Pengaruh Putaran Motor Terhadap Kualitas Biodiesel CPO Hasil Pemisahan dengan Sistem Sentrifugasi

Transkripsi

1 Pengaruh Putaran Motor Terhadap Kualitas Biodiesel CPO Hasil Pemisahan dengan Sistem Sentrifugasi Erry Ika Rhofita Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Sunan Ampel Surabaya ABSTRAK Faktor utama penentu jumlah rendemen dan kualitas biodiesel dalam proses produksi biodiesel adalah reaksi transesterifikasi dan proses pencucian biodiesel dengan air. Pada proses pencucian biodiesel yang bertujuan menghilangkan pengotor yang terdapat pada biodiesel seperti sisa metanol, katalis, dan gliserol ternyata mempunyai permasalahan setelah proses pencucian berlangsung. Permasalahan tersebut terdapat pada proses pemisahan masih dilakukan secara konvensional dengan menggunakan peralatan sederhana yang bergantung pada gravitasi dan memerlukan waktu yang lama, sehingga efisiensi dan efektifitas proses pengolahan biodiesel menjadi menurun. Untuk meminimalisir permasalahan tersebut proses pemisahan biodiesel dengan air bekas pencucian dengan menitik beratkan pada sistem sentrifugasi melalui penggunaan pengaduk dengan sudut 120, yang diputar dengan kecepatan putar motor yang bervariasi dan disaring berdasarkan perbedaan densitas air dan biodiesel untuk memperoleh mutu biodiesel yang sesuai dengan SNI biodiesel. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan putaran motor yang tinggi (600 rpm) akan menghasilkan emulsi yang tinggi akibat turbulensi tinggi dan berpengaruh terhadap penurunan kualitas biodiesel. Analisa produk biodiesel hasil penelitian secara keseluruhan memenuhi standar yang telah ditetapkan SNI biodiesel, dari beberapa parameter seperti densitas, viskositas, titik nyala, indeks sentana, dan nilai asam total. Kata kunci : pemisahan biodiesel, kualitas biodiesel, sentrifugasi ABSTRACT The main factor determining the amount of the yield and quality of biodiesel in the biodiesel production is transesterification reaction and biodiesel washing with water. In the biodiesel washing aimed at eliminating impurities contained in the biodiesel as residual methanol, catalyst, and glycerol turned out to have problems after the washing process takes place. These problems are in the process of separation is done conventionally by using simple equipment that relies on gravity and requires a long time, so that the efficiency and effectiveness of the processing of biodiesel is lowered. To minimize these problems separation process biodiesel with used water from sinks by focusing on a centrifuge system through the use of a stirrer at an angle of 120, which is rotated by the motor rotational speed varied and filtered based on the differences in water density and quality of biodiesel to obtain biodiesel in accordance with Indonesian Standard of biodiesel. The results showed that the use of a high motor rotation (600 rpm) will produce high emulsion due to high turbulence and a reduction in the quality of biodiesel. Analysis of biodiesel product overall study results meet the established Indonesian Standard of biodiesel, the several parameters are density, viscosity, flash point, cemetery index, and total acid number. Keywords: separation of biodiesel, biodiesel quality, centrifugation Pendahuluan Minyak sawit (CPO) di Indonesia mempunyai potensi yang sangat besar untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku utama dalam pembuatan biodiesel sebagai bahan bakar alternatif pengganti solar. Data dari SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

