada kondisi ada gangguan adalah:

eTbbddmaam

(22)

dengan ddanba ,, adalah menyatakan

kondisi taktentu dari parameter a, b, dan dsebagai penyataan parameter J dan B.

Untuk menentukan kesalahan/selisihputaran motor diberikan dengan persamaan:

tmtmte*

)( (23)

dengan tm*

adalah putaran acuan/ referensi.

Dengan menurunkan persamaan (20) dalamfungsi waktu didapatkan:

)()()(

*

)(

txtftae

tmtmte

(24)

Dengan memisahkan komponen )(tf dan )(tx

dari persamaan (24) didapatkan persamaan:

)(*

)(*

)()( tmtdmatebTtf

(25)

Dan )(tx penambahan perubahan diberikan

dalam persamaan:

)()(*

)()( tebTtdmatebTtx (26)

Variable sliding mode dengan komponen integraldiberikan dengan persamaan:

det

ahtetS )(0

)()( (27)

dengan h adalah kontanta penguat.

METODOLOGI PENELITIANUntuk menentukan alur putaran (speed

trajectory tracking), dengan menggunakanasumsi dan persamaan berikut:

Asumsi 1. harga h dipilih sehingga ah

menjadi negatip dan 0h , sehingga sliding

surface diberikan dengan persamaan :

0)(0

)()( det

ahtetS (28)

Berdasar hasil pengembangan switchingsurface, keberadaan kontrol switching dijaminberada di sliding mode, dengan kontrol putarandiberikan dengan persamaan:

tSthetf sgn)()( (29)

dengan adalah konstanta penguat switch.

tS adalah variable sliding yang ditentukan

melalui persamaan (21) dan tanda sgn(.) adalahfungsi signum yang didifinisikan sebagai:

01

01sgn

tSbila

tSbilatS (30)

Asumsi 2. Penguat dipilih sehingga )(tx

untuk semua kondisi.Ketika sliding mode terjadi pada sliding surface

sesuai dengan persamaan (28), 0

tStS ,

dan tracking error )(te bergerak konvergen

secara eksponen menuju ke nol.


Sesuai dengan parameter motor induksi daripersamaan (22), bila asumsi 1 dan asumsi 2dibuktikan sebagai batasan putaran persamaan

(23) akan mendahului putaran mekanik rotorm

sehingga tracking kesalahan putaran

tmtmte

*

conderung menuju ketitik

nol sampai menuju kondisi takberhingga.Pembuktian dari teorema diatas dapatmenggunakan teori stabilitas Lyapunov.Fungsi Lyapunov adalah:

)()(2

1)( tStStV (31)

)()()( tStStV

(32)

Dengan menggunakan persamaan (31), makadidapatkan:

0

.

sgn.

sgn.

.

.

)()()(

Sx

tSxS

hextSheS

hexfS

aehexfaeS

eaheS

tStStV

Persamaan (27), (24), (29) dan assumsi 2 telahdigunakan dalam pembuktian diatas.

Akhirnya torsi referensi *eT dapat

ditentukan dengan mensubtitusikan persamaan(25) dan (29) sehingga didapatkan:

dmmatStheb

eT**

))(sgn()(1*

(33)

Bentuk persamaan (33) dapat digambarkanseperti pada gambar 3

w

W*

e(t)

B sign(S)

a

d/dt

d

h 1/bT

e

SMC

Gambar 3. Blok diagram kontroler Sliding Mode

HASIL DAN PEMBAHASANDari hasil simulasi secara numerik yang

telah dilaksanankan dengan menggunakanMathlab/ Simulink. Sampling time 1000µs, fluksreferensi diambil pada harga nominal.Parameter motor Induksi tiga fasa dengan daya2,4 kW, tegangan nominal 380 V, f= 50 Hz,jumlah kutub 4 mempunyai data pelengkapsebagai berikut: R

s= 1.77 Ù, R

r= 1.34 Ù,

XLs

=5.25 Ù, XLr=4.57 Ù, X

m=139.0 Ù, J=0.025

Kg.m2, B=0.01N-m.sec/rad. Harga h = -100untuk sliding mode control dan b=10, hasilsimulasi akan dicermati pada kondisi, start,steady state dan bila terjadi perubahan beban.

Pada gambar 4 adalah putaran motorinduksi saat start dengan kondisi berbebanmenggunakan control sliding mode, dari hasildiatas didapatkan overshoot 1,9%, rise-time0,0225 detik, settling-time 0,4725 detik, peak-time 0,09 detik dengan putaran maksimum 77,7rad/detik.

Pada gambar 5 adalah torkaelektromagnetik motor pada saat start dengannilai 35 N-m, fluk stator dengan nilai 2,86 webberseperti pada gambar 6, arus pada saat startsebesar 32 A seperti pada gambar 7.

Pada gambar 8 adalah putaran rotor padasaat putaran referensi turun dari putaran nominal76,18 rad/detik ke putaran terendah 35,7 rad/detikdengan overshoot 6,2%, rise-time 0,017 detik,settling-time 0,4 detik, peak-time 0,65 detik.


Gambar 4. Putaran motor Induksi kondisi start

Gambar 5. Torka elektromagnetik kondisi start

Gambar 6. Fluk stator kondisi start

Gambar 7. Arus stator saat start

Gambar 8 Putaran pada kondisi putaran referensiturun dari 76,18 ke 38,19 rad/detik

Gambar 9 Putaran motor pada saat torsi referensiberubah dari 36 ke 18 N-m di t=1s.


Pada gambar 9 adalah putaran rotor padasaat beban turun dari beban nominal 35,14 N-mke 17,57 N-m dengan overshoot 1,4%, rise-time0,015 detik, settling-time 0,35 detik, peak-time1,025 detik, dan putaran terttinggi 43,55 rad/detik.

Hasil simulasi dengan mathlab/simulinkdapat ditabelkan seperti pada tabel 1 denganParameter PI, Kp=0,54; Ki=7,8 dan parametersliding mode sebesar h=-100 dan b=10.

Tabel 1 hasil simulasi dengan kontroler PI danSMC

No Kondisi Performansi PI SMC

1StratBebannominal

Overshoot (%) 12 1,9Rise time (detik) 0,035 0,0225Settling time (detik) 0,53 0,475Peak time (detik) 0,23 0,09Osilasi Ada Tdk. ada

2PutaranReferensiturun 50 %

Overshoot (%) 24 6,2Rise time (detik) 0,05 0,017Settling time (detik) 0,55 0,4Peak time (detik) 0,73 0,65Osilasi Ada Tdk. Ada

3Bebanturun 50%

Overshoot (%) 52 1,4Rise time (detik) 0,0275 0,015Settling time (detik) 0,0475 0,035Peak time (detik) 1,065 1,025Osilasi Ada Tdk. Ada

KESIMPULANDari hasil diatas dapat disimpulkan bahwa:1. Overshoot rendah 1,9 – 6,2%, rise-time

sebebsar 0,017 – 0,225 detik, dan settling-time sebesar 0,4 – 0,4725 detik untuk SMC.

2. dengan menggunakan SMC osilasi dapatdielminasi

3. Fluk dan torka elektromagnetik mengalamichattering pada kondisi steady-state.

DAFTAR PUSTAKABimal K. Bose,” Modern Power Electronics and

AC drives”, Prentice Hall PTR, 2002.D. Casadei, G. Serra, A. Tani, and L.Zarri,

“Assessment of direct torque control forinduction motor drives”, Buletin of thePolish academy of science tech.sciences, vol. 54, No.3,2006.

D. Casadei, Giovanni Serra,” FOC and DTC: twovariable scheme for induction motorstorque control”, Trans. On PowerElectronics, Vol. 17, No. 5, September2002.

I. Takahashi, T. Noguchi,” A new quick-responseand high-efficiency control strategy ofan induction motor”, IEEE, Trans. Ind.Appl., IA-22(5): 820-827, 1996.

Ned mohan,” Advance electric drives analysis,control and modeling using simulink”,MNPERE, Minneapolis, 2001.

Ned Mohan,” Electric drives an integratedapproach”, MNPERE, Minneapolis,2003.

O. Barambones, A. J. Garrido, F.J. Maseda. “Arobust field oriented control of inductionmotor with flux observer and speedadaptation”. Proc. IEEE-ATFA, 2003.

Petar R. Matic, Branko D. Blanus, Slobodan NVukosavic,”A novel direct torque controland flux control algorithm for theinduction motor”,IEEE, 2003.

T. Brahmananda Reddy, D. Subbara yudu, J.Amarnath,” Robust sliding mode speedcontroller for hybrid SVPWM basedirect torque control of induction motor”,World Jurnal of Modelling andSimulation, ISSN 1 746-7233, England,vol 3, 2007.

Wilfrid Perruquetti, Jean Pierre Barbot,” Slidingmode control in Engineering”, Marceland Dekker, Inc. NewYork-Basel, 2002.



PEMODELAN KURVA KARAKTERISTIK INVERSEOVER CURRENT RELAY OLEH USER MENGGUNAKAN

ADAPTIVE NEURO FUZZY INFERENCE SYSTEM

Ainur Rofiq NansurDosen Politeknik Elektronika Negeri Surabaya-ITS

Email:[email protected]

AbstrakPerkembangan yang pesat pada sistem tenaga listrik baik dalam ukuran dan

kompleksitasnya membutuhkan rele proteksi yang handal untuk memproteksiperalatan-peralatan listrik akibat gangguan. Over Current Relay (OCR) bekerja denganmembaca input berupa besaran arus kemudian membandingankan dengan nilai setting,apabila nilai arus yang terbaca oleh rele melebihi nilai setting, maka rele akan mengirimperintah trip (lepas) kepada Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB) setelahtunda waktu yang diterapkan pada setting. OCR dengan karakteristik inverse sangatbermanfaat untuk mengamankan overload / beban lebih, karena bekerja dengan waktutunda yang tergantung dari besarnya arus secara terbalik (inverse time), makin besararus makin kecil waktu tundanya. Berdasarkan standar IEC ada 4 jenis inverse, yaitu: standard inverse (SI), very inverse (VI), extreme inverse (EI), long time inverse(LTI), yang dapat dipilih sesuai dengan beban yang ingin diamankan dari gangguan.Kombinasi antara neural network kedalam sistem logika fuzzy memungkinkan untukmelakukan pembelajaran dari sekumpulan data input – output sebelumnya yang telahdidapatkan. Oleh karena itu, sebuah pendekatan berdasarkan logika fuzzy dan neuralnetwork dinamakan Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS) digunakan untukmengembangkan pemodelan OCR pada proyek akhir ini, untuk mendapatkan kurvakarakteristik inverse OCR sesuai dengan yang dibutuhkan.

Kata kunci :Over Current Relay, karakteristik inverse, ANFIS, Circuit Breaker

PENDAHULUANSalah satu metode dalam memodelkan

OCR menggunakan komputer digital adalahpenyimpanan data langsung (direct datastorage). Namun metode tersebut masihterdapat kekurangan, yaitu untuk penyimpanandan penggunaan data dalam jumlah besar padamemori komputer untuk setting yang berbeda -beda. Selain itu jika titik operasi tidak cocokdengan nilai setting yang telah disimpan, makauntuk mendapatkan titik tengah, interpolasi /penambahan diperlukan untuk mendapatkanakurasi yang baik. Oleh karena itu untukmengatasi kelemahan dari pendekatan yangkonvensional ini, sebuah pendekatan yang lebihbaik dibuat.

Kombinasi antara neural network kedalamsistem logika fuzzy memungkinkan untukmelakukan pembelajaran dari sekumpulan datainput – output sebelumnya yang telahdidapatkan. Oleh karena itu, sebuah pendekatanberdasarkan logika fuzzy dan neural networkdinamakan Adaptive Neuro Fuzzy InferenceSystem (ANFIS) digunakan untukmengembangkan pemodelan OCR pada proyekakhir ini, untuk mendapatkan kurva karakteristikinverse OCR sesuai dengan yang dibutuhkan.

Over Current Relay (OCR) atau relaypengaman arus lebih adalah relay yang bekerjaterhadap arus lebih, ia akan bekerja bila arusyang mengalir melebihi nilai settingnya ( I set).Prinsip kerjanya adalah pada dasarnya relay arus


lebih adalah suatu alat yang mendeteksi besaranarus yang melalui suatu jaringan denganbantuan trafo arus. apabila nilai arus yangterbaca oleh rele melebihi nilai setting, maka releakan mengirim perintah trip (lepas) kepadaPemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker(CB) setelah tunda waktu yang diterapkan padasetting. Harga atau besaran yang bolehmelewatinya disebut dengan setting.

OCR digunakanuntuk mengamankanperalatan terhadap gangguan hubung singkatantar fase, hubung singkat satu fase ketanahdan dapat digunakan sebagai pengaman bebanlebih. Dan juga sebagai pengaman utama padajaringan distribusi dan sub-transmisi sistemradial, sebagai pengaman cadangan generator,transformator daya dan saluran transmisi.

Lama waktu antara terjadinya gangguandan saat bekerjanya konta-kontak, berbandingterbalik dengan besarnya arus.

Relay akan bekerja dengan waktu tundayang tergantung dari besarnya arus secaraterbalik (inverse time), makin besar arus makinkecil waktu tundanya. Karakteristik inibermacam-macam. Setiap pabrik dapatmembuat karakteristik yang berbeda-beda,karakteristik waktunya dibedakan dalam tigakelompok : standar invers, very inverse,extreemely inverse, long time inverse\

Over Current Relay (OCR) dengankarakteristik inverse sangat bermanfaat untukmengamankan overload / beban lebih. OCRdengan karakteristik inverse akan bekerjadengan waktu tunda yang tergantung daribesarnya arus secara terbalik (inverse time),makin besar arus makin kecil waktu tundanya.Berdasarkan standar IEC ada 4 karakteristikinverse terdapat tiga jenis, yaitu :1. Karakteristik standard inverse (SI)2. karakteristik very inverse (VI)3. karakeristik extreme inverse (EI)4. karakteristik long time inverse (LTI)

Adaptive Neuro Fuzzy Inference System(ANFIS) merupakan kombinasi Artificial NeuralNetwork dan Fuzzy Inference System, yangmenggunakan model inferensi Sugeno. Untukmemudahkan dalam menjelaskan arsitekturANFIS, di sini diasumsikan fuzzy inference

system hanya mempunyai dua input, x dan y.Serta satu output yang dilambangkan z. Padamodel sugeno orde satu, himpunan aturanmenggunakan kombinasi linier dari input – inputyang ada dapat diekspresikan sebagai:

IF x is A1AND y is B

1THEN f

1= p

1x+q

1y+r

1

IF x is A2AND y is B

2THEN f

2= p

2x+q

2y+r

1

Mekanime penalaran pada model ini adalah :

Selanjutnya arsitektur ANFIS untk kasus dua in-put, x dan y, serta satu output yang dilambangkanz diilustrasikan oleh gambar dibawah ini :

Gambar 1 Arsitektur ANFIS

Arsitektur ANFIS terdiri dari lima layer(lapisan) yang masing – masing layer memilikifungsi – fungsi yang dapat dijelaskan sebagaiberikut :Kita bisa menggunakan algoritma FCM (FuzzyC-Means Clustering) untuk mencari nilai awaldari parameter membership function.Layer 1 : Berfungsi sebagai prosesfuzzyfication. Output dari node i pada layer 1dinotasikan sebagai O

li. Setiap node pada layer

i bersifat adaptif dengan output :O

l,1=µ

Ai, i=1,2

Ol,1

=µBi, i=3,4

Dimana x dan y adalah nilai – nilai inputuntuk node tersebut dan Ai atau Bi adalahhimpunan fuzzy. Jadi, masing – masing nodepada layer 1 berfungsi membangkitkan derajatkeanggotaan (bagian premise).Layer 2 : Dinotasikan ð. Setiap node pada layerini berfungsi untuk menghitung kekuatan aktivasi


(firing strength) pada setiap rule sebagai productdari semua input yang masuk.w1= µ

A1(x) AND µ

B1(y)

w2= µA2

(x) AND µB2

(y)Layer 3 : Dilambangkan dengan N. Setiap nodepada lapisan ini bersifat non- adaptif yangberfungsi hanya untuk menghitung rasio antarafiring strength pada rule ke-i terhadap total firingstrength dari semua rule :

Layer 4 : Setiap node pada lapisan ini bersifatadaptif sebagai fungsi :

O4,i

= wi’.f

i=w

i’(p

i.x+q

i.y+r

i)

Dimana wi’ adalah output dari layer 3 dan

(pix+q

iy+r

i) adalah himpunan parameter pada

fuzzy model sugeno orde satu.Layer 5 : Satu node tunggal yang dilambangkan

pada layer ini berfungsi mengagregasikanseluruh output dari layer 4 (yang didefinisikansebagai penjumlahan dari semua sinyal yangmasuk) :

∑

Dengan demikian, kelima layer tersebutakan membangun suatu adaptive network yangsecara fungsional ekivalen dengan fuzzy modelsugeno orde satu.

