PROSES PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK BIOSOLAR (B30) MENGGUNAKAN PENAMBAHAN ADITIF N-BUTANOL DENGAN VARIASI SUHU Skripsi diajukan sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Kimia Oleh Sofi Norcahyati NIM.5213413004 Adhaningrum NIM.5213413064 JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2017 i
PERSETUJUAN PEMBIMBING Nama : Sofi Norcahyati NIM : 5213413004 Jurusan : Teknik Kimia Judul Skripsi : Proses Pembuatan dan Karakteristik Biosolar (B30) Menggunakan Penambahan Aditif N-Butanol dengan Variasi Suhu Nama : Adhaningrum NIM : 5213413064 Jurusan : Teknik Kimia Judul Skripsi : Proses Pembuatan dan Karakteristik Biosolar (B30) Menggunakan Penambahan Aditif N-Butanol dengan Variasi Suhu Skripsi ini telah disetujui oleh pembimbing untuk diajukan ke sidang panitia ujian skripsi Jurusan Teknik Kimia S-1 Fakultas Teknik UNNES. Semarang, 4 Agustus 2017 Pembimbing 1, Pembimbing 2, Dr. Megawati, S.T.,M.T Bayu Triwibowo, S.T.,M.T NIP. 197211062006042001 NIP. 198811222014041001 ii
PENGESAHAN Skripsi dengan judul Proses Pembuatan dan Karakteristik Biosolar (B30) Menggunakan Penambahan Aditif N-Butanol dengan Variasi Suhu telah dipertahan di depan sidang Panitia Ujian Skripsi Fakultas Teknik UNNES pada tanggal bulan Agustus 2017 Oleh Nama : Sofi Norcahyati Nama : Adhaningrum NIM : 5213413004 NIM : 5213413064 Jurusan : Teknik Kimia Jurusan : Teknik Kimia Ketua Panitia: Sekretaris Dr. Wara Dyah Pita Rengga, S.T.,M.T Dr. Megawati, S.T.,M.T NIP. 197405191999032001 NIP. 197211062006042001 Penguji Pembimbing I Pembimbing II Dhoni Hartanto, S.T.,M.Sc Dr. Megawati, S.T.,M.T Bayu Triwibowo, S.T.,M.T NIP. 198711112015041003 NIP. 197211062006042001 NIP.198811222014041001 Mengetahui: Dekan Fakultas Teknik UNNES Dr. Nur Qudus, M.T NIP. 196911301994031001 iii
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN Dengan ini saya menyatakan bahwa: 1. Skripsi ini adalah asli dan belum pernah diajukan untuk mendapatkan gelar akademik (sarjana, magister, dan/atau doktor), baik di Universitas Negeri Semarang (UNNES) maupun di perguruan tinggi lain. 2. Karya tulis ini adalah murni gagasan, rumusan, dan penelitian saya sendiri, tanpa bantuan pihak lain, kecuali arahan Pembimbing dan masukan Tim Penguji. 3. Dalam karya tulis ini tidak terdapat karya atau pendapat yang telah ditulis atau dipublikasikan orang lain, kecuali secara tertulis dengan jelas dicantumkan sebagai acuan dalam naskah dengan disebutkan nama pengarang dan dicantumkan dalam daftar pustaka. 4. Pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabila di kemudian hari terdapat penyimpangan dan ketidakbenaran dalam pernyataan ini, maka saya bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar yang telah diperoleh karena karya ini, serta sanksi lainnya sesuai dengan norma yang berlaku di perguruan tinggi ini. Semarang, Agustus 2017 Yang membuat pernyataan, Penulis I, Penulis II, Sofi Norcahyati Adhaningrum NIM. 5213413004 NIM. 5213413064 iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN MOTTO Barangsiapa menempuh suatu jalan untuk mencari ilmu, maka Allah akan memudahkan padanya jalan menuju ke surga (H.R.Muslim) Karena sesudah kesulitas itu ada kemudahan, maka apabila kamu telah selesai dari suatu urusan, kerjakanlah dengan sungguh-sungguh urusan yang lain (Qs. Al-Insyirah 6-7) PERSEMBAHAN 1. Allah SWT 2. Ayah, Ibu, dan Keluarga 3. Dosen-dosen Teknik Kimia 4. Teman-teman Teknik Kimia 2013 5. Almamaterku v