2 Kementrian ESDM menunjukkan bahwa konsumsi bahan bakar solar per bulan November 2014 meningkat 4% dari konsumsi bahan bakar solar tahun 2013 yang mencapai juta kl. Berdasarkan data tersebut penggunaan bahan bakar alternatif biodiesel harus terus dikembangkan seiring dengan pertumbuhan ekonomi Indonesia yang terus meningkat. Secara umum proses produksi biodiesel sebagai bahan bakar alternatif cukup sederhana, namun harus memperhatikan reaksi transesterifikasi dan pencucian biodiesel karena kedua proses tersebut merupakan faktor utama penentu rendemen dan kualitas biodiesel. Setelah melewati proses pencucian biodiesel dengan air untuk menghilangkan pengotor yang terdiri dari sisa metanol, katalis, dan gliserol, proses terpenting yang dilakukan adalah pemisahan biodiesel dengan air bekas pencucian. Umumnya proses pemisahan tersebut masih dilakukan secara konvensional dengan menggunakan peralatan sederhana yang bergantung pada gravitasi dan memerlukan waktu yang lama, sehingga efisiensi dan efektifitas proses pengolahan biodiesel menjadi menurun. Seperti halnya penelitian yang dilakukan oleh Suprianti & Kurniawan (2006) yang menyatakan bahwa setelah melewati tahapan pencucian biodiesel masih bercampur dengan air dan diperlukan proses pengendapan yang memerlukan waktu yang relatif lama biasanya berkisar antara 1 sampai 3 jam sebelum dilakukan proses pemisahan antara air bekas pencucian dengan biodiesel. Pemisahan biodiesel dengan air bekas pencucian merupakan salah satu penyebab penurunan jumlah rendemen dan kualitas biodiesel yang dihasilkan, akibat tercampurnya biodiesel dengan air bekas maupun pengotor lainnya, yang mampu menurunkan kualitas biodiesel. Seperti penelitian yang dilakukan oleh Listiawati (2007) dan Budiman (2008), yang menitik beratkan penelitiannya pada proses pemisahan biodiesel dalam proses pencucian dengan metode sentrifugasi untuk mempercepat waktu pemisahan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kecepatan sentrifugasi sebesar 500 rpm selama satu menit sudah dapat mengefisiensikan proses mereduksi waktu pemisahan biodiesel. Dari beberapa permasalahan yang ditimbulkan pada proses pemisahan biodiesel dengan air bekas pencucian dengan menitik beratkan pada sistem sentrifugasi melalui penggunaan pengaduk dengan sudut 120, yang diputar dengan kecepatan putar motor yang bervariasi dan disaring berdasarkan perbedaan densitas air dan biodiesel untuk memperoleh mutu biodiesel yang sesuai dengan SNI biodiesel. Metode Penelitian Penelitian ini menggunakan metode eksperimental murni dan setiap data percobaan diambil dengan 3 kali pengulangan untuk berbagai variasi variabel. Adapun variabel dalam penelitian ini, antara lain : 1. Variabel tetap yang digunakan dalam penelitian ini adalah volume biodiesel CPO sebanyak 1000 ml dan volume air pencucian sebanyak 1000 ml. 2. Variabel bebas yang digunakan dalam penelitian ini adalah putaran motor pemisahan sebasar 200 rpm, 400 rpm dan 600 rpm serta waktu proses pemisahan selama 5 menit. 3. Variabel respon dalam penelitian ini adalah densitas, viskositas, titik nyala, kadar air, indeks sentana, dan nilai asam total yang kemudian dibandingkan dengan mutu biodiesel standard SNI dan ASTM. Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak CPO yang mempunyai kadar FFA sebesar 0.08%, menurut Tiwari, et al (2007), kadar FFA yang rendah (<2%) proses transesterifikasi dengan menggunakan katalis basa dapat langsung diakukan dalam pembuatan biodiesel tanpa melalui reaksi esterifikasi. KOH sebagi katalis pada reaksi transesterifikasi, metanol, dan air untuk menghilangkan pengotor dalam biodiesel (sisa metanol, katalis, dan gliserol). Pemisahan biodiesel dengan air bekas pencucian dilakukan dengan menggunakan mesin pemisah sistem sentrifugasi hasil rekayasa yang dilengkapi dengan motor 1 fase berdaya 0.37 kw, pengaduk dengan sudut sebesr 120, dan lubang penyaring dengan ketelitian 80 mesh untuk mempermudah proses pemisahan. Secara lengkap tahapan penelitian ditunjukkan oleh Gambar 1. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

3 Mulai Uji FFA Minyak CPO Pemanasan awal hingga T = 55 C Metanol + KOH Reaksi Transesterifikasi T = 55 C t = 60 menit kecepatan putaran pengaduk 660 Pengendapan selama 24 jam Glisero Metil Air Pencucian Tinggi air = 6 cm Jumlah lubang nosel = 3 lubang Ø 0.5 mm Debit Air pencucian = 0.15 l/menit t = 5 Pemisahan dengan Sistem Sentrifugasi Putaran motor = 200,400, dan 600 rpm Waktu proses = 5 menit Air Biodiesel Selesai Mutu Biodiesel Densitas Titik Nyala Viskositas Nilai Asam Total Indeks Sentana Gambar 1. Tahapan penelitian Hasil dan Pembahasan Densitas Biodiesel Karakteristik utama dalam bahan bakar minyak adalah densitas. Densitas merupakan perbandingan berat per satuan volume. Densitas menunjukkan perbandingan berat per satuan volume. Dalam penelitian ini nilai densitas biodiesel hasil penelitian berkisar antara g/cm³ g/cm³). Nilai densitas pada biodiesel hasil penelitian ini masih memenuhi SNI biodiesel yang menetapkan nilai densitas antara g/cm³. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