Pada arsitektur ANFIS, node yang bersifatadapatif terdapat pada layer 1 dan 4. Node padalayer 1 mengandung parameter premis yangnonlinier sedangkan pada layer 4 mengandungparameter konsekuen yang linier. Untukmemperbarui parameter – parameter tersebut(dengan kata lain proses belajar dari jaringansaraf), kita memerlukan proses learning atautraining.ANFIS menggunakan hybrid supervisedmethod yang berbasis pada dua metode, yaituleast – squares dan gradient descent.

Pada arah maju (forward), parameterpremis dibuat tetap. Dengan menggunakanmetode Least Square Estimator (LSE),

parameter konsekuen diperbaiki berdasarkanpasangan data pada training set. Metode LSEdapat diterapkan karena parameter konsekuenyang diperbaiki bersifat linier. Setelah parameterkonsekuen diperoleh, data masukan dilewatkanjaringan adaptif kembali dan hasil keluaranjaringan adaptif ini dibandingkan dengan keluaranyang diharapkan (target).

Pada arah mundur (backward), parameterkonsekuen dibuat tetap. Kesalahan (error) antarkeluaran jaringan adaptif dan targetdipropagasikan balik menggunakan gradientdescent untuk memperbarui parameter premis.Satu tahap pembelajaran maju – mundur inidinamakan satu epoch.

METODOLOGI PENELITIAN

Konfigurasi SistemSistem yang akan dibuat terdiri dari

mikrokontroller, sensor arus sebagai masukananalog to digital converter, dan rangkaian drivermagnetik kontactor untuk menghubungkan ataumemutuskan supplay ke beban.

Gambar 2 konfigurasi system

Pada sisi software, dirancang programpada mikrokontroller yang dapat disetting dandimonitor dari local maupun remote (yang dapatdikomunikasikan ke komputer).

Perancangan dan Pembuatan AlatMikrokontroller

Mikrokontroller yang digunakan adalahAtmega 128. Pada gambar 3 menunjukkanminimum system yang dibuat dengankonfigurasi port yang digunakan.


Gambar 3 Minimum system ATMEGA 128

Gambar 4 Gambar Hardware Minimum SystemATMEGA 128 yang telah dibuat

Perancangan Software Program pembacaanarus dan perhitungan waktu pemutusan CB

Arus beban dibaca melalui sensor arus,dan diolah di mikrokontroler, bila arus bebanmelebihi arus setting, maka akan diputuskansesuai dengan waktu pemutusannya. Padagambar 5 menunjukkan flowchart dari

pembacaan arus beban, dan kalibrasi sensorarus beserta perhitungan waktu pemutusan CB.Kita bisa memilih kurva karakteristik sesuaidengan kebutuhan. Karena dengan karakteristikberbeda, akan memberikan bentuk kurva yangberbeda pula. Waktu pemutusan CB dengankarakteristik inverse, didapat dari rumus sbb :Karakteristik normal inverse

1)_/_(

*14.0__

02.0

setILoadI

tdsCBpemutusant

Karakteristik very inverse

1)_/_(

*5.13__

1

setILoadI

tdsCBpemutusant

Karakteristik Extremely Inverse

1)_/_(

*80__

2

setILoadI

tdsCBpemutusant


Karakteristik Long Time Inverse

1)_/_(

*120__

1

setILoadI

tdsCBpemutusant

Pada gambar 6 menunjukkan flowchartpemilihan karakteristik, setting nilai time dialsetting dan arus setting.

I Load > Iset ?

N

START

END

Pembacaan ADC

Inisialisasi nilai :Iset

vout1vout2

imeter1imeter2

Var1Var2

1)_/_(

*1var__

2var

setILoadI

tdsCBpemutusant

1024

14.5*)0(_ adcreadVout

imeter1vout1)-(vout2

imeter1)-(imeter2*vout1)-(voutI_Load

Timer berjalan

Pemutusan CB dilakukan

Gambar 5. Flowchart arus dan perhitungan waktupemutusan CB

START

Normal Inverse ?

Long Time Inverse ?

Very Inverse ?

Extremely Inverse ?

Var1=0.14Var2=0.02

Var1=0.14Var2=0.02

Var1=0.14Var2=0.02

Var1=0.14Var2=0.02

Y

Y

Y

Y

N

N

N

Masukkan nilai :arus setting (I set)

KarakteristikTime dial setting (tds)

I Load > Iset ?

Baca arus beban (I Load)

YN

KarakteristikStandard IEC?

Membuat karakteristik inverse(data training) pada komputer :

Menginputkan data IL/IS dan Tcb pada tabelatau

Menggambarkan karakteristik inverse

Pemodelan kurva karakteristik ANFISProses learning dari data training

Transfer parameter data training darikomputer ke mikrokontroller

Y N

1)_/_(

*1var__

2var

setILoadI

tdsCBpemutusant

END

Timer berjalan


Proses running ANFIS

KarakteristikStandard IEC?

YN

Pilih mode karakteristik inverseStandard IEC atau ANFIS

Gambar 6 flowchart pemilihan karakteristik, settingnilai time dial setting dan arus setting.

Program perhitungan nilai waktupemutusan CB dengan arus yang berubah –ubah. Program penyesuaian timer yang sedangberjalan dengan nilai waktu pemutusan CB yangberubah – ubah karena arus yang berubah –ubah. Pada gambar 7 menunjukkan flowchartperhitungan timer yang dapat menyesuaikandengan arus yang berubah – ubah.

START

Baca arus beban (I Load)

I Load > IsetDan

I Load != I Lebih?

Hitung t_pemutusan_CB

t_pemutusan_CB = t_pemutusan_CB - timer yang sudah jalan

timer yang sudah jalan >t_pemutusan_CB ?


END

Timer berjalan

Timer sudah mencapait_pemutusan_CB ?

I Lebih = I Load

Y

Y

Y

N

N

N

Gambar 7 Flowchart penyesuaian timer yang sedangberjalan terhadap waktu pemutusan CB



Pengujian Sensor ArusPengujian sensor arus, digunakan untuk

mengetahui sensivitas sensor arus dalammensensing arus beban, dan mengetahuitegangan keluaran (Vout) dari sensor arus yangakan menjadi masukkan Analog to DigitalConverter (ADC) pada mikrokontroller. Padasaat pengujian sensor arus, arus yang melaluirangkaian adalah antara 0A sampai dengan 8A.hal ini masih dibawah nilai maksimal arus darisensor arus yang digunakan. Karena sensorarus yang digunakan adalah ACS712ELCTR-20A-T yang maksimal nilai arus yang bisadisensing adalah 20A dan sensivitasnya adalah100mV/A. pada gambar 4.1 menunjukkanrangkaian pengujian sensor arus.

Tabel 1. Pengujian Sensor Arus

No.IL(A)

Vout SensorArus (ACS) (V)

1 0 2.222 0.5 2.423 1 2.564 2 2.655 3 2.76 4 2.757 5 2.88 5.4 2.859 5.8 2.910 6 2.9311 6.4 3.0212 7 3.0613 7.4 3.1114 7.8 3.1615 8 3.21

Karakteristik Normal Inverse dengan tds 1Pada pengujian ini, karakteristik yang ingin

dibentuk adalah normal inverse dengan tds =1dan arus setting = 1A.

Karakteristik normal inverse memilikirumus sebagai berikut :

1)_/_(

1*14.0__

02.0

setILoadICBpemutusant

Gambar 8. Setting kurva karakteristik normalinverse, dengan tds =1

Gambar 9. Bentuk kurva karakteristik normalinverse, dengan tds =1 pada LCD graph

Gambar 10. Bentuk kurva karakteristik normalinverse, dengan tds =1 pada visualbasic (computer)


Gambar 11. Tampilan Data Kejadian

Pada gambar 11 merupakan tampilan datakejadian yang disimpan di database danditampilkan pada visual basic setelah system

dirunning.

KESIMPULANDengan menggunakan relay digital, kita

bisa mendapatkan fleksibilitas dan kehandalanyang lebih baik.

Karakteristik inverse pada reley digital bisadipilih sesuai kebutuhan, dan dapat dikontrol ataudimonitor dari local maupun remote.

Penggunaan mikrokontroller dengan LCDgrafik membantu kita lebih mudah memonitoringbentuk inverse dari karakteristik yang dipilih.

DAFTAR PUSTAKA

Darwito, Sistem Distribusi Gardu distribusi,(http:/darwi to.wordpress.com/s is tem-distrbusi/gardu-distribusi/, diakses 3 Juli2009).

Gonen, Turan. 1986, Electric Power DistributionSystem Engineering, United States OfAmerica : McGraw – Hill.

Pabla As dan Ir. Abdul Hadi. 1994, SistemDistribusi Daya Listrik, Jakarta :Erlangga



METODE PENILAIAN TRANSAKSI (ASSESMENT)UNTUK PENGALOKASIAN PELAYANAN TRANSMISI

SuratnoDosen Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Samarinda

Jalan Dr.Ciptomangunkusumo Kampus Gunung Lipan SamarindaEmail : suratno_1963 @ yahoo.com

AbstrakPaper ini menyajikan suatu metoda penilaian aliran daya untuk transaksi padasuatu area atau pemakai dengan berbasis pada aliran daya . Metoda inimenentukan untuk masing -masing transaksi yaitu untuk aliran dari aliran dayareaktif dan daya aktif. Daya reaktif generator akan mendukung masing-masing area/pelayanan , dan kerugian daya aktif akan mendukung dari masing - masing area/pelayanan. Metoda yang diusulkan diuji secara luas pada suatu sistem yang nyata.Hasil menunjukkan bahwa metoda ini sangat akurat dalam mengalokasikanpelayanan transmisi pada suatu basis transaksi.

Kata kunci : Aliran Daya, Daya Aktif, Daya Reaktif

PENDAHULUANPentingnya pelayanan transmisi ditandai

oleh dua badan yang mengatur , terutama olehFERC (1) dan juga oleh NERC (2). FERC,dalam transmisinya mengatur pembukaanakses yang mensyaratkan bahwa pelayanantransmisi dibeli dari penyedia transmisi danharganya tidak melihat adanya perbedaanperlakuan harga. NERC merekomendasikansemacam pelayanan transmisi dan mempunyaikelompok kerja untuk perhitungannya.

Prosedur untuk pelayanan transmisididasarkan pada suatu asumsi bahwa suatualokasi yang tepat dari pelayanan inimenghendaki prosedur analisa yang rumit.Contoh untuk suatu alokasi yang biasa diterimaadalah :1. Lengkap dengan harga untuk pelayanan

transmisi yang tersedia.2. Alokasi wajar, contoh : alokasinya didasarkan

pada penggunaan nyata/jelas detailnya.Salah satu kontribusinya adalah : metoda

untuk pelayaanan akurat dari pengaruh suatutransaksi andaikata dibelakang hari ada

deregulasi atau ada multi transaksi yangberkaitan dengan lingkungan. Metoda inimenentukan untuk tiap-tiap transaksi sebagaiberikut :(i) “Flowpath” dari transaksi (kondisi kedua-

duanya nyata, “daya reaktif”mengubahtransaksi yang menyebabkannya dalamsuatu sistem.

(ii) Generator dengan daya reaktif akanmensuport untuk tiap daerah pemakaian.

(iii) Rugi daya aktif akan disuport dari setiapsisi daerah pelayanan.Salah satu data teknis yang paling penting

yang diperlukan adalah daya nyata yangditransfer yang akan mengalir pada suatuinterkoneksi, karena itu akan menentukandaerah-daerah yang berhubungan dalampenyediaan pelayanan transmisi untukbertransaksi. Dengan demikian penentuanbagian aliran daya untuk tiap-tiap transaksi dalammunculnya multi transaksi lingkungan harusakurat dan effesien. Baru - baru ini metoda -metoda ini telah dipergunakan untuk menentukan


kepemilikan transaksi listrik yang membentangdisuatu wilayah .

Metoda penilaian Transaksi (Assesment)Pendekatannya berdasarkan pada

penampakan aliran daya bolak - balik untukmenentukan pengaruh suatu transaksi dalamsuatu sistem. Tujuannya adalah untukmenentukan transaksi dari bagian aliran dandengan demikian untuk mengidentifikasi daerahpemakaian yang menyediakan pelayanantransmisi, dan kemudian menentukan berapabanyak daya reaktif disuport dari generator danrugi daya aktif yang dapat dialokasikan dalamtransaksi jika hanya ada satu transaksi dalamsystem. Penentuan dampak dari transaksi padakeluaran daya reaktif sangat mudah ditentukanapabila tidak terjadi transaksi.Untuk mengukurkeluaran daya reaktif dari generator adalah :

giQQQ iii .....,10 ….(1)

Untuk mengecek akurasi dari skemaalokasi perhatikan bahwa jumlah keluaran dayareaktif yang dialokasikan terhadap generatoradalah sebagai berikut :

t

tii QQ , ……………….(2)

Dipihak lain, jumlah dukungan / pasokanyang tertera dari sistem generator untuk seluruhtransaksi dapat dengan mudah dihitung denganpenampilan aliran daya bolak balik yang laintermasuk seluruh transaksi.

Perbedaan keluaran daya reaktif digenerator antara (Q

i) yang dioperasikan saat

itu dan data dasar akan merupakan jumlahkontribusi nyata generator.

giQQQ iii .....,10 ….(3)

dengan demikian perbedaan antara data yangada dengan alokasi dukungan / pasokangenerator adalah

iii QQQ ……………..(4)

Dengan demikian persamaan diatas akanmenunjukkan jumlah yang mendekati yangterpakai dalam penggunaan komponen utamasebagai pasokan yang dialokasikan . padatransaksi kita menyebutnya “perhitungan yangkurang pas”. Ini merefleksikan tingkatan nonlinier (tunggal) dari problem alokasi danseharusnya menjadi sekecil-kecilnya untukakurasi pengalokasian.

Pendekatan alokasi aggregatSupport daya reaktif (tenaga pemasok)

untuk transaksi akan bervariasi tergantungbagaimana transaksi ditambahkan pada suatusistem untuk suatu transaksi, karena kitamemerintahkan transaksi dalam perhitunganpelayanan transmisi, suatu alokasi alternatifakan berharga antara marginal dan nilaiincremental yang ditunjukan pada gambardibawah ini :

TtiQ ,

ttiQ ,

)(, MVARQ ti

1 T

Transaction

order

Gambar 1. Ilustrasi transaksi daya reaktif padagenerator

Dari gambar diatasttiQ , adalah

dukungan daya reaktif pada transaksi t hanyapada satu sistem. ( sebagai contoh alokasi

marginal). DanT

tiQ , adalah dukungan daya

reaktif pada transaksi yang lalu dan tambahantransaksi lain pada sistem. (sebagai contohkomponen incremental).

Gambar diatas mengilustrasikan adanyatransaksi daya reaktif yang diijinkan padagenerator saat pertama transaksi dan padatransaksi lainnya. Selama transaksi yangdilakukan tidak keluar dari transaksi yangdijinkan untuk pelayanan transmisi yaitumenggunakan nilai antara marginal dan


increment seperti yang diilustrasikan padagambar diatas, maka nilai tersebut dapat dihitungsebagai berikut :

T

tti

Ttititii QQQQJMin

1

2

,,

21,,

itit

QQts ,. ……….(5)

Suatu kasus yang khusus untuk “pengalokasian sumber daya yang adil” adalahmasalah pendistribusian jumlah sumber dayayang ditentukan ke yang ditentukan dalam satuanaktivitas dapat dilakukan sedemikian rupasehingga perbedaan laba antar aktivitas dapatdiperkecil.

