J. Tek. Ling Vo.11 No.3 Ha. 381-387 Jakarta, September 2010 ISSN 1441-318X PENGARUH KOMPOSISI BIODIESEL TERHADAP KINERJA MESIN DAN EMISI GAS BUANG Martin Djamin 1 dan Soni S.Wirawan 2 Peneiti di Pusat Pengkajian dan Penerpan Teknoogi Konversi dan Konservasi Energi 1) Peneiti di Baai Rekayasa Desain dan Sistem Teknoogi 2 Badan Pengkajian dan Penerpan Teknoogi Abstract Renewabe energy sources make a distinction as a promising soution towards sustainabe and environmentay friendy energy production. Deveoping biodiese is very important for Indonesia due to various reasons incuding the abundance avaiabiity of the raw materias; an aternative renewabe fue to strengthen the country energy security and it is a soution to improve oca air quaity in severa Indonesian major cities. Biodiese offers a reaistic short-term aternative to substitute fossi fues, and it wi aso be a necessary addition to the emission free technoogy for the future. This paper is intended to provide assessment and investigation of the use of different composition of biodiese and its impact to the environment. Key words: Energy security, renewabe energy, Biodiese. 1. PENDAHULUAN Setiap jenis kendaraan bermotor mempunyai faktor emisi yang spesifik. Faktor emisi tersebut tergantung dari teknoogi dan kapasitas mesin serta jenis bahan bakar yang dipakai. Sampai saat ini hampir semua data faktor emisi didapat berdasarkan pengukuran kendaraan yang berbasis bahan bakar fosi (soar dan bensin), sedangkan data yang berbasis bahan bakar biodiese masih sangat terbatas. Biodiese adaah bahan bakar terbarukan ramah ingkungan, yang terbuat dari minyak nabati. Secara kimia biodiese termasuk daam goongan mono aky ester atau mety ester dengan panjang rantai karbon antara 12 sampai 20, sedangkan petroeum diese (soar) mempunyai komponen utama adaah hidrokarbon. Karena mempunyai sifat kimia dan fisika yang serupa dengan soar maka biodiese dapat digunakan angsung untuk mesin diese atau dicampur dengan soar tanpa peru memodifikasi mesin. Biodiese mempunyai fash point ebih tinggi dari pada soar, sehingga tidak mudah terbakar. Disamping itu biodiese tidak mengandung sufur 1] dan senyawa benzene yang karsinogenik sehingga biodiese merupakan bahan bakar yang ebih bersih dan ebih mudah ditangani dibandingkan dengan soar. Sifat ain dari biodiese adaah mempunyai Cetane number dan Viskositas ebih tinggi, serta sifat peumasan yang ebih baik dibandingkan soar. Makaah ini akan membahas kinerja mesin diese dan pengaruhnya terhadap ingkungan (emisi gas buang) dengan Pengaruh Komposisi Biodiese,... J.Tek. Ling. 11 (3): 381-387 381
menggunakan berbagai komposisi campuran biodiese. Campuran biodiese yang akan dipergunakan pada peneitian ini adaah B0 (minyak diese murni), B10, B20, B30, B50 dan B100 (biodiese murni). Kinerja mesin akan dievauasi dengan pengukuran torsi daya dan konsumsi bahan bakar. Sedangkan evauasi terhadap emisi diakukan dengan pengukuran karbon monoksida (CO), hydrocarbon (HC), partike (PM), karbon dioksida (CO 2 ) dan poutan NO X 2]. 