4 Gambar 2. Pengaruh putaran motor terhadap densitas biodiesel Gambar 2 menunjukkan bahwa putaran motor yang semakin tinggi dapat meningkatkan nilai densitas biodiesel. Hal ini disebabkan adanya emulsi yang terbentuk akibat turbulensi dari penggunaan putaran motor yang tinggi. Emulsi merupakan sistem koloid yang terbentuk pada proses pencucian biodiesel dan reaksi transesterifikasi yang kurang sempurna. Akibat penggunaan putaran motor yang semakin tinggi emulsi yang terbentuk juga semakin besar, sehingga nilai densitas biodiesel juga semakin besar. Viskositas Biodiesel Gambar 3. Pengaruh putaran motor terhadap viskositas biodiesel Dari penelitian ini nilai viskoistas biodiesel berkisar antara antara cst cst. Nilai viskositas ini memenuhi standar untuk viskositas biodiesel menurut SNI, viskositas biodiesel dalam SNI berkisar antara 2.3 cst 6.0 cst. Sama seperti halnya pada densitas biodiesel Gambar 3 menunjukkan bahwa semakin tinggi putaran motor yang digunakan semakin tinggi pula nilai viskositas biodiesel. Hal ini tidak sesuai dengan teori yang ada, yang menyatakan bahwa penggunaan putaran motor yang tinggi akan meningkatkan nilai viskositas biodiesel, akibata adanya emulsi yang berlebih. Menurut McChormick dan Graboski (1998), besarnya viskositas biodiesel tergantung pada komposisi asam lemaknya. Viskositas akan bernilai tinggi apabila jumlah rantai atau jumlah atom karbonnya semakin panjang. Emulsi yang terbentuk inilah yang akan mengubah jumlah atom karbon dan konfigurasi ikatan sehingga dapat meningkatkan nilai viskositas biodiesel. SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

5 Indeks Sentana Biodiesel Nilai indeks sentana berpengaruh terhadap kualitas pembakaran yang dihasilkan. Nilai indeks sentana yang rendah menyebabkan penyalaan mesin menjadi sukar, sehingga dapat menimbulkan diesel knock atau suara pukulan di dalam ruang bakar. Untuk analisa indeks setana ini harus dilakukan destilasi pada produk biodiesel untuk mendapatkan nilai mid boiling point yaitu temperatur pada saat 50% volume destilat biodiesel tertampung pada saat destilasi. Selain itu angka cetane juga sangat bergantung pada nilai densitas biodiesel. Gambar 4. Pengaruh putaran motor terhadap indeks sentana biodiesel Gambar 4 menunjukkan bahwa nilai indeks sentana biodiesel berkisar antara 51.1 sampai Nilai indeks esntana hasil penelitian ini bila dibandingkan dengan nilai indeks sentana biodiesel; SNI yang menetapkan minilal 51, maka dapat diketahui bahwa nilai indeks sentana biodiesel hasil penelitian telah memenuhi persyaratan. Semakin besar putaran pompa yang digunakan dalam proses pemisahan biodiesel dengan air bekas pencucian nilai indeks sentana yang dihasilkan akan semakin kecil. Nilai indeks sentana biodiesel berbanding terbalik dengan nilai densitas dan viskositas biodiesel. Menurut Srivastava (2000), peningkatan nilai indeks sentana biodiesel bergantung pada kesempurnaan reaksi transesterifikasi melalui penambahan metanol sebagai reaktan. Selain itu, minimnya emulsi yang terbentuk pada proses pemisahan biodiesel dengan air bekas pencucian dengan penggunaan putaran motor yang rendah (200 rpm) juga mampu meningkatkan nilai indeks sentana biodiesel. Titik Nyala Biodiesel Titik nyala biodiesel hasil penelitian berkisar antara C C (Gambar 5). Titik nyala tersebut sudah sesuai dengan standar SNI biodiesel yang mensyaratkan titik nyala minimal untuk biodiesel sebesar 100 C. Karakteristik titik nyala biodiesel seluruhnya memenuhi standard SNI biodiesel untuk titik nyala. Titik nyala ini mempengaruhi keamanan bahan bakar untuk disimpan pada kondisi temperatur tertentu, semakin tinggi nilai titik nyala maka bahan bakar semakin aman untuk disimpan pada kondisi temperatur yang rendah (Prihandana, 2007). SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