Masalah pengalokasian ini dapatdipecahkan dengan menggunakan metodalagrange; dari kondisi-kondisi optimal, nilai yangdialokasikan dari daya reaktif untuk transaksi tdari generator i menjadi :

4/2

1ˆ,

1,, i

Ttititi TQQQ ……….(6)

Dimana i , adalah lagran pengali dari hubungan

persamaan (5) . Pengalokasian ini tepat dalam

arti penjumlahan pada pengalokasian tiQ ,ˆ ,

yang akan memberikan perubahan yang nyata

pada iQ .

Sebagai catatan istilah pertama daripemecahan menjadi rata-rata komponenmarginal dan incremental dapat disebut sebagai

“komponen aggregat” tiQ , , istilah yang kedua

4/iT akan dikenal sebagai “ komponen

minor”,untuk menghitung alokasi aggregat dapatdilakukan dengan :

Ttititi QQQ ,

1,,

2

1 ……….(7)

Kita mendapatkan dua simulasi aliran dayapada setiap transaksi. Pertama simulasi alirandaya yang berisi transaksi t yang dihitung

dengan mayor komponen1,tiQ =. Simulasi

aliran daya kedua berisi semua transaksi yangdihitung dengan komponen increment .

Dimana adalah daya reaktif baru yangdiinjeksikan pada persamaan ini. Sehingga dayareaktif increment yang mendukung untuktransaksi t adalah :

Prosedur diatas dapat diulangi untuktransaksi daya reaktif yang men-dukung padasetiap pengalokasian transaksi.

Perhitungan untuk komponen minor , yangpertama adalah menjumlahkan alokasi aggregatdaya reaktif dari generator yaitu :

Pendekatan antara quantity dan dayareaktif nyata generator pendukung diberikandengan persamaan :

METODOLOGI PENELITIANProsedure umum yang dapat digunakan

untuk mengalokasikan kerugian daya realdengan berbasis aliran daya pada suatutransaksi dapat diuraikan sebagai berikut :Step 1 :Membuat dua simulasi aliran daya, yangpertama pada kasus dasar tanpa transaksi danyang kedua simulasi untuk semua transaksi.Menentukan MW / Mvar line flow , daya reaktifkeluaran dari generator dan rugi daya aktif untukmasing-masing kasus.Step 2 :Untuk masing-masing transaksit = 1, …..T* membuat dua simulasi aliran daya untuk

kedua kasus tersebut yaitu :Kasus 1: hanya transaksi t dimasukkankasus 2: semua transaksi t dimasukkan.

* mencari komponen marginal danincrement , keluaran aliran daya reaktifMW / Mvar , kerugian daya real darisimulasi .

* dengan menggunakan persamaan (7)mengalokasikan aliran daya reaktif MW / Mvar

1\,,T

tiiTti QQQ ………………..(8)

i,

tii QQ , ………………... (9)

4/2iiii TQQQ ……(10)


keluaran generator dan kerugian daya realpada masing-masing transaksi t .

Simulasi aliran daya yang dilakukan padaprosedur ini memungkinkan untuk merefleksikankondisi operasi secara nyata.“Data teknis” yang diperoleh dari prosedure diatas yaitu, mengalokasikan keluaran daya reaktifdari generator, kerugian daya real, dan alirandaya MW / var.Untuk masing-masing transaksi-menghasilkan data yang perlu untukmenetapkan harga pelayanan transmisi padasuatu basis transaksi.

Rencana suatu penetapan harga mungkinuntuk masing-masing transaksi akan, diusulkandi dalam (5), dan untuk mengumpulkankomponen pada transaksi dihitung sesuaidengan step 2, dan penyebaran dari keadaantersebut tidak merata pada setiap transaksi olehkarena itu rencana penetapan harga padawilayah yang jauh lebih patut dipertimbangkan.Prosedure diatas memerlukan aliran daya Tuntuk memperoleh komponen utama padatransaksi T dan tambahan simulasi aliran dayaT untuk memperoleh komponen yangdikumpulkan.

Pada pengujian dengan metoda yangdiusulkan, kita mempertimbangkan kedua-duanya yaitu yang utama dan pengumpulankomponen untuk perbandingan.Komponen utama digunakan pada rencanapenetapan harga marginal.


Kasus untuk 3 TransaksiData system transmisi ditunjukkan seperti

gambar dibawah ini.

Gambar 2. Simplifled Diagram of the testsystem

Data untuk 3 transaksi yaitu T1,T2 dan T3ditunjukkan pada table dibawah ini .

Tabel 1. List of transaction for case 1

Dengan menggunakan formula sepertidijelaskan diatas maka diperoleh pengalokasianaliran daya seperti ditunjukkan pada table 2. Hasiltransaksi 1 dan 2 telihat ada perbedaanpemerataan daya aktif dan daya reaktif, yaituterjadi kenaikan daya aktif dari transaksi 1 ketransaksi 2 khususnya pada area 1. Ini terjadikarena area 1 disuplai dari beberapa bus lainnya.

Tabel 2. Alocation of inter-area flows totransaction

Dari hasil tersebut terlihat aliran daya sys-tem seperti ditunjukan pada gambar dibawah ini.

Gambar 3. Flowpath of T1 in case 1


Pengalokasian daya reaktif pada systemtransmisi ditunjukan seperti table dibawah.

Tabel 3.Accuracy of Mvar flowallocation for case 1

Kontribusi daya reaktif yang mensuplaikekurangan dapat dialokasikan dari area 4,8 dan10 seperti ditunjukan pada table 4.

Tabel 4. Allocation of reactive power support

Dengan adanya suplai daya reaktif daribeberapa area tersebut diperoleh perubahandaya reaktif pada area lain seperti ditunjukanpada table 5.

Tabel 5. Accuracy of Mvar support allocation

Tabel 6 dibawah menunjukan perbedaankerugian antara transaksi 1 dan transaksi 2.

Tabel 6. Comparison of loss allocation methods

Pada akhirnya diperoleh pengalokasiankerugian daya reaktif yaitu pada area 1, 4 danarea 8 seperti ditunjukan pada tabel 7.

Tabel 7. Accuracy in loss allocation for case 1

Kasus untuk 12 TransaksiMetoda ini akan akan diuji untuk 12

transaksi, adapun data daya dari area yangakan diuji ditunjukan pada tabel 8.

Tabel 8. Additional transactions in case 2

Gambar 4. Flowpath of T1 in case 2

Pengalokasian daya reaktif untuk 12transaksi ditunjukan pada tabel 9.

Tabel 9.Accuracy of Mvar flow allocation in case 2

Dengan menggunakan persamaan yangtelah dijelaskan diatas maka diperoleh perbedaanpengalokasian daya reaktif seperti ditunjukanpada tabel 10.


Tabel 10. Mvar allocation for T1 dan T2 in case 2

Dengan demikian tiap area mempunyaipengalokasian daya reaktif seperti ditunjukanpada tabel 11.

Tabel 11. Accuracy of Mvar allocation in case 2

Pada akhirnya dapat diperolehpengalokasian kerugian dari 12 transaksi untuktiap area seperti ditunjukan pada tabel 12.

Tabel 12. Accuracy of loss allocation in case 2

KESIMPULAN

Metoda transaksi untuk mengalokasikanpelayanan transmisi ke transaksi individu yangdisajikan disini menggunakan aliran daya arusbolak-balik. Metoda ini menentukan lintasan alirtransaksi (daya reaktif dan real), yangdialokasikan untuk mendukung daya reaktif dankerugian daya real bagi masing-masing transaksipada suatu transaksi gabungan.

Metoda penilaian diuji pada suatu sistemyang real. hasil menunjukkan bahwa metodapengumpulan yang diusulkan menyediakanpenilaian yang akurat pada transaksi dalam

suatu sistem, sedangkan pendekatan marginalyang menggunakan komponen utama jugadilaksanakan. Metoda Yang diusulkanmengalokasikan aliran MVA ke transaksi denganteliti. Oleh karena itu, metoda dapat jugadigunakan untuk menentukan kapasitastransmisi.

DAFTAR PUSTAKA

“A Transaction Assessment Method forAllocation of Transmission Service”IEEE Transactions on Power systems,Vol. 14, No.3, august 1999.

M.E. Van Valkenburg. 1988, Analisa JaringanListrik. Jakarta Erlangga



PEMBUATAN BIODIESEL DARI BIJI KARETDENGAN PROSES TRANSESTERIFIKASI

Irmawati SyahrirDosen Jurusan Teknik Kimia Polnes

AbstrakPembuatan biodiesel dari minyak nabati adalah salah satu alternatif yang paling

memungkinkan. Namun yang menjadi permasalahan adalah ketika minyak nabatiyang digunakan terbuat dari minyak nabati pangan. Sehingga perlu dicari sumberminyak nabati non pangan yang dapat digunakan sebagai bahan baku. Dan untukmengetahui sumber-sumber bahan baku yang dapat digunakan, maka dilakukanpenelitian tentang pemanfaatan biji karet sebagai bahan baku dalam pembuatanbiodiesel. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah esterifikasi dantransesterifikasi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu reaksimaksimum pada perolehan produk biodiesel dan mengetahui pengaruh konsentrasikatalis KOH pada perolehan produk biodiesel. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwawaktu reaksi maksimum yang diperoleh pada 90 menit, dengan yield 84,244%, dengankatalis dibawah 1 %, hal ini telah sesuai dengan standar baku mutu biodiesel menurutstandar SNI-04-7182-2006.

Kata kunci : Biji karet, biodiesel, esterifikasi, katalis, transesterifikasi,

PENDAHULUANKebutuhan energi dunia makin meningkat,

selama ini dipenuhi dari minyak bumi dan bahanbakar fosil lainnya yang merupakan sumberenergi tidak terbarukan. Pencarian sumberenergi alternatif, khususnya dari sumber dayaalam terbarukan merupakan hal yang perluselalu dikembangkan. Pembuatan biodiesel dariminyak nabati adalah salah satu alternatif yangpaling memungkinkan. Namun yang menjadipermasalahan adalah ketika minyak nabatiyang digunakan terbuat dari minyak nabatipangan. Sehingga perlu dicari sumber minyaknabati non pangan yang dapat digunakansebagai bahan baku pembuatan biodiesel. Dandapat menjadi salah satu alternatif yangmemungkinkan untuk mengatasi masalah globalberkurangnya cadangan minyak bumi, jugamencegah penggunaan komoditas panganmenjadi bahan baku energi yang dapat memicuterjadinya krisis pangan serta mengurangikerusakan lingkungan akibat penggunaan bahan

bakar fosil. Begitu pula kenaikan penggunaanBBM di Indonesia mendorong upayapenghematan maupun penelit ian untukmendapatkan bahan bakar baru penggantiminyak bumi. Oleh karena itu, diperlukan bahanbakar alternatif untuk mengatasi hal tersebut.Minyak nabati seperti minyak kedelai, minyakkelapa sawit dan minyak zaitun dapat kitamanfaatkan sebagai bahan bakar baru penggantiminyak bumi terutama bahan bakar mesin diesel(biodiesel). Biodiesel dari minyak nabatimempunyai kelebihan seperti ramah lingkungan,dapat diperbarui dan menghasilkan emisi gasbuang yang relatif lebih bersih. Pemerintahsudah mulai menjalankan usaha ini sepertipengembangan biodiesel, bioethanol, bio-oil, bio-gas, bahan bakar dari gas alam. Untuk programbiodiesel, Pemerintah Indonesia telahmengembangkan proses konversi minyak nabatiseperti minyak jarak, CPO menjadi biodiesel(Prihandana, 2006).


Dan untuk mengetahui sumber-sumberbahan baku yang dapat digunakan, makadilakukan penelitian tentang pemanfaatan bijikaret sebagai bahan baku dalam pembuatanbiodiesel.Penelitian ini bertujuan untuk :1. Mengetahui pengaruh waktu reaksi

maksimum pada perolehan produk biodiesel.2. Mengetahui pengaruh konsentrasi katalis

KOH pada perolehan produk biodieselKomposisi yang terdapat dalam minyak

nabati terdiri dari trigliserida-trigliserida asamlemak (mempunyai kandungan terbanyak dalamminyak nabati, mencapai sekitar 95%-b), asamlemak bebas (Free Fatty Acid atau biasadisingkat dengan FFA), mono- dan digliserida,serta beberapa komponen-komponen lainseperti phosphoglycerides, vitamin, mineral,atau sulfur.

Bahan-bahan mentah pembuatanbiodiesel adalah (Mittelbach, 2004):a. Trigliserida-trigliserida, yaitu komponen

utama aneka lemak dan minyak-lemak.b. Asam-asam lemak, yaitu produk samping

industri pemulusan (refining) lemak danminyak-lemak.

Tabel 1. Komposisi Asam Lemak Minyak BijiKaret

Asam Lemak Komposisi %

Asam lemak jenuh

C16 Asam Palmitat 10,2

C18 Asam Stearat 8,7

Asam Lemak Tak Jenuh

C18 Asam Oleat 24,6

C18 Asam Linoleat 39,6

C18 Asam Linolenat 16,9

Minyak biji karet berasal dari biji tanamankaret yang merupakan tanaman berumah satu(monoecus). Pada satu tangkai bunga yangberbentuk bunga majemuk terdapat bunga betinadan bunga jantan. Penyerbukannya dapat terjadidengan penyerbukan sendiri dan penyerbukan

silang pohon karet mulai berbunga pada umurkurang lebih tujuh tahun, dan bahkan untukkeperluan penelit ian telah dicoba untukmerangsang terjadinya pembuangan pada umurkurang lebih lima tahun.

Biji karet sampai saat ini belumdimanfaatkan dengan baik, umumnya masihdibuang di setiap perkebunan. Biji karetberpotensi dijadikan biodiesel melihat luasnyaperkebunan karet dan jumlah biji karet diperkebunan biji karet mencapai 1 kg/m2 sertakandungan minyak yang terdapat pada biji karetyang mencapai 45,63 % .

Dalam proses pembuatan biodiesel daribiji karet ini reaksi yang akan dilakukan adalahesterifikasi karena kandungan asam lemakbebasnya tinggi dan transesterifikasi.

Produk yang diinginkan dari reaksitransesterifikasi adalah ester metil asam-asamlemak. Terdapat beberapa cara agarkesetimbangan lebih ke arah produk, yaitu:a. Menambahkan metanol berlebih ke dalam

reaksi.b. Memisahkan gliserol.c. Menurunkan temperatur reaksi

(transesterif ikasi merupakan reaksieksoterm).

Pada dasarnya, tahapan reaksitransesterifikasi pembuatan biodiesel selalumenginginkan agar didapatkan produk biodieseldengan jumlah yang maksimum. Beberapakondisi reaksi yang mempengaruhi konversiserta perolehan biodiesel melaluitransesterif ikasi adalah sebagai berikut(Freedman, 1984):

a. Pengaruh air dan asam lemak bebasMinyak nabati yang akan ditransesterifikasi

harus memiliki angka asam yang lebih kecil dari1. Banyak peneliti yang menyarankan agarkandungan asam lemak bebas lebih kecil dari0.5% (<0.5%). Selain itu, semua bahan yangakan digunakan harus bebas dari air. Karena airakan bereaksi dengan katalis, sehingga jumlahkatalis menjadi berkurang. Katalis harusterhindar dari kontak dengan udara agar tidakmengalami reaksi dengan uap air dan karbondioksida.