INTISARI Norcahyati, S dan Adhaningrum., 2017. Proses Pembuatan dan Karakteristik Biosolar (B30) Menggunakanan Penambahan Aditif N-Butanol Dengan Variasi Suhu. Skripsi, Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang. Pembimbing Dr. Megawati, S.T., M.T. Kata Kunci : Biosolar (B30), N-Butanol, Vogel-Fulcher-Tamman, Scale-Up Kebutuhan bahan bakar fosil semakin meningkat sehingga perlu dikembangkan bahan bakar alternatif. Biodiesel merupakan bahan bakar yang ramah lingkungan dibanding solar. Biodiesel memiliki kelemahan yaitu viskositas lebih tinggi pada suhu rendah, sehingga perlu pencampuran dengan solar. Untuk mengetahui kualitas biosolar perlu dilakukan uji viskositas kinematik, densitas dan cetane number. Dalam penelitian ini, aditif beroksigen n-butanol ditambahkan ke dalam biosolar (B30) (23% vol. biodiesel + 70% vol. solar + 7% vol. n-butanol) untuk memperbaiki karakteristik biosolar (B30). Aditif ditambahkan ke dalam tangki pencampuran yang dilengkapi dengan three blade propeller sebagai pengaduk dengan kecepatan 1750 rpm. Waktu pencampuran yaitu 15-165 menit dan dengan variasi suhu 30, 45, 60 dan 75 o C. Viskositas kinematik merupakan parameter yang paling penting untuk menganalisis kualitas masing-masing bahan bakar. Hasil uji viskositas menunjukkan adanya penurunan viskositas kinematik pada biosolar (B30) yang ditambahkan aditif n-butanol yaitu 3,26 mm 2 /s dibanding tanpa aditif yaitu 4,17 mm 2 /s. Kenaikan suhu dapat mengurangi viskositas campuran sehingga meningkatkan Bilangan Reynolds. Pemodelan korelasi yang digunakan untuk memprediksi viskositas kinematik sebagai fungsi suhu adalah persamaan Walther, Andrade linear dan polinomial serta Vogel-Fulcher-Tamman (VFT). Berdasarkan hasil perhitungan, persamaan Vogel-Fulcher-Tamman (VFT) adalah pemodelan korelasi yang terbaik, yaitu menghasilkan konstanta A, B, C, dan R 2 masing-masing sebesar -5,6, 1280, 350, dan 0,9996. Hasil uji densitas biosolar (B30) yaitu 843,3 kg/m 3 dan angka setana 114,9, hasil tersebut telah memenuhi standart dan spesifikasi biosolar. Scale-up untuk membuat sebuah pilot plant menggunakan data yang diperoleh dari eksperimen di laboratorium dengan korelasi hubungan kecepatan putaran (rpm) sebagai fungsi volume (ft 3 ) mengikuti persamaan N = 405,2V -0,333 dan hubungan daya (hp) sebagai fungsi volume (ft 3 ) mengikuti persamaan P = 0,15V 0,666. vi
KATA PENGANTAR Puji syukur alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat, rahmat, taufik dan hidayah-nya, penyusunan skripsi yang berjudul Proses Pembuatan dan Karakteristik Biosolar (B30) Menggunakanan Penambahan Aditif N-Butanol Dengan Variasi Suhu dapat diselesaikan dengan baik. Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. Penulis menyadari bahwa selesainya skripsi ini adalah karena adanya dorongan, bantuan, dan motivasi dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Dr. Nur Qudus M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. 