2. METODOLOGI Tahapan peneitian dimuai dengan penyiapan sampe bahan bakar soar murni (B0) dan Biodiese murni (100) yang kemudian dibuat campuran B10, B20, B30, dan B50 untuk dijadikan obyek pengujian (uji properties, kinerja mesin dan emisi), seperti ditampikan daam gambar 1 Sampe B0 (Soar Murni) Sampe B100 (Biodiese murni) Uji Kinerja Mesin Sampe B0, B100, B10, B20, B30, B50 Uji Propeties Gambar 1. Metodoogi pengujian 2.1. Sampe Bahan Bakar Uji Emisi Sampe bahan bakar soar murni ditentukan yaitu soar yang dambi angsung dari kiang minyak baongan miik Pertamina. Aasan penentuan soar dari Pertamina ini adaah soar masih murni dan diasumsikan beum terjadi perubahan spesifikasi daam tahap distribusi. Sedangkan sampe biodiese murni digunakan biodiese hasi produksi proses pengoahan biodiese Baai Rekayasa Desain dan Sistem Teknoogi (BRDST BPPT) yang berokasi di kawasan PUSPIPTEK Serpong. Spesifikasi dari kedua sampe tersebut teah memenuhi standard yang ditentukan (SNI) seperti ditampikan daam tabe 1. Tabe 1. Spesifikasi B0 dan B100 No Parameter Unit B(0) B100 851 1 Density at 40 C kg/m 3 (15 859,0 C) 2 Kinematic viscosity (40 Mm 2 /s (cst) 5,733 4,448 C) 3 Cetane number 4 Fash point C 101 185 5 Coud point C 18 16 6 7 8 9 10 Copper strip corrosion Carbon residue - in undistied sampe, or - in 10 % distiation residue Water and sediment 90% (v/v) recovered at distiation temperature Ash content (sufated ash) 11 Sufur content 12 Phosphorous content Rating (3 hours at 50 C) No. 1 No. 1 0,02 0,02 0,30 %-vo. 0.05 0,020 C ppm-m (mg/kg) ppm-m (mg/kg) 379 < 0,01 344 ni 222 < 3-4,960 13 Acid number mg-koh/g 0,18 0,504 14 Free gycero - 0,0052 15 Tota gycero - 0,23967 16 Ester content - 99,158 17 Iodine number (g-i2/100g) - 58,550 18 Haphen test - negative 382 Djamin. M dan Wirawan. S. S, 2010
2.2. Pengujian Mesin Pengujian kinerja dan emisi gas buang dari mesin diakukan dengan menggunakan chassis dynamometer di Laboratorium Baai Termodinamika, Mesin dan Propusi (BTMP- BPPT). Spesifikasi kendaraan yang diiuji: Kendaraan penumpang tahun 2004; Direct injection; Transmisi otomatis; Kapasitas mesin diese 2500 cc Chassis dynamometer terdiri dari sepasang drum dengan diameter 48 inchi. Roda bagian beakang dari kendaraan ditempatkan pada drum tersebut (seperti terihat pada gambar 2). Drum ini dihubungkan dengan sebuah motor arus searah dengan spesifikasi sebagai berikut: Kecepatan maksimum 200 km/jam Daya maksimum 150 kw Inertia dapat diuji: 454-2722 kg Suhu ruangan pengujian: 5 o -40 o C 2.3. Anaisa Emisi Tota Hydrocarbon Anayzer Detector: heated fame ionization Accuracy and repeatabiity:+/- 1% Measurement range: 0-4, 0-10, 0-100,0-400, 0-1000, 0-4000, 0-10000 ppm Response time: 2s at 2 L/min fow rate Ambient temperature: 5-40 0 C Reative humidity: maximum 95% NO X anayzer Detector: Chemiuminescent Accuracy and repeatabiity:+/- 1% Measurement range: 0-4, 0-10, 0-100, 0-400, 0-1000, 0-4000, 0-10000 ppm Respond time: 1.5 s at 2 L/min fow rate CO anayzer Detector : non dispersive infra-red Accuracy and repeatabiity: +/- 1% Measurement range: 0-100, 500,1000 ppm, 1%, 5%, 10% Respond time: 15 s at 1 L /min fow rate Ambient temperature: 5-30 0 C Sistem anaisa dari emisi CVS (Constant Voume Samping) terdiri dari ima bagian utama yaitu handing unit (sistem pengeoa), bag (kantong), partike dan hydrocarbon samping system dan penganaisa emisi. Fungsi dari sistem pengeoa adaah untuk mengontro sirkuasi gas keuaran (exhaust gas) dari kendaraan. Emisi dari CVS dikumpukan daam kantong. Sistem penyampean partike dan hydrocarbon hanya digunakan untuk pengujian kendaraaan bermesin diese. Sistem anaisa emisi terdiri dari penganaisa gas (gas anayzer) yang berfungsi untuk menganaisa emisi gas buang dari kantong atau kondisi transient dan menimbang partike. Spesifikasi aat penganaisa gas adaah sebagai berikut: Particuate weighing Maximum oad: 5000 mg Readabiity: 0.001 mg Time for stabiization: 10 s Fiter used: PALLFLEX-70mm Tata etak dari peraatan uji ditampikan daam gambar 2. Gambar2. Tata etak peraatan uji Pengaruh Komposisi Biodiese,... J.Tek. Ling. 11 (3): 381-387 383