Sumber: Shokib,2009


b. Pengaruh perbandingan molar alkohol denganbahan mentah

Secara stoikiometri, jumlah alkohol yangdibutuhkan untuk reaksi adalah 3 mol untuksetiap 1 mol trigliserida untuk memperoleh 3 molalkil ester dan 1 mol gliserol. Perbandinganalkohol dengan minyak nabati 4,8:1 dapatmenghasilkan konversi 98% (Bradshaw andMeuly, 1944).c. Pengaruh jenis alkohol

Pada rasio 6:1, metanol akan memberikanperolehan ester yang tertinggi dibandingkandengaan menggunakan etanol atau butanol.d. Pengaruh jenis katalis

Alkali katalis (katalis basa) akanmempercepat reaksi transesterifikasi biladibandingkan dengan katalis asam. Katalis basayang paling populer untuk reaksi transesterifikasiadalah natrium hidroksida (NaOH), kaliumhidroksida (KOH), natrium metoksida(NaOCH3), dan kalium metoksida (KOCH3).Katalis sejati bagi reaksi sebenarnya adalah ionmetilat (metoksida.e. Metanolisis Crude dan Refined Minyak Nabati

Tabel 2. Persyaratan kualitas biodiesel menurut SNI-04-7182-2006.

Perolehan metil ester akan lebih tinggi jikamenggunakan minyak nabati refined. Namunapabila produk metil ester akan digunakansebagai bahan bakar mesin diesel, cukupdigunakan bahan baku berupa minyak yang telahdihilangkan getahnya dan disaring.f. Pengaruh temperatur

Semakin tinggi temperatur, konversi yangdiperoleh akan semakin tinggi untuk waktu yanglebih singkat (Mescha Destianna,2007).

Pembuatan biodiesel hanya akan bergunaapabila produk yang dihasilkannya sesuaidengan spesifikasi (syarat mutu) yang telahditetapkan dan berlakudi daerah pemasaranbiodiesel tersebut. Persyaratan mutu biodieseldi Indonesia sudah dibakukan dalam SNI-04-7182-2006, yang telah disahkan dan diterbitkanoleh Badan Standarisasi Nasional (BSN) tanggal22 Februari 2006 (Soerawidjaja,2006). Tabel 2menyajikan persyaratan kualitas biodiesel yangdiinginkan.

Karakteristik biodiesel yang akan diuji padapenelitian ini meliputi densitas, viskositas, titiknyala, kadar air dan bilangan asam.

Parameter dan satuannya Batas nilai Metode uji Metodesetara

Massa jenis pada 40o

C, kg/m3

850 – 890 ASTM D 1298 ISO 3675Viskositas kinematik pada 40

o

C, mm2

/s (cSt) 2,3 – 6,0 ASTM D 445 ISO 3104Angka setana min. 51 ASTM D 613 ISO 5165Titik nyala (mangkok tertutup),

o

C min. 100 ASTM D 93 ISO 2710Titik kabut,

o

C maks. 18 ASTM D 2500 -Korosi bilah tembaga ( 3 jam, 50

o

C) maks. no. 3 ASTM D 130 ISO 2160Residu karbon, %-berat, - dalam contoh asli - dalam 10 % ampas distilasi Maks. 0,05(maks 0,03) ASTM D 4530 ISO 10370Air dan sedimen, %-vol. maks. 0,05 ASTM D 2709 -Temperatur distilasi 90 %,

o

C maks. 360 ASTM D 1160 -Abu tersulfatkan, %-berat maks. 0,02 ASTM D 874 ISO 3987Belerang, ppm-b (mg/kg) maks. 100 ASTM D 5453 prEN ISO20884Fosfor, ppm-b (mg/kg) maks. 10 AOCS Ca 12-55 FBI-A05-03Angka asam, mg-KOH/g maks. 0,8 AOCS Cd 3-63 FBI-A01-03Gliserol bebas, %-berat maks. 0,02 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03Gliserol total, %-berat maks. 0,24 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03Kadar ester alkil, %-berat min. 96,5 dihitung

*)

FBI-A03-03Angka iodium, g-I

2

/(100 g) maks. 115 AOCS Cd 1-25 FBI-A04-03Uji Halphen negatif AOCS Cb 1-25 FBI-A06-03


METODOLOGI PENELITIANPenelitian ini dilaksanakan di laboratorium

Riset Poleteknik Negeri Samarinda danlaboratorium PT. Total E&P Handil II pada bulanMei-Juli tahun 2011.

Variabel Tetap dalam penelitian terdiri dariVolume Minyak (100 gr), Berat Metanol (20 gr),Massa KatalisAsam (H

2SO

4) (2 gr), Suhu Reaksi

(600C), dan Kecepatan pengadukan (328 rpm).Sedangkan Variabel Tidak Tetap adalah : WaktuReaksi (30,60,90,120 menit), dan KonsentrasiKatalis Basa (KOH) (1%; 1,5%; 2%)

Bahan-bahan yang digunakan dalampenelitian ini meliputi minyak nabati. alkohol 96%, katalis asam dan basa, serta aquadest.Sedangkan peralatan yang digunakan terdiri darilabu leher tiga, kondensor, motor pengaduk,batang pengaduk, heater, thermometer, waterbetch, corong pisah, gelas ukur, klem dan statif

Diagram Alir Penelitian

Minyak Biji Karet H2SO4 + Metanol

Esterifikasi

TransesterifikasiKOH + Metanol

Pemisahan

Gliserol Crude Biodiesel

Pencucian Biodiesel

Pengeringan

Biodiesel

Biji Karet

Pemecahan Bijj Karet

Kernel

Cangkang

Pengecilan ukuran

Pengukusan

Pengecilan ukuran

Pengepresan Ampas

Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

HASIL DAN PEMBAHASANMinyak biji karet yang digunakan memiliki

kandungan asam lemak bebas dengan kadar14,987% dan setelah dilakukan esterifikasidengan methanol 20% dan katalis asam sulfatkonsentrasi 2%, diperoleh minyak dengankandungan FFA sebesar 1,578%, sehinggadilanjutkan dengan proses traansesterifikasi.

Proses transesterifikasi dilakukan denganmereaksikan minyak biji karet dengan katalisKOH. Pada proses ini terdapat dua variabel yangdivariasikan yaitu waktu reaksi 30 menit, 60menit, 90 menit, 120 menit dan konsentrasikatalis KOH 1%;1,5%;2

Hasil yang diperoleh dengan variasi waktuterlihat dalam gambar 2 berikut:

Gambar 2. Grafik wakru reaksi vs yield

Dari gambar 2 diatas, terlhat bahwadengan katalis 2 gr KOH terjadi kenaikanperolehan yield dari waktu reaksi 30 menit kewaktu reaksi 60 menit sebesar 2% yield, begitupula dari waktu reaksi 60 menit ke waktu reaksi90 menit terjadi kenaikan sama sekitar 2% yield,Namun terjadi kenaikan yang lebih besar dariwaktu reaksi 90 menit ke waktu reaksi 120 menityaitu 6% yield. hal ini diakibatkan karena waktuyang digunakan untuk melakukan kontak danbereaksi antara reaktan semakin besar .

Grafik dengan katalis 1,5 gr KOH terjadikenaikan perolehan yield dari waktu reaksi 30menit ke waktu reaksi 60 menit sebesar 3% yield,namun terjadi kenaikan yang tidak signifikan dariwaktu reaksi 60 menit ke waktu reaksi 90 menityaitu sekitar 1% yield. Sedangkan pada waktu90 menit ke waktu reaksi 120 menit terjadi


kenaikan 3% yield. Pada katalis 1,5 gr KOH initerjadi kenaikan yang fluktuatif hal ini dipengaruhioleh perlakuan pada proses reaksi seperti padasaat menutup reaktor dengan aluminium foilyang tidak rapat sehingga keluarnya metanol darireaktor sehingga mempengaruhi perolehanyield.

Grafik dengan katalis 2 gr KOH terjadikenaikan perolehan yield dari waktu reaksi 30menit ke waktu reaksi 60 menit sebesar 2%,sedangkan dari waktu reaksi 60 menit ke waktureaksi 90 menit sebesar 3%, namun terjadikenaikan yang tidak signifikan dari waktu reaksi90 menit ke 120 menit yaitu 0,3% yield. Hal inimengindikasikan bahwa konversi dari reaktantelah hampir mencapai konstan.

Dari grafik diatas terlihat bahwa perolehanyield akan meningkat dengan peningkatan waktuhal ini dikarenakan semakin lama waktu reaksimaka semakin lama kesempatan bagi reaktanuntuk berkontak dan bereaksi sehinggaperolehan yield semakin besar. Namunperolehan yield dengan variasi waktu di atastidak memiliki perbedaan yang cukup signifikanpada katalis 1 gr KOH dengan waktu reaksi dari90 menit ke 120 menit yaitu hanya 0,3%, yangakan sangat tidak ekonomis apabila hal itudilakukan sehingga dapat dikatakan bahwawaktu maksimum yang diperoleh adalah padawaktu reaksi 90 menit.

Sedangkan pengaruh variasi katalis danwaktu terhadap yield yang diperoleh ditunjukkanpada gambar 3 berikut ini :

Gambar 3. Grafik katalis vs yield

Pada gambar 3 grafik hubungan antarakonsentrasi katalis KOH dengan perolehan yieldbiodiesel pada variasi waktu reaksi 30 menit, 60menit, 90 menit, 120 menit dengan konsentrasikatalis KOH 1%; 1,5%;2% dapat diketahui bahwaterjadi penurunan perolehan yield biodieselseiring dengan bertambahnya konsentrasikatalis yang diakibatkan oleh adanya reaksisamping yang tidak dikehendaki yaitu reaksipenyabunan, sehingga penambahan katalisdiatas 1% dianggap tidak perlu dilakukan padareaksi ini.

Untuk viskositas bahan baku sebelumdiolah adalah 46,167 cSt dan setelah diolahmenjadi biodiesel viskositasnya 5,3-5,8 cSt.Perubahan ini merupakan indikasi bahwa rantaikarbon yang panjang telah dipecah menjadi lebihpendek. Sehingga berpengaruhh pula terhadappenurunan densitas.

Dari hasil uji yang diperoleh semuaparameter masuk standar mutu biodiesel yaitudengan viskosita 5,101-5,816 cSt denganstandar 2,3-6cSt, densitas 860-870 Kg/m3

dengan standar 860-890 Kg/m3, flash point 152-1840C dengan standar min 1000C, dan angkaasam 0,561-0,701 dengan standar maks 0,8 mg-KOH/g

KESIMPULAN

Dari hasil penelitian yang dilakukan denganmereaksikan minyak biji karet 100 gr dan metanol20 gr pada suhu reaksi 600C serta kecepatanpengadukan 328 rpm dapat disimpulkan bahwa:1. Biodiesel yang dihasilkan dari minyak biji

karet dengan variasi waktu reaksi 30 menit,60 menit, 90 menit, dan 120 menit sertavariasi konsentrasi katalis KOH memenuhistandar baku mutu biodiesel menurutstandar SNI-04-7182-2006.

2. Waktu reaksi maksimum yang diperolehadalah 90 menit, dengan yield 84,244%.

3. Penambahan katalis KOH di atas konsentrasi1% hanya menurunkan yield biodiesel yangdiperoleh.


DAFTAR PUSTAKA

Alamsyah, Andi.”Biodiesel Jarak Pagar”. AgroMedia Pustaka, Jakarta, 2006.

Choo, Yuen May.; Ong, Soon Hock.“Transesterification of Fats and Oils”.UK

Destianna, Mescha. “Intensifikasi ProsesProduksi Biodiesel “.Institut TeknologiBandung & PT. Rekayasa Industri,Bandung, 2007.

Djoehan.”Karet Budidaya dan Pengolahan”.Kanisius, Yogyakarta, 1993.

Hambali, Erliza.”Teknologi Bioenergi’’. AgroMedia, Jakarta, 2007.

Masseo, Elissa.”Penentuan Suhu Optimum danKonsentrasi KOH Optimum padaPembuatan Pembuatan Biodiesel DariCPO”.Teknik Kimia Polnes, Samarinda,2008.

Mittlebach, M.; Remschmidt, Claudia. “BiodieselThe Comprehensive Handbook”.Vienna: Boersedruck Ges.m.bH, 2004

Patent Application GB 2 188 057, 1987Prihandana, Rama.”Menghasilkan Biodiesel

Murah”. Agromedia Pustaka, Depok,2006.

Shokib,Abdul.” Pembuatan Biodiesel dariMinyak Biji Karet Dengan MetodeSupercrit ical Methanol”.InstitutTeknologi Sepuluh Nopember,Surabaya.2009.

Soerawidjaja, Tatang H. “Minyak-lemak danproduk-produk kimia lain dari kelapa”.Handout kuliah Proses Industri Kimia,Program Studi Teknik Kimia, InstitutTeknologi Bandung, 2005.

Sudrajat.”Memproduksi Biodiesel Jarak Pagar”.Penebar Swadaya, Jakarta, 2006.

www.journeytoforever.com, 2011



OKSIDASI PARTIAL SEBAGAI PROSES KARBONISASIPADA PEMBUATAN BIOBRIKET DARI

TEMPURUNG KLUWAK

Siti SahraeniStaf Pengajar Jurusan Teknik Kimia Polnes

AbstrakSemakin menipisnya cadangan bahan bakar energi fosil menyebabkan perlu

adanya pencarian energi alternatif untuk menggantikannya. Biomassa memiliki potensiyang cukup besar di Indonesia untuk diolah menjadi bahan bakar pengganti energifosil dan salah satunya adalah tempurung kluwak. Penelitian dilakukan dalam skalalaboratorium dan menggunakan prinsip oksidasi parsial. Bahan baku berupa tempurungkluwak dikarbonisasi dengan prinsip oksidasi parsial yaitu dengan mengalirkan udarasebagai pengoksidasi. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kondisi optimumwaktu proses dan tekanan udara serta mengetahui karakteristik biobriket dari campurantempurung kluwak dan serbuk gergaji kayu. Tempurung kluwak dikarbonisasi padavariasi waktu proses 40, 50, 60, 70, dan 80 menit, sedangkan tekanan udara divariasikanpada tekanan 4, 5, 6, 7, dan 8 kgf/cm2. Biobriket yang dihasilkan memiliki nilai kaloryang maksimum pada campuran arang tempurung kluwak hasil proses pada waktu80 menit dan tekanan 6 kgf/cm2 yaitu sebesar 5536 kal/gr.

Kata kunci : biobriket, karbonisasi, oksidasi, tempurung kluwak

PENDAHULUANBahan baku pembuatan biobriket biasanya

adalah sisa hasil pertanian yang dimanaketersediaannya hanya pada saat musim panensehingga diperlukan biomassa baru yang dapatmenjaga keterlanjutan tersedianya biomassasebagai bahan baku pembuatan biobriket dansalah satunya adalah tempurung kluwak. Selainsebagai bahan baku pembuatan biobriket,tempurung kluwak juga dapat digunakansebagai karbon aktif.

Serbuk gergaji kayu dengan hasil limbahyang sangat besar saat ini penanganannyamasih belum maksimal karena biasanya hanyadibakar atau dibuang ke sungai yang mana dapatmengganggu lingkungan sehingga perlu suatucara untuk dapat menangani masalah ini.

Peneliti mencoba untuk membuat biobriketdari campuran tempurung kluwak dan serbukgergaji kayu yang mana proses karbonisasidigunakan prinsip oksidasi parsial.

Penelitian yang dilakukan oleh (Bahri,2009) yang menggunakan limbah kayu sebagaibahan baku pembuatan briket. Penambahanpotongan kayu dengan berat jenis yang tinggidapat berpengaruh dalam meningkatkankerapatan, keteguhan tekan, kadar karbon terikatdan nilai kalor serta dapat menurunkan kadarair, kadar zat mudah menguap dan kadar abu.

Penelitian (Wijayanti, 2009) yang membuatbriket dengan menggunakan bahan baku serbukgergaji kayu dan cangkang kelapa sawit.Penambahan cangkang kelapa sawit dalamcampuran biobriket dapat menaikkan nilai kalordari briket.

Dari beberapa uraian di atas perludilakukan penelitian dengan tujuan yang hendakdicapai dalam penelitian ini yaitu menentukankondisi optimum dari waktu proses dan tekananudara gasifikasi dengan menggunakan prinsipoksidasi parsial, serta mengetahui karakteristik


biobriket dari campuran tempurung kluwak danserbuk gergaji kayu.

Kluwak (Pangium edule)Kluwak (Pangium edule) adalah adalah

tumbuhan berbentuk pohon yang tumbuh liaratau setengah liar. Biji kluwak dipakai sebagaibumbu dapur masakan Indonesia yang memberiwarna hitam pada beberapa makanan.Sedangkan untuk tempurung kluwak yangmengandung karbon telah digunakan untukpembuatan karbon aktif.