2. Dr. Wara Dyah Pita Rengga, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas Negeri Semarang. 3. Dr. Megawati, S.T., M.T. dan Bayu Triwibowo, S.T, M.T selaku Dosen Pembimbing yang selalu memberi bimbingan, motivasi dan pengarahan yang membangun dalam penyusunan Skripsi. 4. Dhoni Hartanto., S.T., M.Sc. selaku Dosen Penguji yang telah memberikan masukan dan pengarahan dalam penyempurnaan penyusunan Skripsi. 5. Para Dosen Jurusan Teknik Kimia Universitas Negeri Semarang yang telah memberikan ilmunya kepada penulis. 6. Danang Subarkah, S.Si. selaku laboran Jurusan Teknik Kimia Universitas Negeri Semarang yang telah membantu dan membimbing selama praktikum penelitian di laboratorium. 7. Ayah, Ibu dan keluarga kami, terima kasih atas segala doa, kasih sayang, semangat, motivasi, dan dorongan serta dukungan baik moril maupun materiil dalam penyelasaian studi di bangku perkuliahan. 8. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia Unnes 2013 yang saling memberi vii
semangat, dukungan, dorongan, dan doa selama berjuang bersama menempuh jenjang S1 di Universitas Negeri Semarang. 9. Seluruh mahasiswa Teknik Kimia Universitas Negeri Semarang yang memberikan semangat, dukungan, dan motivasi serta doa untuk penulis. Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih terdapat kekurangan dan jauh dari sempurna, untuk itu besar harapan penulis dengan adanya koreksi, kritik, dan saran yang membangun. Semoga laporan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan terutama di bidang teknik kimia dan semoga Allah SWT membalas dengan imbalan yang setimpal bagi pihak-pihak yang telah membantu. Semarang, Agustus 2017 Penulis viii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i PERSETUJUAN PEMBIMBING... ii PENGESAHAN KELULUSAN... iii LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN... iv MOTTO DAN PERSEMBAHAN... v INTISARI... vi KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR LAMPIRAN... xiii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Identifikasi Masalah... 6 1.3 Batasan Masalah... 7 1.4 Perumusan Masalah... 7 1.5 Tujuan Penelitian... 8 1.6 Manfaat Penelitian... 9 BAB II KAJIAN PUSTAKA... 10 2.1 Krisis Energi... 10 2.2 Biodiesel... 11 2.3 Solar... 16 2.4 N-Butanol... 17 2.5 Biosolar... 19 2.6 Pencampuran Biosolar... 23 ix
2.7 Analisa Karakterisasi Biosolar... 26 2.8 Parameter Scale Up Mixing System... 29 2.9 Prosedur Scale-Up... 30 BAB III METODE PENELITIAN... 32 3.1 Alat dan Bahan... 32 3.2 Prosedur Penelitian... 33 3.3 Diagram Blending N-butanol dengan Biosolar... 35 3.4 Uraian Diagram Alir Penelitian... 36 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN......39 4.1 Pengaruh Penambahan Aditif N-butanol Terhadap Viskositas Kinematik... 40 4.2 Pengaruh Penambahan Aditif N-butanol terhadap Viskositas Kinematik dari Biosolar... 41 4.3 Pengaruh Waktu Terhadap Viskositas Kinematik Dari Biosolar... 42 4.4 Pengaruh Suhu Terhadap Bilangan Reynold Dalam Proses Pencampuran... 44 4.5 Pengaruh Variasi Suhu terhadap Viskositas Kinematik Biosolar... 46 4.6 Pemodelan Korelasi Viskositas Kinematik... 47 4.7 Hasil Uji Densitas Biosolar... 52 4.8 Hasil Uji Cetane Number... 53 4.9 Scale-Up... 54 BAB V SIMPULAN DAN SARAN... 58 5.1 Kesimpulan... 58 5.2 Saran... 