3. HASIL DAN DISKUSI Pengujian emisi untuk semua sampe diuji dengan standar pengukuran ECE R83 (EURO 2) seperti terihat pada gambar 3. Penggunaan bahan bakar diukur dengan metoda pengujian ECE No.84 dan kinerja mesin diuji dengan metoda 80/1269 EEC. 3.1. Kinerja Mesin Hasi pengukuran kinerja mesin digambarkan daam bentuk grafis seperti terihat pada gambar 4 dan 5. Gambar tersebut memperihatkan torsi dan daya mesin versus kecepatan mesin sebagai fungsi dari beberapa komposisi campuran biodiese (B0, B10, B20, B30, B50 dan B100). Pada gambar 4 terihat bahwa daya puncak dicapai pada kecepatan yang sama yaitu 70 km/jam. Daya paing keci dihasikan oeh mesin yang menggunakan B100 (56 kw). Hasi pengujian memperihatkan bahwa daya yang dibangkitkan oeh B100 ebih rendah dari pada daya yang dihasikan oeh B0. Ha ini disebabkan oeh niai kaori dari biodiese murni ebih rendah sekitar 10% dari minyak soar murni (B0). Gambar 5 memperihatkan bahwa torsi maksimum tercapai pada kecepatan 30-40 km/jam untuk semua jenis bahan bakar. Torsi yang paing rendah adaah untuk biodiese murni (B100). Dari gambar 4 dan 5 terihat bahwa campuran terbaik adaah untuk 20% biodiese (B20) dimana pada kecepatan 70 km/jam didapat daya dan torsi tertinggi. Gambar 4. Daya vs kecepatan mesin 3.2. Pengaruh Biodiese Terhadap Emisi dan Konsumsi Bahan Bakar Pengaruh komposisi biodiese untuk pengurangan emisi gas buang ditunjukkan pada gambar 6. Dimana terihat emisi gas buang turun secara inier dengan penambahan campuran biodiese. Emisi partike berkurang dengan tajam untuk B10, sedangkan emisi HC muai berkurang pada campuran biodiese 20% (B20). Pengaruh dari suphur didaam soar 384 Djamin. M dan Wirawan. S. S, 2010
pada emisi partike teah diteiti oeh Merkisz 3] dimana hasinya adaah partike tertinggi terjadi untuk bahan bakar yang mengandung suphur tertinggi. Untuk bahan bakar yang mengandung suphur rendah (350-50 ppm) menghasikan partike (PM) yang sama. Tetapi untuk bahan bakar yang mengandung suphur ebih tinggi (2000 ppm) akan menghasikan PM 20% ebih tinggi dari pada soar yang mengandung suphur rendah. Emisi CO dan NO X juga berkurang waaupun tidak setajam penurunan emisi partike dan HC. Hasi pengukuran Emisi NO X untuk campuran biodiese yang tinggi terihat rendah, hasi ini berawanan dengan hasi peneitian yang teah diakukan untuk biodiese berbahan baku bukan sawit. H a i n i d i s e b a b k a n k a r e n a pembentukan NO X tergantung dari suhu pembakaran dan kandungan oksigen didaam campuran pembakaran. Karena bahan bakar campuran biodiese mempunyai kemampuan pembakaran yang ebih cepat, akan menaikkan suhu ruang bakar dan tekanan, yang kemudian meningkatkan pembentukan NO X. Hampir pada semua rujukan menyatakan bahwa mesin yang menggunakan bahan bakar biodiese menghasikan peningkatan sedikit emisi NO X 4]. Gambar 5. Torsi vs kecepatan mesin Gambar 7 memperihatkan hasi pengukuran konsumsi bahan bakar terhadap komposisi campuran biodiese. Konsumsi bahan bakar untuk B100 (0,69 L/10 km) adaah ebih tinggi dari pada konsumsi bahan bakar B0 yaitu sebesar 1,03 L/10 