Tempurung kluwak yang memiliki kadarkarbon cukup tinggi,oleh (Prabawati, 2009)digunakan sebagai karbon aktif. Karbon aktif inidigunakan sebagai absorben untuk menurunkankonsentrasi fenol. Pada dosis karbon aktif sebesar1 gr dan konsentrasi fenol 100 gr/ml, didapatpenyisihan fenol optimum sebesar 97.67 %.

Bijinya, yang memiliki salut biji yang bisadimakan, bila mentah sangat beracun karenamengandung asam sianida dalam konsentrasitinggi. Bila dimakan dalam jumlah tertentumenyebabkan pusing (Anonim, 2011).

Serbuk GergajiTiga macam industri kayu di Indonesia

yang secara dominan mengkonsumsi kayudalam jumlah yang relatif besar, yaitupenggergajian, kayu lapis, dan pulp dan kertas.Yang dapat menimbulkan masalah adalahlimbah penggergajian yang kenyataannya dilapangan masih ada yang menumpuk dansebagian dibuang ke aliran di sungai, ataudibakar secara langsung. Oleh karena itu dapatdimanfaatkan dalam pembuatan biobriket.

Tabel 1. Komponen Kimia Serbuk Gergaji Kayu

Komponen Kimia Kandungan (%)

Hemisellulosa 70,52

Sellulosa 40,99

Lignin 27,88

Pentosan 16,89

Abu 1,38

Air 5,64

Sumber : Ndraha, 2009

Selama ini limbah serbuk kayu banyakmenimbulkan masalah dalam penanganannyayang selama ini dibiarkan membusuk, ditumpukdan dibakar yang kesemuanya berdampaknegatif terhadap lingkungan sehinggapenanggulangannya perlu dipikirkan. Salah satujalan yang dapat ditempuh adalahmemanfaatkannya menjadi produk yang bernilaitambah dengan teknologi aplikatif dan kerakyatansehingga hasilnya mudah disosialisasikankepada masyarakat.

Teknologi KonversiKarbonisasi biomassa atau yang lebih

dikenal dengan pengarangan adalah suatuproses untuk menaikkan nilai kalor biomassadan dihasilkan pembakaran yang bersih dengansedikit asap. Hasil karbonisasi adalah berupaarang yang tersusun atas karbon dan berwarnahitam.

Prinsip proses karbonisasi adalahpembakaran biomassa tanpa adanya kehadiranoksigen. Sehingga yang terlepas hanya bagianvolatile matter, sedangkan karbonnya tetaptinggal di dalamnya. Temperatur karbonisasiakan sangat berpengaruh terhadap arang yangdihasilkan sehingga penentuan temperatur yangtepat akan menentukan kualitas arang.

Sedikit banyaknya arang yang dihasilkanbergantung pada komposisi awal biomassa.Semakin banyak kandungan volatile mattermaka semakin sedikit arang yang dihasilkankarena banyak bagian yang terlepas ke udara.Penentuan komposisi awal biomassa dilakukandengan uji analisis pendekatan (proximateanalysis).

Biomassa dikonversi menjadi energidalam bentuk bahan bakar cair, gas, panas, danlistrik. Teknologi konversi biomassa menjadibahan bakar padat, cair, dan gas, antara lainteknologi pirolisa (bio-oil), esterifikasi (bio-diesel),teknologi fermentasi (bio-etanol), anaerobikdigester (biogas) dan teknologi konversibiomassa menjadi energi panas yang kemudiandapat diubah menjadi energi mekanis dan listrik,antara lain teknologi pembakaran dan gasifikasi.

Teknologi konversi termal biomassameliputi pembakaran langsung, gasifikasi, danpirolisis atau karbonisasi. Masing-masing


metode memiliki karakteristik yang berbedadilihat dari komposisi udara dan produk yangdihasilkan. Proses pembakaran langsung adalahproses yang paling mudah dibandingkan denganlainnya. Biomassa langsung dibakar tanpaproses-proses lainnya. Cara seperti ini sangatmudah dijumpai. Di pedesaan Indonesia, banyakmasyarakat memanfaatkan kayu bakar sebagaibahan bakar karena praktis dan mudahmendapatkannya walaupun secara umumefisiensinya sangat rendah.

Pada dunia industri, model pembakaranlangsung juga banyak digunakan terutama untukproduksi listrik seperti di pabrik kelapa sawit dangula yang memanfaatkan limbahnya sebagaibahan bakar. Biomassa dapat dibakar dalambentuk serbuk, briket, ataupun batangan yangdisesuaikan dengan penggunaan dan kondisibiomassa. Teknologi pembakaran langsungrelatif memiliki efisiensi cukup rendah, yaitu 20-25 %. Walaupun demikian, karena kemudahanteknologinya, banyak yang memanfaatkanteknologi ini.

Teknologi konversi termal biomassagasifikasi, dasarnya adalah usaha penggunaanbahan bakar padat yang lebih dahulu diubahdalam bentuk gas. Pada proses gasifikasi ini,biomassa dibakar dengan udara terbatassehingga gas yang dihasilkan sebagian besarmengandung karbon monoksida. Keuntunganproses gasifikasi ini adalah dapat digunakannyabiomassa yang mempunyai nilai kalor relatifrendah dan kadar air yang cukup tinggi. Efisiensiyang dapat dicapai dengan teknologi gasifikasisekitar 30-40 persen. Beberapa metodegasifikasi telah dikembangkan seperti fixed beddan fluidized bed gasifier.

Teknologi ketiga adalah pirolisis, yaitupembakaran biomassa pada kondisi tanpaoksigen. Tujuannya adalah melepaskan zatterbang (volatile matter) yang terkandung padabiomassa. Secara umum kandungan zatterbang dalam biomassa cukup tinggi. Produkproses pirolisis ini berbentuk cair, gas, danpadat. Produk padat dari proses ini berupa arang(char) yang kemudian disebut karbonisasi.

Beberapa parameter kualitas briket yangakan mempengaruhi pemanfaatannya antara

lain kandungan Air, kandungan abu, kandunganzat terbang (Volatile matter) dan nilai kalor.

METODOLOGI PENELITIANPenelitian ini hanya menganalisa secara

kuantitatif dan kualitatif dari arang yangdihasilkan dan karakteristik briket yang diperolahdengan mencampurkan antara hasil karbonisasitempurung kluwak dengan serbuk gergaji.Karbonisasi tempurung kluwak dilakukan denganprinsip oksidasi partial di dalam alat gasifier yangmana udara digunakan sebagaipenggasif ikasinya. Waktu karbonisasidivariasikan dari 40; 50; 60; 70 sampai 80 menitdan Tekanan udara (4; 5; 6; 7 dan 8) kgf/cm2.Arang yang dihasilkan dari proses karbonisasidicampur dengan serbuk gergaji, perekat laludicetak. Setelah itu dianalisis nilai kalor dan ujiproximate.

Tempurung Kluwak

Pengeringan

Pengarangan / karbonisasi variasi

waktu dan tekanan

Pengeringan

Serbuk Gergaji Kayu

Penyeragaman

Ukuran 50 Mesh

Penambahan

Perekat

Pengeringan

Biobriket

Pengempaan

Analisa proximate,

dan nilai kalor.

Analisa proxmate,

dan nilai kalor.

Gambar 1. Diagram Alir Penelitian


HASIL DAN PEMBAHASANPenelitian ini bertujuan untuk mengetahui

kondisi optimum proses pre treatmentpembuatan biobriket dari tempurung kluwakdengan prinsip oksidasi parsial. Kondisi optimumterukur dari jumlah dan kualitas arang yangdihasilkan. Proses ini menggunakan udarasebagai penggasifikasi yang mana produksangat tergantung dari bahan baku yangdigunakan sehingga diperlukan analisis bahanbaku terlebih dahulu. Tabel 2 menunjukkan hasilanalisa bahan baku yang digunakan.

Tabel 2. Data analisa proximate dan nilai kalorbahan baku

Biomassa % Moisture % Volatile % AshFixed

CarbonNilai Kalor

(kal/gr)

TempurungKluwak

7.3875 35.0722 1.4661 91.1464 4200

Serbuk GergajiKayu

5.6094 30.1334 0.3892 94.0014 5000

Terlihat pada Tabel 2 bahwa kualitas bahanbaku tempurung kluwak lebih rendah daripadaserbuk gergaji kayu. Nilai kalor pada tempurungkluwak masih di bawah standar SNI yangdiperbolehkan untuk biobriket yaitu karena masihmemiliki kadar air yang cukup tinggi sehinggaperlu dilakukan peningkatan nilai kalor dengancara karbonisasi. Karbonisasi dilakukan denganprisip oksidasi parsial atau dengan udaraterbatas. Bahan baku serbuk gergaji kayu tidakdikarbonisasi karena serbuk gergaji kayu hanyasebagai bahan tambahan dalam pembuatanbiobriket. Ukuran partikelnya yang kecil yangapabila dikarbonisasi menggunakan prinsipoksidasi parsial hasilnya tidak efisien.Karbonisasi dengan prinsip gasifikasi denganmenggunakan udara sangat tergantung padaukuran partikel. Semakin kecil ukuran partikel,hasil gas akan semakin besar sehingga produkpadatnya semakin kecil (Guo, 2000).

Nilai kalor pada serbuk gergaji kayu jugasudah memenuhi syarat yang diperbolehkandalam pembuatan biobriket yaitu 5000 kal/gr.

Karbonisasi yang dilakukan menggunakanprinsip oksidasi parsial atau menggunakanudara terbatas, sehingga kandungan karbonyang terdapat pada bahan baku akan bereaksi

dengan oksigen yang masuk dan terbakarmembentuk CO

2. Hal ini menyebabkan semakin

lama waktu karbonisasi maka jumlah arangyang dihasilkan semakin kecil. Tetapi semakinsedikit waktu karbonisasi maka jumlah arangyang dihasilkan akan semakin sedikit pula karenaada sebagian bahan baku yang tidakterkarbonisasi.

Selain terhadap jumlah arang yangdihasilkan, waktu juga berpengaruh terhadapkualitas arang yang dihasilkan, sehingga dapatmempengaruhi kualitas briket yang dihasilkan.Kualitas biobriket dapat dilihat dari kadar ujiproximate dan nilai kalor yang dihasilkan dantersaji pada Tabel 3.

Tabel 3. Data analisa proximate dan nilai kalorproduk pada variasi waktu dengantekanan P=6 kgf/cm2

ProdukWaktu(menit)

%Moisture

%Volatile

% AshFixed

Carbon

NilaiKalor

(kal/gr)

Biobriket

40 4.8400 30.7264 0.6021 94.5579 5119.0000

50 4.7491 30.7138 0.2692 94.9817 4970.0000

60 4.6995 26.2474 0.5870 94.7135 5174.0000

70 4.0496 27.4672 0.6831 95.2673 5263.0000

80 4.2900 19.6628 0.7272 94.9828 5536.0000

Standar NasionalIndonesia

8 15 8 - 5000.0000

Kualitas biobriket diukur dengan ujiproximate antara lain kadar air, kadar zatmenguap, kadar abu dan kadar karbon terikat.Gambar 2. menunjukkan hubungan antara waktukarbonisasi dengan uji proximate pada produkbiobriket.

Kadar air briket berpengaruh terhadap nilaikalor. Semakin kecil nilai kadar air maka semakinbagus nilai kalornya. Biobriket mempunyai sifathigroskopis yang tinggi sehingga penghitungankadar air bertujuan untuk mengetahui sifathigroskopis biobriket hasil penelitian.

Gambar 2(a) menunjukkan nilai kadar airuntuk biobriket campuran tempurung kluwak danserbuk gergaji kayu dengan variasi waktukarbonisasi yang terendah adalah pada saatkarbonisasi selama 80 menit dan didapat kadarair sebesar 4.2900 % sedangkan untuk kadarair yang paling besar adalah pada saatkarbonisasi selama 40 menit dengan kadar airsebesar 4.8400 %


(a) (b)

(c) (d)

Gambar 2. Grafik hubungan antara waktu dengan berbagai uji proximate kadar air (a), kadar zatmenguap (b), kadar abu (c), kadar karbon terikat (d)

Biobriket tempurung kluwak dan serbukgergaji kayu mempunyai nilai kadar air yangmasih tinggi. Ini dikarenakan pada campuranbiobriket digunakan serbuk gergaji yang tidakmengalami proses karbonisasi terlebih dahuludan hanya melalui proses pengeringan denganmatahari sehingga kadar air yang terkandungdalam serbuk gergaji hanya sedikit yang hilang.Tahap pembuatan biobriket juga digunakanperekat yang sebagian besar komponennyaadalah air sehingga kadar air akan bertambah.

Gambar 2(b), menunjukkan nilai kadar zatmudah menguap pada biobriket campurantempurung kluwak dan serbuk gergaji kayusangat tinggi bahkan tidak ada yang memenuhistandar maksimum yang harus dipenuhi padabiobriket. Biobriket pada waktu 60 dan 80 menityang mendekati standar maksimum SNI untukkandungan kadar zat mudah menguap yaitusebesar 26.2474 % dan 19.6628 %.

Abu merupakan bagian yang tersisa darihasil pembakaran dalam hal ini adalah sisa

pembakaran briket arang. Salah satu penyusunabu adalah silika. Pengaruhnya kurang baikterhadap nilai kalor biobriket yang dihasilkan.Kandungan abu yang tinggi dapat menurunkannilai kalor biobriket sehingga kualitas biobriketakan menurun.

Gambar 2(c), menujukkan bahwa nilaikadar abu terendah adalah pada saat waktukarbonisasi tempurung kluwak selama 60 menityaitu 0.587 %, sedangkan kadar abu yangtertinggi pada saat karbonisasi selama 80 menityaitu sebesar 0.7272 %. Meningkatnya kadarabu karena proses karbonisasi menggunakanprinsip oksidasi partial yang mana semakin lamawaktu proses maka semakin besar jumlahkarbon yang akan teroksidasi menghasilkan gasCO

2, sehingga meyebabkan peningkatan kadar

abu dalam bahan baku yang diproses.Menurut Gambar 2(d), terlihat bahwa pada

waktu karbonisasi selama 50 menit, nilai kadarkarbon terikat pada biobriket lebih tinggi daripadawaktu karbonisasi selama 60 menit namun pada


waktu karbonisasi 50 menit memiliki nilai kaloryang lebih rendah. Hal ini karena kadar air padawaktu 60 menit lebih rendah daripada kadar airpada waktu 50 menit. Tekanan berbanding lurusdengan laju alir. Semakin tinggi tekanan udaramaka kecepatan alir udara akan semakin besarjuga. bertambahnya kecepatan alir udara akanmempercepat proses pembakaran dan dapatmenurunkan arang yang dihasilkan.

Selain waktu karbonisasi, tekanan udarakarbonisasi juga berpengaruh terhadap kualitasarang yang dihasilkan, sehingga pada saatpencampuran untuk pembuatan biobriket akanmempengaruhi kualitas briket yang dihasilkan.Kualitas biobriket dapat dilihat dari kadar ujiproximate dan nilai kalor yang dihasilkan dantersaji pada Tabel 4.

Tabel 4. Data analisa proximate dan nilai kalorproduk pada variasi tekanan udaradengan waktu selama 60 menit

ProdukTekanan(kgf/cm2)

%Moisture

%Volatile

% AshFixed

Carbon

NilaiKalor(kal/g)

Biobriket

4 3.4790 25.9874 0.5500 95.9710 5385.000

5 4.8390 26.2844 0.3305 94.8305 5307.000

6 4.6695 26.2474 0.5870 94.7435 5174.000

7 4.3891 25.4978 1.5781 94.0328 5177.000

8 4.2700 26.7704 0.8148 94.9152 5199.000

Standar NasionalIndonesia

8 15 8 5000

Kualitas produk biobriket diukur dengan ujiproximate antara lain kadar air, kadar zatmenguap, kadar abu dan kadar karbon terikat.Gambar 3 menunjukkan hubungan antara waktukarbonisasi dengan uji proximate pada produkbiobriket.