59 DAFTAR PUSTAKA... 60 LAMPIRAN 1. PERHITUNGAN... 63 LAMPIRAN 2. DOKUMENTASI PENELITIAN... 79 x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Syarat Mutu Biodiesel... 14 Tabel 2.2 Karakteristik Biodiesel yang Digunakan... 15 Tabel 2.3 Karakteristik Minyak Solar dari Dirgen Migas... 16 Tabel 2.4 Karakteristik Solar yang Digunakan... 17 Tabel 2.5 Sifat Fisika N-Butanol... 19 Tabel 2.6 Spesifikasi Biosolar dari Dirgen Migas... 22 Tabel 2.7 Data Viskositas Bahan Baku Biosolar (B30) Dengan Aditif N- Butanol... 26 Tabel 3.1 Komposisi Bahan Baku Penelitian... 36 Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Bilangan Reynolds... 45 Tabel 4.2 Data Densitas Masing-masing Komponen Hasil Pencampuran Biosolar (B30)... 52 Tabel 4.3 Ukuran Geometri Awal dan Spesifikasi Fluida... 55 Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Scale-Up... 56 xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Ikatan Hidrogen N-Butanol... 18 Gambar 2.2 Diagram Alir Pencampuran Biosolar Dengan Direct Inject... 24 Gambar 2.3 Desain Mixing Tank... 25 Gambar 2.4 Hubungan Bilangan Reynolds terhadap Bilangan Daya... 30 Gambar 3.1 Diagram Alir Pencampuran N-Butanol dengan Biosolar..... 35 Gambar 4.1 Pengaruh Butanol Sebagai Aditif Pada Viskositas Kinematik Biosolar... 41 Gambar 4.2 Pengaruh Waktu Terhadap Viskositas Biosolar (B30)... 42 Gambar 4.3 Data Perbandingan Pengaruh Suhu Terhadap Viskositas Kinematik yang Dihasilkan... 46 Gambar 4.4 Hubungan antara Suhu dengan Viskositas Kinematik Menggunakan Persamaan Walther... 48 Gambar 4.5 Hubungan Antara Suhu dengan Viskositas Kinematik Menggunakan Model Andrade Linear... 48 Gambar 4.6 Hubungan antara Suhu dengan Viskositas Kinematik Menggunakan Model Andrade Polinomial... 49 Gambar 4.7 Hubungan Antara Suhu dengan Viskositas Kinematik VFT Equation... 50 Gambar 4.8 Desain Tangki Eksperimen Dengan Volume Cairan 350 ml... 54 Gambar 4.9 Drafik Hubungan Volume terhadap Daya dan Kecepatan... 56 xii
DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN 1. PERHITUNGAN... 63 Lampiran 1. Prosedur Analisis Viskositas Kinematik pada Suhu 40 o C (ASTM D 445)... 63 Lampiran 2. Prosedur Analisis Densitas pada Suhu 40 o C (ASTM D 1298)... 64 Lampiran 3. Prosedur Analisis Angka Setana (ASTM D 613)... 64 Lampiran 4. Data Viskositas Kinematik Pada Suhu 30 o C Pada Berbagai Waktu... 66 Lampiran 5. Data Viskositas Kinematik Pada Suhu 45 o C Pada Berbagai Waktu... 67 Lampiran 6. Data Viskositas Kinematik Pada Suhu 60 o C Pada Berbagai Waktu... 68 Lampiran 7. Data Viskositas Kinematik Pada Suhu 75 o C Pada Berbagai Waktu... 69 Lampiran 8. Data Bilangan Reynold pada Berbagai Suhu dan Waktu... 70 Lampiran 9. Perhitungan Persamaan Walther... 70 Lampiran 10. Perhitungan Andrade Equation Linear... 71 Lampiran 11. Perhitungan Andrade Equation Polinomial... 73 Lampiran 12. Perhitungan Persamaan Vogel-Fulcher-Tamman (VFT)... 75 Lampiran 13. Perhitungan Scale-Up... 75 LAMPIRAN 2. DOKUMENTASI... 79 Lampiran 1. Gambar Alat dan Bahan Praktikum... 79 Lampiran 2. Gambar Spesifikasi Bahan Solar... 81 Lampiran 3. Gambar Spesifikasi Bahan Biodiesel... 82 Lampiran 4. Gambar Spesifikasi N-Butanol... 83 Lampiran 5. Gambar Spesifikasi Alat Uji Viskositas Kinematik... 84 xiii