km. Waaupun emisi CO dan HC dari B0 ebih tinggi dari pada B100, B0 meepaskan emisi CO 2 ebih rendah dari pada B100 yang mengakibatkan efek yang signifikan daam mengurangi konsumsi bahan bakar. Dari kurva gambar 7 terihat bahwa pengurangan konsumsi bahan bakar tergantung dari komposisi campuran biodiese. B10, B20, B30, B50 dan B100 yaitu 6%, 9%, 16%, 22% dan 33%. Hasi ini menunjukkan hubungan yang jeas antara viskositas bahan bakar dengan atomisasi bahan bakar. Viskositas bahan bakar yang tinggi cenderung mengurangi kuaitas dari atomisasi bahan bakar yang berakibat kepada emisi dan konsumsi bahan bakar. Sifat kimiawi dan fisika dari bahan bakar seperti angka cetane akan menentukan Pengaruh Komposisi Biodiese,... J.Tek. Ling. 11 (3): 381-387 385
Gambar 6. Pengaruh campuran biodiese terhadap emisi Gambar 7. Konsumsi bahan bakar terhadap komposisi biodise kandungan emisi gas buang NO X 5,6]. Secara umum dapat dikatakan bahwa pembentukan emisi NO X sangat kompeks karena tergantung kepada bahan bakar, teknoogi mesin dan faktor sikus pengujian 4. Kesimpuan dan Saran 4.1. Kesimpuan Hasi pengujian membuktikan bahwa penambahan biodiese sampai dengan 20% kedaam soar dapat meningkatkan kinerja mesin. Daya dan torsi tertinggi dihasikan pada kecepatan 70 km/jam, akan tetapi penambahan komposisi bidiese ebih tinggi mengakibatkan penurunan kinerja mesin. Emisi SO 2, partike, CO dan NO X. menurun secara konsisten dengan peningkatan kandungan biodiese daam campuran bahan bakar. Akan tetapi karakteristiknya bervariasi tergantung dari jenis emisinya. Penurunan kadar emisi paing signifikan dengan digunakannya biodiese terjadi pada emisi SO 2 dan PM. 386 Djamin. M dan Wirawan. S. S, 2010
4.2. Saran Daam mensukseskan penerapan biodiese sebagai bahan bakar untuk mensubtitusi minyak, peru juga diakukan peneitian tentang faktor-faktor sosia ekonomi, seperti penerimaan masyarakat, efek terhadap pertumbuhan ekonomi, penurunan angka kemiskinan dan pembukaan kesempatan kerja sesuai dengan strategi pembangunan nasiona yang dicanangkan oeh Bapak Presiden RI dan dikena dengan istiah Tripe Track Strategy DAFTAR PUSTAKA 1. Moreno, F., M. Munoz and J. Morea- Roy. Sunfower Methy Ester as a Fue for Automobie Diese Engines. In Transaction of the ASAE 42(5):1181-1185. 1999. 2. Wirawan, S.S. Tambunan, A.H. Djamin, M. and Nabetani, H. The Effect of Pam Biodiese Fue on the Performance and Emission of the Automotive Diese Engine. Agricutura Engineering Internationa: the CIGR Ejourna. Manuscript EE 07 005. Vo. X. Apri. 2008. 3. Merkisz, J., M. Kozak, P. Bieaczyc, A. Szczotka. An Investigation of Infuence of Diese Fue Suphur Content on Particuates Emissions From Direct Injection Common Rai Diese Vehice. Journa of KONES Interna Combustion Engines, No. 3 4 ISSN 1231 4005. 2002. 4. Mittebach M, Remschmidt C. Biodiese, The Comprehensive Handbook. 1 st ed. Graz Austria: Martin Mittebach (Pubisher); 2004. 5. Sharp, C. Emission with ethy and methy esters of biodiese. In Commerciaization of Bodies: Environmenta and Heath Benefits. Moscow. Idaho: Nationa Institute for Advanced Transp. Tech. University of Idaho. 1996. 6. Peterson, C. L., J. S. Taberski, J.C. Thompson and C.L. Chase. 2000. The Effect of Biodiese Feedstock on Reguated Emission in Chassis Dynamometer Test of a Pickup Truck. In Transaction of the ASAE 43(6):1371-1381 Pengaruh Komposisi Biodiese,... J.Tek. Ling. 11 (3): 381-387 387