Gambar 3(a) terlihat bahwa pada saattekanan udara sebesar 5 kgf/cm2 mempunyaikadar air yang paling rendah yaitu sebesar3.2797 %, dan yang paling tinggi pada tekanankompresor 6 kgf/cm2 yaitu sebesar 4.2196 %.

Hal ini dikarenakan dengan tekanan udarayang kecil maka kecepatan udara yangmengalirkan udara panas juga tidak terlalu cepatsehingga kontak antara uap panas dengantempurung kluwak lebih lama. Pada tekananudara 6 kgf/cm2 kadar air lebih tinggi dari tekanan

Nilai kadar air untuk biobriket campurantempurung kluwak dan serbuk gergaji yangterendah adalah pada saat karbonisasi padatekanan 4 kgf/cm2 yaitu sebesar 3.4790 % danpaling tinggi pada tekanan 5 kgf/cm2 yaitusebesar 4.8390 %. Nilai kadar air pada biobrikethasil campuran tempurung kluwak dan serbukgergaji kayu berbanding terbalik karena saattekanan 5 kgf/cm2 pada tempurung kluwak hasilkarbonisasi mempunyai nilai kadar air yangterendah, namun pada saat menjadi biobriketnilai kadar air menjadi yang paling besar. Hal inibisa disebabkan karena kurang sempurnanyapengeringan biobriket sehingga kadar air yangbertambah akibat penambahan campuranserbuk gergaji dan perekat tidak hilang.

Gambar 3 (b), tempurung kluwak hasilkarbonisasi pada semua variasi tekanan udaramemiliki kadar zat mudah menguap di bawahstandar maksimum yang diperbolehkan. Nilaikadar zat mudah menguap terendah adalahpada saat tekanan udara 7 kgf/cm2 sebesar11.1578 % dan yang tertinggi adalah pada saattekanan udara 4 kgf/cm2 14.7585 %.

Kandungan zat mudah menguap padatempurung kluwak hasil karbonisasi padatekanan udara 8 kgf/cm2 lebih tinggidibandingkan pada tekanan udara 7 kgf/cm2. Halini disebabkan karena pada saat tekanan tinggi,kecepatan udara juga tinggi sehingga kontak uappanas dengan tempurung kluwak kurangsempurna sehingga kadar zat mudah menguaphanya sedikit yang hilang.

Biobriket campuran tempurung kluwak danserbuk gergaji kayu pada saat variasi tekananudara juga tidak ada yang memenuhi standarmaksimum kualitas biobriket yang diperbolehkan.Nilai kadar zat mudah menguap yang mendekatistandar adalah pada saat tekanan udara 7 kgf/cm2 yaitu sebesar 25.4978 %.

Gambar 3(c), menunjukkan bahwa padasemua variasi tekanan udara kadar abumemenuhi standar maksimum SNI untuktempurung kluwak hasil karbonisasi maupunbiobriket campuran tempurung kluwak danserbuk gergaji kayu.

udara 7 kgf/cm2, ini bisa disebabkan karena apipada bahan bakar saat tekanan 6 kgf/cm2padamduluan sebelum karbonisasi selesai.


Nilai kadar abu terendah pada tempurungkluwak hasil karbonisasi terjadi pada tekanan 4kgf/cm2 yaitu sebesar 0.6400 % dan yang nilaikadar abu yang tertinggi pada saat tekanan 7kgf/cm2 sebesar 1.8379 %.

Gambar 3(d), menunjukkan nilai kadarkarbon terikat tertinggi pada tempurung kluwakhasil karbonisasi terjadi pada tekanan kompresor4 kgf/cm2 yaitu sebesar 95.9603 % dan terendahterjadi pada tekanan 7 kgf/cm2 yaitu sebesar94.0729 %. Seiring bertambahnya tekanan, fixedcarbon dari tempurung kluwak hasil karbonisasisemakin turun namun pada saat tekanan 8 kgf/cm2 fixed carbon dari tempurung kluwak hasilkarbonisasi menjadi naik. Hal ini dikarenakan %ash pada saat tekanan 8 kgf/cm2 lebih rendahdaripada saat tekanan 7 kgf/cm2 sehingga nilaifixed carbon menjadi naik. Grafik nilai fixedcarbon pada biobriket campuran tempurungkluwak dan serbuk gergaji kayu juga mempunyai

(a) (b)

(c) (d)

pola yang sama yaitu nilai tertinggi pada tekanan4 kgf/cm2 dan terendah pada tekanan 7 kgf/cm2.Saat tekanan 8 kgf/cm2 fixed carbon jugamengalami peningkatan, hal ini dikarenakan %ash dan % moisture pada saat tekanan 8 kgf/cm2 lebih rendah daripada saat tekanan 7 kgf/cm2 sehingga nilai fixed carbon menjadi naik.

Gambar 4 menunjukkan tekanan 5 kgf/cm2

mempunyai nilai kalor sebesar 6494 kal/gr.Semakin tinggi tekanan udara maka nilai kalorbiobriket yang dihasilkan semakin kecil, hal inidikarenakan bahan baku berupa arangtempurung kluwak yang digunakan kadarkarbonnya semakin kecil dengan bertambahnyatekanan udara. Semakin tinggi tekanan udaramaka jumlah udara yang masuk akan semakinbesar yang menyebabkan semakin banyakjumlah C yang terbakar, demikian pula dengansifat yang lainnya seperti telah dijabarkansehingga mempengaruhi nilai kalor biobriket.

Gambar 3 Grafik hubungan antara tekanan udara dengan berbagai uji proximate kadar air (a),kadar zat menguap (b), kadar abu (c), kadar karbon terikat (d)


Gambar 4 Grafik hubungan antara tekanankarbonisasi dengan nilai kalorbiobriket campuran tempurungkluwak dan serbuk gergaji padavariasi waktu karbonisasi

KESIMPULAN

Dari hasil penelitian yang telah dilakukanmaka dapat disimpulkan bahwa : Biobriket yangdihasilkan memiliki nilai kalor yang maksimumpada campuran arang tempurung kluwak hasilproses karbonisasi pada waktu 80 menit dantekanan 6 kgf/cm2 yaitu sebesar 5536 kal/gr.

DAFTAR PUSTAKA

Bahri Samsul, 2007, “ Pemanfaatan LimbahIndustri Pengolahan Kayu untukPembuatan Briket Arang dalamMengurangi Pencemaran Lingkungandi Nagroe Aceh Darussalam”,Uneversitas Sumatra Utara, Medan

Danarto, Y.C., Utomo, P.B., Sasmita, F., 2010, “Pirolisis Limbah Serbuk Kayu denganKatalisator Zeolit”, Prosiding SeminarNasional Teknik “Kejuangan”, B09-1

Feldmann, 2008, “Bimass Gasification System”,US Patent application Publication, US2008/0022592A1

Guo, J., Lua, A.C., 2000, “Kinetic Study onPyrolysis of Exracted Oil Palm Fiber”,Journal of Thermal Analysis andCalorimetry, Vol 59, 763-774.

Kaban, R.,A., 2009, “ Pengaruh Laju Alir Udarapada Proses Gasifikasi Batubara JenisLight”, Jurusan Teknik Kimia PoliteknikNegeri Samarinda

Krisna, B.P., Shobar, M.R.C., 2006,“Karakterisasi Gasifikasi TongkolJagung dalam Gasif ier Belonio”,Fakultas Teknologi Industri ITB,A.67.3.06/9.

Kurniadi, S., 1989, “Pirolisis Kulit Biji Jambu MeteSecara Batch dengan Prinsip OksidasiPartial”, Laboratorium Proses KimiaJurusan Teknik Kimia UniversitasGadjah Mada , Yogyakarta.

Ndraha N., 2009 “Uji Komposisi Bahan PembuatBriket Bioarang Tempurung Kelapa danSerbuk Kayu Terhadap Mutu yangDihasilkan”, Fakultas PertanianSumatra Utara

Sulistiyaningati, 1985, “Pirolisis TempurungKelapa Secara “Batch” dengan PrinsipOksidasi Partial”, Laboratorium ProsesKimia Jurusan Teknik Kimia UniversitasGadjah Mada, Yogyakarta.

www. bps. co. id



PEMBUATAN BIODIESEL DARI CRUDE PALM OILDENGAN BANTUAN REAKTOR BATCH SIRKULASI

MarlindaStaf Pengajar Jurusan Teknik Kimia Polnes

AbstrakBiodiesel merupakan salah satu energi alternatif yang berpotensi untuk

mensubstitusi bahan bakar solar. Crude Palm Oil (CPO) berpotensi sebagai bahanbaku pembuatan biodiesel. Proses transesterifikasi CPO membutuhkan proses reaksidengan pengadukan dan suhu tertentu sehingga untuk menghasilkan konversi yangtinggi masih membutuhkan waktu yang lama. Pada penelitian ini dilakukan pembuatanbiodiesel dari crude palm oil (CPO) dengan bantuan reaktor alir sirkulasi untuk penggantisolar. Tujuan dari penelitian ini adalah membuat biodiesel dari CPO dengan produksiyang lebih besar (konversi yang tinggi) dalam waktu yang tidak lama, mencari kondisioptimum dari factor-faktor yang dapat mempercepat reaksi seperti perbandinganreaktan dan berat katalis. Reaksi transesterifikasi dijalankan dengan mereaksikanminyak sawit dan metanol dengan perbandingan pereaksi 1:2, 1:3, 1:4, dan 1:5 mgek/gram dan konsentrasi katalis KOH 0,25%, 0,5%, 0,75%, 1%, dan 1,5% dilakukan didalam reaktor batch sirkulasi selama 90 menit. Biodiesel yang dihasilkan kemudiandipisahkan dari gliserol kemudian dicuci untuk membuat biodiesel netral atau bersihdari sisa-sisa katalis KOH setelah itu dipanaskan dengan suhu 1000C untukmenghilangkan sisa air yang ada di dalam biodiesel. Hasil penelitian ini menghasilkankondisi optimum pada perbandingan pereaksi yang menghasilkan konversi yang tinggisekitar 92% selama waktu reaksi 90 menit adalah 1:4, dan konsentrasi katalis 1%.Pengujian sifat-sifat fisis biodiesel untuk biodiesel murni (B100) serti pour poin 60C,flash poin 186,50C, density 0,875 g/ml dan angka asam 0,09 mg-KOH/g hal inimenunjukkkan bahwa biodiesel memenuhi standar ASTM untuk bahan bakar solar.Dengan demikian pembuatan biodiesel dengan reactor sirkulasi (B100) dapatdirekomendasikan sebagai bahan pengganti bahan bakar solar.

Kata kunci : Biodiesel, Crude Palm Oil, Transesterifikasi, Reaktor Batch Sirkulasi.

PENDAHULUANBahan bakar minyak adalah sumber energi

dengan konsumsi terbesar di seluruh dunia jikadibandingkan dengan sumber energi lainnya.Tetapi saat ini dunia mengalami krisis bahanbakar minyak, karena harga minyak mentahdunia terus meningkat. Di antara produk minyakbumi, bahan bakar diesel adalah yang palingbanyak digunakan, karena penggunaannya yangcukup luas pada peralatan transportasi,pertanian, mesin-mesin pabrik, dan jugagenerator listrik. Pencarian energi alternatifpengganti yang lebih ramah lingkungandibandingkan migas yang menjadi andalan saat

ini.Salahsatuenergialternatifyangdikembangkanadalah biodiesel karena berpotensi untukmensubstitusibahanbakarsolar.

Crude biodiesel hasil reaksitransesterif ikasi harus dipisahkan darikontaminannya yaitu; sisa reaktan (metanol danasam lemak bebas), katalis dan produk sampingkarena selain menyebabkan rendahnya kualitasbiodiesel, kontaminan tersebut jugamenyebabkan masalah pada saat pembakarandi mesin. Metanol dalam jumlah banyak dapatmenyebabkan rendahnya flash point danberkaitan dengan masalah keamanan dalam


penggunaan dan penyimpanan. Asam lemakbebas (ALB) dan katalis (asam atau basa) dalambiodiesel dapat menyebabkan korosi danpembentukan deposit pada mesin. Sedangkanair sebagai produk samping harus dipisahkandari biodiesel karena selain menyebabkanterbentuknya endapan yang dapat menyumbatfilter juga berpotensi menyebabkan reaksihidrolitik yang mengkonversi biodiesel (metilester) menjadi asam lemak bebas.

Banyak faktor yang mempengaruhiproses pembuatan biodiesel sepertiperbandingan reaktan, katalis, suhu dan waktureaksi. Pada pembuatan biodiesel dari crudepalm oil (CPO) dan berat katalis yang dapatmenghasilkan konversi metal ester (Biodiesel)yang tinggi. Penelitian ini dilakukan untukmembuat biodiesel dari crude palm oil denganreactor sirkulasi akan dicari kondisi optimumdari proses transesterif ikasi CPO danmenganalisa hasil biodiesel yang standardbiodiesel.Peneltian ini bertujuan untuk :1. Mengetahui pengaruh reaktor sirkulasi

terhadap sintesis biodiesel berdasarkankadar gliserol dan kadar ester.

2. Mendapatkan data optimum dariperbandingan mol reaktan denganmenggunakan reaktor sirkulasi, dan beratkatalis dengan menggunakan reaktorsirkulasi.

Kelapa sawit merupakan salah satukomoditas yang pertumbuhannya paling pesat,dibandingkan dengan komoditi lainnya pada sub-sektor perkebunan. Pada tahun 1980 – 1990,areal meningkat dengan laju sekitar 11% pertahun. Sejalan dengan perluasan areal, produksijuga meningkat dengan laju 9,4% per tahun.Konsumsi domestik dan ekspor juga meningkatpesat dengan laju masing-masing 10% dan 13%per tahun (Direktorat Jenderal Bina ProduksiPerkebunan 2004).

Keunggulan palm oil sebagai bahan bakubiodiesel adalah kandungan asam lemak jenuhyang tinggi sehingga akan menghasilkan angkasetanayangtinggi.Komposisiasamlemakdalamminyak kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 1berikut ini :

Tabel1. Kadarasamlemakdalamminyakkelapasawit

Tipe Asam Lemak Rumus Kimia PersentasePalmitic C16H32O2 44,3 %Stearic C18H36O2 4,6%

Myristic C14H28O2 1,0%Oleic C18H34O2 38,7%

Linoleic C18H32O2 10,8%Lainnya 0,9%

Sumber:Choo,1987

Biodiesel dapat dibuat dari minyak nabatimaupun lemak hewan, namun yang palingumum digunakan sebagai bahan bakupembuatan biodiesel adalah minyak nabati.Minyak nabati dan biodiesel tergolong ke dalamkelas besar senyawa-senyawa organik yangsama, yaitu kelas ester asam-asam lemak. Akantetapi, minyak nabati adalah triester asam-asamlemak dengan gliserol, atau trigliserida,sedangkan biodiesel adalah monoester asam-asam lemak dengan metanol(Soerawijaya,2006). Semuaminyaknabati dapatdigunakansebagaipenggantibahanbakarnamundenganproses-prosespengolahantertentu(Choo,1994). Berbeda dengan penggunaan minyaktanaman murni, penggunaan ester dari minyaktanaman tidak memerlukan modif ikasikonstruksi motor. Dibandingkan bahan bakarsolar, biodiesel memiliki beberapa keunggulan,yaitu (Susilo, 2006):1. biodiesel diproduksi dari bahan pertanian,

sehingga dapat diperbaharui.2. biodiesel memiliki nilai setana yang tinggi,

volatile matter yang rendah dan bebas sulfur.3. ramah lingkungan karena tidak ada emisi SO

x.

4. meningkatkan nilai produk pertanianIndonesia.

5. memungkinkan diproduksi dalam skala kecilmenengah sehingga bisa diproduksi dipedesaan.

6. menurunkan ketergantungan suplai minyakdari negara asing dan fluktuasi harga.

7. jauh lebih mudah terurai oleh mikroorganismedibandingkan minyak mineral.