6 Gambar 5. Pengaruh putaran motor terhadap titik nyala biodiesel Gambar 5 menunjukkan bahwa semakin tinggi putaran motor yang digunakan untuk pemisahan biodiesel dengan air, nilai titik nyala biodiesel akan semakin tinggi. Hal ini disebabkan oleh menurunkan berat molekul biodiesel yang telah bercampur dengan emulsi saat penggunaan putaran motor tinggi, sehingga menyebabkan peningkatan titik nyala yang secara langsung juga akan meningkatkan nilai densitas dan viskositas biodiesel. Menurut Islam, et al (2004), semakin tinggi nilai densitas biodiesel titik nyala biodiesel akan semakin tinggi. Semakin tinggi nilai viskositas biodiesel titik nyala biodiesel juga semakin tinggi. Nilai Asam Total Biodiesel Angka asam merupakan indikator biodiesel masih mengandung asam lemak bebas. Berarti, biodiesel bersifat korosif dan dapat menimbulkan jalaga atau kerak di injektor mesin diesel. Angka asam total biodiesel hasil penelitian berkisar antara mg KOH/g sampai mg KOH/g (Gambar 6). Angka asam total yang ditunjukkan oleh Gambar 6 dipengaruhi oleh putaran motor pada saat proses pemisahan. Semakin besar putaran motor yang digunakan, nilai angka asam total biodiesel akan semakin tinggi. Hal ini disebabkan penggunaan putaran motor yang besar akan menimbulkan turbulensi yang tinggi pada prosese pemisahan, sehingga pembentukan emulsi tidak dapat dihindarkan. Emulsi ini merupakan pengotor yang masih terdapat pada biodiesel yang tidak dapat terikat sepunuhnya oleh air. Emulsi biodiesel juga mempunyai sifat asam hal ini ditunjukkan dari ph emulsi yang berkisar antara 8 hingga 10. Sehingga dapat dapat bahwa semakin besar jumlah emulsi yang terbentuk nilai asam total biodiesel yang dihasilkan juga semakin besar. Gambar 6. Pengaruh putaran motor terhadap nilai asam total biodiesel SENATEK 2015 Malang, 17 Januari

7 Nilai angka asam total dari biodiesel hasil penelitian yang berkisar antara mg KOH/g sampai mg KOH/g apabila dibandingkan standard biodiesel SNI telah memenuhi standard biodiesel untuk nilai angka asam total. SNI menentapkan nilai maksimal untuk angk asam total sebesar 0.8 mg KOH/g. Kesimpulan Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan : 1. Penggunaan putaran motor yang tinggi (600 rpm) akan menghasilkan emulsi yang tinggi pada proses pemisahan biodiesel dengan air pencucian, yang akan mengakibatkan penurunan kualitas biodiesel. 2. Putaran motor yang paling efektif untuk proses pemisahan biodiesel dengan air bekas pencucian adalah 200 rpm. 3. Biodiesel yang diperoleh secara umum telah memenuhi standard SNI biodiesel yang digunakan oleh Pertamina untuk nilai densitas, viskositas titik nyala, indeks sentana, dan angka asam total. Daftar Pustaka 1. ASTM International, Annual Book of ASTM Standards : Petroleum Products, Lubricants, and Fossil Fuels, Volume 05, USA, Canakci, M. and J. V. Gerpen, Biodiesel Production from Oils and Fats with High Free Fatty Acids, American Society of Agricultural Engineers, 44(6), 2001, pp Gerpen, Jon., Van., Biodiesel Processing and Production, Fuel Processing Technology, 86, 2005, pp Humphrey, J. L. and G. E. Keller, Separation Process Technology: Performance, Selection, Scale-up, McGraw Hill Companies, New York, Knothe, G., Gerpen, J.V., and Krahl, Jurgen., The Biodiesel Handbook, AOCS Press, Illinois, Ma, F. and M. A. Hanna, Biodiesel Production: A Review, Bioresource Technology, 70, 1999, pp Meher, L. C., D. V. Sagar, and S. N. Naik, Technical Aspects of Biodiesel Production by Transesterification: A Review, Renewable and Sustainable Energy, 10, 2004, pp Prihandana, Rama, Hendroko, Roy, dan Makmuri Nuramin, Membuat Biodiesel Murah Mengatasi Polusi & Kelangkaan BBM, PT. AgroMedia Pustaka, Jakarta, Rachimoellah, M., Kartika Yeni, dan Riska P., Pembuatan Biodiesel dari Minyak Biji Alpukat (Persea gratissima) dengan Proses Transesterifikasi, Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Indonesia, Srivastava, Anjana, and Ram Prasad, Triglycerides-based Diesel Fuels, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 4, 2000, pp SENATEK 2015 Malang, 17 Januari