Salah satu persyaratan minyak nabatidapat dipakai sebagai bahan bakar mesin dieseladalah viskositasnya harus rendah. Ada


beberapa metode untuk menurunkan viskositasminyak nabati seperti mencampurkan minyaknabati dengan petrodiesel, pirolisis,mikroemulsi,dan transesterif ikasi. Transesterif ikasimerupakan metode yang paling umumdigunakan pada pembuatan bahan bakarbiodiesel dari minyak nabati dengan reaksi kimia(Ma dan Hanna,1999). Tabel 3 merupakanpersyaratan kualitas biodiesel yang ditentukandengan SNI-04-7182-2006.

Tabel 2. Persyaratankualitasbiodiesel

Parameter dan satuannya Batas nilai Metode uji Metodesetara

Massa jenis pada 40o

C, kg/m3 850 – 890 ASTM D 1298 ISO 3675

Viskositas kinematik pada 40o

C,

mm2

/s (cSt)

2,3 – 6,0 ASTM D 445 ISO 3104

Angka setana min. 51 ASTM D 613 ISO 5165

Titik nyala,o

C min. 100 ASTM D 93 ISO 2710

Titik kabut,o

C maks. 18 ASTM D 2500 -

Korosi bilah tembaga ( 3 jam, 50o

C) maks. no. 3 ASTM D 130 ISO 2160

Residu karbon, %-berat,- dalam contoh asli- dalam 10 % ampas distilasi

Maks. 0,05Maks. 0,05Maks. 0,05

ASTM D 4530 ISO 10370

Air dan sedimen, %-vol. maks. 0,05 ASTM D 2709 -

Temperatur distilasi 90 %,o

C maks. 360 ASTM D 1160 -

Abu tersulfatkan, %-berat maks. 0,02 ASTM D 874 ISO 3987Belerang, ppm-b (mg/kg) maks. 100 ASTM D 5453 prEN ISO

20884Fosfor, ppm-b (mg/kg) maks. 10 AOCS Ca 12-55 FBI-A05-03Angka asam, mg-KOH/g maks. 0,8 AOCS Cd 3-63 FBI-A01-03Gliserol bebas, %-berat maks. 0,02 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03Gliserol total, %-berat maks. 0,24 AOCS Ca 14-56 FBI-A02-03Kadar ester alkil, %-berat min. 96,5 dihitung

*) FBI-A03-03

Angka iodium, g-I2/(100 g) maks. 115 AOCS Cd 1-25 FBI-A04-03

Uji Halphen negatif AOCS Cb 1-25 FBI-A06-03

Sumber:Soerawidjaja,2006

Transesterifikasi (biasa disebut denganalkoholisis) adalah tahap konversi trigliserida(minyaknabati)menjadialkil ester, melalui reaksidengan alkohol dan menghasilkan produksamping yaitu gliserol. Di antara alkohol-alkoholmonohidrik yang menjadi kandidat sumber ataupemasok gugus alkil, adalah metanol yangpaling umum digunakan,karenaharganyamurahdan reaktifitasnya paling tinggi (sehingga reaksidisebutmetanolisis).Jadi,disebagianbesarduniaini, biodiesel praktis identik dengan ester metilasam-asamlemak(FattyAcidsMetilEster,FAME).

Mekanisme transesterifikasi minyak nabatidengan katalis basa terlihat pada Gambar 1, padatahap pertama adalah reaksi antara basadengan alkohol menghasilkan alkoksida dankatalis terprotonasi. Serangan nukleofilik dari

alkoksida pada gugus karbonil dari trigliseridamenghasilkan sebuah intermediet (Persamaan2), alkil ester dan anion trigliserida terbentuk(Persamaan 3). Pada tahap akhir akan terjadideprotonasi dari katalis, yang selanjutnyamenghasilkan katalis aktif yang baru(Persamaan 4), katalis tersebut bereaksikembali dengan molekul alkohol lainnya, sampaiterbentuk monogliserida dan mengalami reaksiyang sama hingga menghasilkan alkil ester dangliserol (Schuchardt, et al., 1998).

ROH

R 'OC O

R''OC O

OCR '''

O

B

R 'OC O

R''OC O

O C

OR

O

R'''

R O

R O

R'OC O

R ''OC O

O B H

B H

R 'OCOR ''OCO

O

R 'OCO

R ''OCO

OH

R 'OCO

R ''OCO

O C

OR

O

R '''

B

+

+ ROOCR '''

+ +

+ +

(1)

(2)

(3)

(4)

Beberapakondisireaksiyangmempengaruhikonversi serta perolehan biodiesel melaluitransesterifikasi adalah sebagai berikut(Freedman,1984):a. Pengaruh air dan asam lemak bebas

Minyaknabatiyangakanditransesterifikasiharusmemilikiangkaasamyang lebihkecil dari1%.Banyak peneliti yang menyarankan agarkandunganasam lemakbebas lebih kecil dari0,5%. Selain itu, semua bahan yang akandigunakan harus bebas dari air. Minyaknabati diharapkan mengandung kadar airyang rendah dan asam lemak bebas yangrendah pula.

b. PengaruhperbandinganmolaralkoholdenganbahanmentahSecara stoikiometri, jumlah alkohol yangdibutuhkan untuk reaksi adalah 3 mol untuksetiap 1 mol trigliserida untuk memperoleh 3molalkil esterdan1molgliserol.Perbandinganalkohol dengan minyak nabati 4,8:1 dapatmenghasilkan konversi 98% (Bradshaw andMeuly,1944).Secaraumumditunjukkanbahwasemakin banyak jumlah alkohol yangdigunakan, maka konversi yang diperolehjugaakansemakinbertambah.


c. Pengaruh jenis katalisKatalis basa yang paling populeruntuk reaksitransesterifikasi adalah natrium hidroksida(NaOH), kalium hidroksida (KOH), natriummetoksida (NaOCH3), dan kal iummetoksida (KOCH3). Katalis sejati bagireaksi sebenarnya adalah ion metilat(metoksida). Reaksi transesterifikasi akanmenghasilkan konversi yang maksimumdengan jumlah katalis 0,5-1,5% dari beratminyak nabati. Jumlah katalis yang efektifuntuk reaksi adalah 0,5% dari berat minyaknabati untuk natrium metoksida dan 1% dariberat minyak nabatiuntuknatriumhidroksidadankaliumhidroksida.

d. Pengaruh jenis alkoholPada rasio 6:1, metanol akan memberikanperolehan ester yang tertinggi dibandingkandenganmenggunakanetanolataubutanol.

e. Pengaruh temperaturReaksi transesterifikasi dapat dilakukanpadatemperatur30-65°C(titikdidihmetanolsekitar

Mixer Heater Reaktor

BatchSeparator

Metanol

Katalis

Minyak kelapa

Produk

(Biodiesel)

Gliserol

Heater

65°C). Semakin tinggi temperatur, konversiyangdiperolehakansemakintinggiuntukwaktuyanglebihsingkat.

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan di LaboratoriumKonservasi Energi dan PengendalianPencemaran (KEPP) Jurusan Teknik KimiaUniversitas Gadjah Mada Yogyakarta.

Alat penelitian utama terdiri atas rangkaianalat pembuatan biodiesel yang terdiri darisebuah reaktor batch yang tersirkulasi dengankapasitas sekitar 5 liter dilengkapi dengan pompasirkulasi, pemanas dan alat pengambilansampel, selain itu juga menggunakan hotplatedan gelas kimia untuk melakukan pemanasanawal sebelum masuk ke dalam reaktor.

Adapun skema pembuatan biodieselmenggunakan reaktor batch tersirkulasi adalahsebagai berikut :

Gambar 1. Skema proses pembuatan biodiesel menggunakan reaktor batch tersirkulasi

Data yang diperlukan dalam penelitian iniadalah variasi perbandingan dan berat katalisseperti berikut :§ Menyiapkan Crude Palm Oil (CPO) yang

telah diketahui kadar asam lemak bebasnya§ Menyiapkan peralatan reaktor batch

tersirkulasi untuk melakukan prosestransesterifikasi.

§ Melakukan proses transesterifikasi denganvariasi perbandingan reaktan dan berat katalisdengan waktu selama 60 menit.

§ Pengambilan hasil dengan waktu tertentu.§ Menganalisa hasil biodiesel berdasarkan

standar spesifikasi biodiesel yaitu densitas,viskositas kinematik, pour point, flash pointdan kadar asam lemak.


Data diambil berdasarkan variasiperbandingan reaktan, berat katalis dan waktureaksi dan secara deskriptif diolah melaluianalisa hasil berdasarkan asam lemak bebasdan glicerol untuk melihat kecenderungandinamika pengaruh perbandingan reaktan danberat katalis terhadap hasil biodiesel (konversibiodiesel) dari Crude Palm Oil (CPO) tersebut.

HASIL DAN PEMBAHASANUntuk menganalisa dan menghitung

konversi biodiesel yang dihasilkan pada prosestransesterifikasi CPO dengan metode titrasiiodometri-periodat dengan membandingkanhasil variasi yang lebih baik dengan waktufermentasi.

Hasil pengaruh perbandingan reaktantersebut dapat dilihat pada Gambar 2 sebagaiberikut:

Gambar 2. Hubungan Waktu Reaksi denganKonversi Pada PengaruhPerbandingan Reaktan

Dari Gambar 2 terlihat bahwaperbandingan reaktan yang bervariasi denganwaktu reaksi terlihat bahwa dengan waktu reaksiyang lebih lama menghasilkan konversi yanglebih besar dan akan terlihat bahwa semakinbesar perbandingan ekivalen metanol-minyaksawit konversi reaksi akan meningkat. Hal inidapat disebabkan karena peluang seringnyaterjadi tumbukan antar zat-zat pereaksi semakinbesar sehingga dengan waktu yang sama,perbandingan pereaksi yang lebih besar akan

menghasilkan konversi yang lebih besar.Semakin tingginya perbandingan metanol-minyak akan menggeser kesetimbangan reaksike kanan, sehingga pembentukan produk akansemakin banyak. Gambar 2 juga menunjukkanbahwa pada perbandingan pereaksi metanol-minyak 3 sampai 4 ada kenaikan konversi yangsignifikan, sedangkan pada perbandinganpereaksi 5 sampai 6 terjadi kenaikan tetapi tidaksignifikan seperti pada perbandingan pereaksi3 sampai 4. Hal ini disebabkan karena padaperbandingan pereaksi 4 sudah mencapaikonversi maksimum.

Pengaruh katalis dilakukan denganperbandingan reaktan 1:4 dengan suhu reaksi750C dan waktu reaksi selama 90 menit. Variasikatalis dilakukan untuk melihat seberapa besarperanan katalis dalam reaksi transesterifikasiminyak sawit untuk menghasilkan biodiesel.Hasil perbandingan reaktan tersebut dapat dilihatpada Gambar 3.

Gambar 3. Hubungan Waktu Reaksi denganKonversi Pada Variasi Katalis

Gambar 3 menunjukkkan pengaruh katalispada pembentukan biodiesel, semakin lamawaktu reaksi akan menghasilkan konversi yangtinggi pada berbagai konsentrasi katalis. PadaGambar 3 juga terlihat bahwa semakin besarkonsentrasi katalis akan semakin tinggi konversiyang dihasilkan, konsentrasi katalis dari 0,25%sampai 1% terlihat mengalami kenaikan konversiyang signifikan tetapi pada konsentrasi katalis1% sampai 1,25% terjadi kenaikan konversi yangtidak signifikan. Katalis akan bereaksi denganmetanol terlebih dahulu membentuk ion

metoksida kemudian ion metoksida ini yangakan bereaksi dengan minyak sawit membentukmetil ester (biodiesel). Pemakaian katalisdiharapkan sangat sedikit sehingga akanmengurangi efek samping berupa reaksipenyabunan dan mengurangi biaya pemurnianbiodiesel.

KESIMPULANBerdasarkan hasil penelit ian dan

pembahasan, dapat diambil kesimpulan sebagaiberikut:1. Reaksi transesterifikasi crude palm oil

dengan bantuan reaktor batch tersirkulasidiperoleh biodiesel yang dapat digunakansebagai pengganti solar yang sesuai denganspesifikasi standar solar.

2. Semakin tinggi perbandingan reaktan antaraCPO : Metanol maka akan menghasilkankonversi yang tinggi, tetapi kondisi optimumyang diperoleh dengan kenaikan konversiterjadi pada perbandingan reaktan 1:4dengan waktu reaksi selama 90 menit.

3. Besarnya konsentrasi katalis akanmenghasilkan konversi yang tinggi tetapi padakondisi optimum konsentrasi katalis yangmenghasilkan konversi yang signifikan pada1% dari berat bahan baku (CPO).

4. Konversi reaksi tertinggi dicapai padaperbandingan pereaksi CPO-Metanol 1:4mgek/mgek, konsentrasi katalisator 1% , dansuhu reaksi 750C serta waktu reaksi 90menit dengan menghasilkan konversisebesar 89,85%.

DAFTAR PUSTAKAArita, S., 2009, Perbandingan Proses

Pembuatan Biodiesel dari Minyak Sawitdi dalam Reaktor Batch dan Fixed Bed,Seminar Nasional Teknik Kimia,Bandung.\

Bradshaw., B.G., and Meuly, W.C., 1944,Preparation of Detergent, US PatentOffice.

Direktorat Jenderal Bina Produksi Perkebunan.,2004, Statistik Perkebunan Kelapa Sawit,Direktorat JenderalPerkebunan, Jakarta.

Freedman, B., Pryde.E.H., and Mounts. T.L.,1984, Variables Affecting the Yields ofFatty Esters from Transesterf iedVegetable Oils.

Jamieson, J.S. and Baughman, W.F., CeibaPentandra (Linn) Gaertn. J. Am., 2003,Chem. Soc, 42; pp. 1197.

Jose,A.C., Ernesto, E.B, and FabioAlape., 2005,Biodiesel From AlkalineTransesterif ication Reaction ofSoybean Oil Ultrasonic Mixing ,JAOCS, vol. 82, no. 7.

Mittlebach, M., and Remschmidt, C., 2004,Biodiesel The ComprehensiveHandbook, Vienna. BoersedruckGes.m.bH.

Nugroho,A., 2006, Biodiesel Jarak Pagar, BahanBakar Alternatif Yang RamahLingkungan, PT Agro Media.Tangerang.

Resnick R., and Halliday D., 1992, Fisika,Penterjemah Pantur Silaban dan ErwinSucipto, Penerbit Erlangga, Jakarta, pp656-693.

Sabbagha R. E., 1980, Diagnostic UltrasoundApplied to Obstetrics and Gynecology,Haper & Row, London, pp 19-31.

Schuchardt, U., Serchui, R. and Vargas, R.M.,1998, Transesterification of VegetablesOil, J. Braz. Chem. Soc., 199-210.

Soerawidjaja., dan Tatang H., 2006, Fondasi-Fondasi Ilmiah dan Keteknikan dariTeknologi Pembuatan Biodiesel ,Handout Seminar Nasional BiodieselSebagai Energi Alternatif Masa Depan,UGM Yogyakarta.

Susilo, B., 2006, Biodiesel sumber EnergiAlternatif Pengganti Solar yang terbuatdari Ekstraksi Minyak jarak Pagar,Trubus Agrisarana, Surabaya.

Tim Penulis BRDST., 2008, Membangun PabrikBiodiesel Skala Kecil, PenebarSwadaya, Jakarta.




PREDIKSI CURAH HUJAN DI SAMARINDADENGAN METODE RUNTUN WAKTU

Garini WidosariStaf Pengajar Jurusan Teknik Sipil Polnes

Email : [email protected]

AbstrakPrediksi adalah salah satu unsur yang sangat penting dalam pengambilan

keputusan. Peranan untuk memprediksi sesuatu menjelajah ke berbagai bidang, misalfisika, lingkungan, ekonomi, teknik dan kesehatan. Dalam bidang Teknik Sipil, curahhujan mempunyai peranan yang sangat penting dalam suatu perencanaanpembangunan. Untuk itu diperlukan metode untuk memprediksi curah hujan dengankesalahan yang kecil. Dalam penelitian ini digunakan metode runtun waktu untukmembuat model curah hujan di Samarinda. Model yang diperoleh menunjukkan bahwacurah hujan di Samarinda mempunyai komponen musiman dengan periode 12 bulan

yaitu SARIMA((1,1),(0,0),(1,0))12

dengan model 1 12 10.78 0.21 0.58t t t tX X X a .

Berdasarkan model tersebut prediksi curah hujan di Samarinda untuk bulan Juli 2010sampai dengan Desember 2010 mempunyai kesalahan prediksi yaitu MSE 1951 danMAPE 19%

Kata kunci : curah hujan, runtun waktu, SARIMA

PENDAHULUANDalam kehidupan sehari – hari kita sering

dihadapkan pada permasalahan yang harusdiprediksi terlebih dahulu sebelum diambilkeputusan Seperti di bidang fisika, lingkungan,teknik, ekonomi dan kesehatan. Salah satu caramemprediksi suatu kejadian di masa yang akandatang adalah dengan analisis runtun waktu.

Dalam perencanaan bangunan di bidangTeknik Sipil diperlukan data curah hujan sertaprediksinya. Misalnya pada perencanaan jalanraya, saluran drainase dan lain sebagainya.

Hujan dapat terjadi karena adanyaevaporasi dari air yang tersimpan padapermukaan bumi tidak terkecuali penguapan airdari tumbuh – tumbuhan , yang selanjutnya uapair tersebut mengalami proses kondensasisehingga terbentuk awan sehingga turun hujan.Akibat perubahan tata guna lahan di Samarindayaitu dengan meningkatnya kegiatan tambang

batubara dengan pengupasan hutan berakibatproses transpirasi berkurang. Hal ini berakibatcurah hujan yang turun juga berubah.

Hujan memainkan peranan penting dalamsiklus hidrologi. Lembaban dari laut menguap,berubah menjadi awan, terkumpul menjadi awanmendung, lalu turun kembali ke bumi, danakhirnya kembali ke laut melalui sungai dan anaksungai untuk mengulangi daur ulang itu semula.

Dalam analisis runtun waktu , nilai masakini dipengaruhi oleh nilai – nilai sejenis di masalalu. Analisis runtun waktu secara umumbertujuan untuk mempelajari atau membuatmekanisme model stokastik yang memberikanreaksi suatu runtun yang diamati danmemprediksi nilai runtun waktu yang akandatang didasarkan pada histori runtun itu sendiri.Komponen data pada runtun waktu terdiri daritrend, siklus dan musiman. Pendekatan


dekomposisi runtun waktu merupakan metodeuntuk memisahkan masing – masingkomponen. Sehingga penulisan matematisumum dari pendekatan dekomposisi adalah :

( , , , )t t t t tX f I T C E

Dimana :

tX adalah nilai runtun waktu pada periode t

tI adalah komponen musiman pada periode t

tT adalah komponen trend pada periode t

tC adalah komponen siklus pada periode t

tE adalah komponen galat pada periode t

Tujuan dari penelitian ini adalah membuatmodel curah hujan di Samarinda denganmenggunakan metode runtun waktu. Dari modelyang didapat, digunakan untuk memprediksicurah hujan di Samarinda pada waktu yang akandatang.

Runtun waktu adalah himpunan observasiberurut dalam waktu atau dalam dimensi apasaja yang lain. Analisis runtun waktu secaraumum bertujuan untuk mempelajari ataumembuat mekanisme model stokastik yangmemberikan reaksi suatu runtun yangdiobservasi dan memprediksi atau meramalkannilai random waktu yang akan datang didasarkanpada histori runtun itu sendiri.

Suatu runtun waktu ,tX tZ memenuhi

kondisi stasioner jika untuk semua t dipenuhi :

i. ( )tE X

ii. var( )tX

iii. ( , ) ( , ) , ,x xr s r t s t r s t Z

,tX tZ dengan 0, 1, 2, Z dikatakan

proses Autoregressive orde p (AR(p)) jika

tX stasioner dan jika untuk setiap t.

1 1 2 2t t t p t p tX X X X a ;

2(0, )ta WN

(Brockwell dan Davis, 1991)

Model Autoregressive dapat diterapkan jikapersyaratan stasioneritas dan invertibilitasdipenuhi, yaitu runtun waktu yang dibangunharus stabil dan tidak bervariasi dalam waktu.Pada model autoregressive nilai sekarangdipengaruhi oleh nilai – nilai sebelumnya.

Jika data menggambarkan karakteristiknon stasioner maka mungkin perlu untukmelakukan transformasi sehingga dihasilkanderet baru yang memenuhi asumsi stasioner(Brockwell dan Davis, 1991). Penyimpangandari stasioneritas dapat dilihat dari grafik plot dataasli atau dari fungsi autokorelasi sampel ataujuga dari keduanya. Salah satu cara untukmenstasionerkan dalam varians digunakanpower transformasi atau dinamakantransformasi Box Cox (Wei,1990). Jika ACFturun perlahan dan PACF mempunyai nilai positifatau negatif yang besar pada lag 1 maka databersifat stasioner.

Proses Moving Average dapat diterapkanjika persyaratan stasioneritas dipenuhi, yaituruntun waktu yang dibangun harus stabil dantidak bervariasi dalam waktu. Pada proses ininilai runtun waktu dipengaruhi oleh nilai movingaverage yang dinyatakan seperti

berikut ,tX tZ dengan 0, 1, 2, Z

dikatakan proses Moving Average orde q

(MA(q)) jika 1 1 2 2t t t t q t qX a a a a ;

2(0, )ta WN : (Brockwell dan Davis, 1991)

Suatu perluasan yang dapat diperoleh darimodel AR dan MAadalah model campuran yaitu

1 1 2 2 1 1 2 2t t t p t p t t t q t qX X X X a a a a

dan dinamakan model Autoregressive MovingAverage dan dinyatakan sebagai ARMA (p,q ).

Model ini biasa ditulis dengan t tB X B a

Proses Autoregressive Integrated MovingAverage (ARIMA) adalah analisis runtun waktunon stasioner. Dalam proses ini runtun waktuyang tidak stasioner dalam meandistasionerkan dengan dilakukan differencingsebanyak d sehingga menjadi proses stasioneryang dinyatakan sebagai ARIMA ( p, d, q ).


Musiman didefinisikan sebagai suatu polayang berulang dalam selang waktu yang tetap.Adanya faktor musiman dapat dilihat dari plotACF, PACF yang berbeda dengan nol pada lagmusiman. Selain itu dapat dilihat dari plot runtunwaktu itu sendiri yang cenderung periodik.

Suatu proses runtun waktu tX dikatakan

periodik dengan periode s jika ,t t sX X t

Pada proses ini jika runtun waktu tX dilakukan

differencing sebanyak d atau differencingmusiman sebanyak D maka menjadi prosesyang stasioner yaitu adalah proses stasioner(Brockwell dan Davis, 1991).

Interaksi antara model musiman danmodel ARIMA memiliki dua bentuk yaitu:a. Model Seasonal Additive (penjumlahan)

Pada model Seasonal Additive komponenmusiman berinteraksi dengan proses ARIMAsecara additive dilambangkan denganSARIMA((p,P),(d,D),(q,Q))s. Ada dua macaminteraksi yang mungkin, yakni Interaksi antara model musiman dengan

ARIMA secara additive pada komponenmoving average, dapat ditulis sebagai

21 2

1 2 21 2 1 2

(1 )(1 ) (1 )

(1 )

p d s Dp t

q s s sQq s s sQ t

B B B B B X

B B B B B B a

Interaksi antara model musiman denganARIMA secara additive pada komponenautoregresi, dapat ditulis sebagai

2 21 2 1 2

1 21 2

(1 )(1 ) (1 )

(1 )

p s s sP d s Dp s s sP t

qq t

B B B B B B B B X

B B B a

b. Model Seasonal MultiplikatifPada model ini, komponen musiman

berinteraksi dengan komponen dalam modelARIMA secara multiplikatif yaitu dengan notasioperator lag untuk model SARIMA(p,d,q)(P,D,Q)

s

Interaksi antara model musiman denganARIMA secara perkalian pada komponenmoving average, dapat ditulis sebagai

21 2

2 21 2 1 2

(1 )(1 ) (1 )

(1 )(1 )

p d s Dp t

q s s sQq s s sQ t

B B B B B X

B B B B B B a

Interaksi antara model musiman denganARIMA secara perkalian pada komponenautoregresi, dapat ditulis sebagai

2 21 2 1 2

1 21 2

(1 )(1 )(1 ) (1 )

(1 )

p s s sP d s Dp s s sP t

qq t

B B B B B B B B X

B B B a

METODOLOGI PENELITIANMetode penelitian yang digunakan adalah

dengan membuat model prediksi curah hujandengan analisis runtun waktu. Data dibagimenjadi dua bagian yaitu data training dan datatesting. Data training digunakan untuk membuatmodel curah hujan di Samarinda, selanjutnyadata testing digunakan sebagai pembandingprediksi dengan model yang didapat.Keakuratan prediksi diukur dengan beberapanilai ukuran keakuratan yaitu MSE ( Mean SquareError) dan MAPE ( Mean Absolute PercentageError = rata – rata prosentase kesalahan mutlakperamalan ) relatif terhadap data asli masing –masing dengan formula sebagai berikut (Wei,1990).

2

1

1 M

ll

MSE aM

1

1100%l

n l

Ma

Xl

MAPEM

Langkah – langkah perhitunganditunjukkan seperti pada gambar di bawah ini

Gambar 1. Diagram Alir Langkah Perhitungan


HASIL DAN PEMBAHASANPada penelitian ini data yang digunakan

adalah data curah hujan di Samarinda yangdiperoleh dari BMKG Temindung Samarindaselama 13 ( tiga belas ) tahun yaitu mulai Januari1998 sampai dengan Desember 2010. Untukmembuat model curah hujan di Samarindadigunakan data curah hujan bulanan mulai bulanJanuari 1998 sampai dengan bulan Juni 2010yaitu sebanyak 150 data. Sedangkan untuk datatesting digunakan data curah hujan bulan Juli2010 sampai dengan Desember 2010. Plot datatraining ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

Curah Hujan di Samarinda

0

100

200

300

400

500

600

Jan-9

8

Jan-9

9

Jan-0

0

Jan-0

1

Jan-0

2

Jan-0

3

Jan-0

4

Jan-0

5

Jan-0

6

Jan-0

7

Jan-0

8

Jan-0

9

Jan-1

0

Bulan

Cu

rah

Hu

jan

(mm

)

Gambar 2. Plot Curah Hujan di Samarinda

Untuk membuat model curah hujan diSamarinda dengan runtun waktu, maka yangpertama dilakukan adalah menstasionerkandata. Dengan melihat gambar di atasmenunjukkan bahwa data sudah stasioner,karena tidak mempunyai trend, dan dengan ujiunit root menunjukkan nilai prob = 0.00 < 0,05yang dapat disimpulkan bahwa data curah hujanstasioner

Tabel 1. Hasil uji unit rootTabel 1. Hasil uji unit rootNull Hypothesis: HUJAN has a unit rootExogenous: ConstantLag Length: 0 (Automatic based on SIC, MAXLA G=13)

t-Statistic Prob.*

Augmented Dickey-Fuller test statistic -9.495939 0.0000Test critical values: 1% level -3.474567

5% level -2.88085310% level -2.577147

*MacKinnon (1996) one-sided p-values.

Berdasarkan data curah hujan yang sudahstasioner dibentuk model dan diperoleh modelyang signifikan seperti pada tabel di bawah :

Tabel 2. Estimasi model Curah Hujan diSamarinda

Dependent Variable: HUJANMethod: Least SquaresDate: 07/05/11 Time: 03:44Sample(adjusted): 1999:01 2010:06Included observations: 138 after adjusting endpointsConvergence achieved after 9 iterationsBackcast: 1998:12

Variable Coefficient Std. Error t-Statistic Prob.

AR(1) 0.777199 0.058071 13.38360 0.0000AR(12) 0.213976 0.055286 3.870373 0.0002MA(1) -0.577377 0.095965 -6.016562 0.0000

R-squared 0.050300 Mean dependent var 193.3543Adjusted R-squared 0.036230 S.D. dependent var 95.15658S.E. of regression 93.41690 Akaike info criterion 11.93352Sum squared resid 1178107. Schwarz criterion 11.99716Log likelihood -820.4129 Durbin-Watson stat 1.952975

Inverted AR Roots 1.00 .85 -.41i .85+.41i .50 -.73i.50+.73i .05 -.86i .05+.86i -.39 -.75i

-.39+.75i -.71 -.43i -.71+.43i -.83Inverted MA Roots .58

Uji residual menunjukkan bahwa residualdari model di atas sudah white noise yangditunjukkan oleh corelogram yaitu plot ACF danPACF yang berada di dalam garis Bartlet dannilai prob > 0.05 seperti ditunjukkan pada outputeviews di bawah :

Tabel 3. Correlogram dari Residual model CurahHujan di Samarinda

Dengan memperhatikan estimasi modeldengan nilai Prob < 0.05 dan residual yang whitenoise diperoleh model yang terbentuk adalahSARIMA((1,1),(0,0),(1,0)) dengan persamaanyang terbentuk adalah

1 12 10.78 0.21 0.58t t t tX X X a

Sehingga prediksi curah hujan untuk 6bulan ke depan dan perbandingan dengan datatesting adalah seperti pada tabel di bawah :

Tabel 4. Prediksi Curah Hujan di Samarinda

Detail perbandingan antara prediksi dandata sesungguhnya ditunjukkan seperti padagambar di bawah :

Prediksi Curah Hujan di Samarinda

0

50

100

150

200

250

300

Jul-10 Aug-10 Sep-10 Oct-10 Nov-10 Dec-10

Bulan

Cu

rah

Hu

jan

(mm

)

Validasi

Prediksi

Gambar 3. Plot Prediksi Curah Hujan di SamarindadenganRuntunWaktu

KESIMPULANModel curah hujan di Samarinda dengan

runtun waktu mempunyai komponen musimandengan periode 12 bulan dengan model adalahSARIMA((1,1),(0,0),(1,0)) dengan persamaanyang terbentuk adalah

1 12 10.78 0.21 0.58t t t tX X X a

Prediksi curah hujan untuk bulan Juli 2010sampai dengan Desember 2010 menunjukkankesalahan prediksi yaitu MSE sebesar 1951 danMAPE 19%.

Untuk menentukan model curah hujan diSamarinda dapat dikembangkan penelitianlanjutan yaitu dengan metode lain sehinggadapat dibandingkan metode terbaik yang sesuaiuntuk curah hujan di Samarinda.

DAFTAR PUSTAKAAbraham,Bovas dan Johannes Ledolter. 1983.

Statistical Methods for Forecasting.John Wiley & Sons.Inc.

Box, George E.P dan Gwilyn M. Jenkins. 1970,Time Series Analysis Forecasting andControl. Holden-Day.Inc., California

Brockwell, Peter J dan Richard A Davis. 1991.Time Series Theory & Methods.Springer Verlag . New York.

Soejoeti, Zanzawi. 1987. Analisis Runtun Waktu.Materi Pokok UT. Karunika. Jakarta.

Wei, William W.S. 1990. Time Series Analysis.Addison Wisley. New York.


lValidasi

n lX

Prediksi

KesalahanPrediksi

lala l

n l

a

X

2la

1 258.7 194.36 -64.3402 64.3402 0.24871 4139.66

2 144.1 190.168 46.0677 46.0677 0.31969 2122.23

3 202 159.669 -42.3306 42.3306 0.20956 1791.88

4 235.1 182.26 -52.8399 52.8399 0.22475 2792.06

5 207.1 187.581 -19.5188 19.5188 0.09425 380.984

6 216.9 194.901 -21.9987 21.9987 0.10142 483.943

TOTAL : 1.19838 11710.8

Keakuratan prediksi curah hujan yaitu :a. MSE ( Mean Square Error = rata-rata kuadrat

kesalahan prediksi)

2

1

1

1(11710.8)

6

1951

M

ll

MSE aM

b. MAPE ( Mean Absolute Percentage Error =rata – rata prosentase kesalahan mutlakprediksi )

1

1100%

1(1.19838) 100%

6

19%

l

n l

Ma

Xl

MAPEM

mp juni 2011 - karyailmiah.polnes.ac.idkaryailmiah.polnes.ac.id/images/download-pdf/arsip jurnal/mp...

Documents