Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia - ISSN: 2541-0849
e-ISSN: 2548-1398
Vol. 2, No 8 Agustus 2017
ANALISA SIFAT PENGUAPAN DAN SIFAT PEMBAKARAN PADA MINYAK
SOLAR
Ghusrina Prihandini, Dhewangga Pratama, Puji Astuti Ibrahim
Akademi Minyak dan Gas Balongan Indramayu
Abstrak:
Penelitian ini difokuskan pada karakteristik dan spesifikasi standar dengan
pengujian minyak solar terhadap sifat penguapan
(uji distilasi dan uji flash point)
dan sifat pembakaran (uji cetane number) untuk memperoleh emisi gas buang yang
lebih ramah lingkungan. Minyak solar merupakan bahan bakar untuk mesin diesel
yang terdiri dari beberapa campuran senyawa hydrocarbon C15 sampai C20 yang
dapat terbakar spontan di suhu 350˚C. Metode yang digunakan antara lain ASTM
D-86 untuk uji distilasi, ASTM D-4052 untuk uji densitas, ASTM D-93 uji Flash
Point, ASTM D 4249 untuk analis Sulfur. Digunakan sepuluh sampel yang berbeda
untuk mengetahui persen komposis yang pas. Proses distilasi digunakan untuk
mengetahui sifat volatilitasnya berdasarkan kurva distilasinya. Dari hasil
pengujian dan pembahasan mengenai flash point, distilasi, dan cetane number
diperoleh nilai optimum sebesar 68˚C, 347˚C pada 90% volume penguapan, dan
51,5 secara berturut-turut yang terdapat pada sampel 1. Dari penelitian ini penulis
dapat menyimpulkan bahwa pengujian flash point, distilasi, dan cetane number
mendapat hasil maksimum.
Kata Kunci: Sifat Penguapan, Sifat Pembakaran, Minyak Solar
Pendahuluan
Minyak bumi masih menjadi komoditas utama di Indonesia sampai saat ini, baik
menjadi sumber energi atau sebagai bahan dasar produk turunan untuk memenuhi
kebutuhan masyarakat ataupun industri. Salah satu produk dari minyak bumi ialah
minyak solar. Minyak solar dewasa ini menjadi salah satu bahan bakar yang paling
sering dipakai oleh masyarakat. Konsumsi minyak solar di Indonesia mencapai angka
16,24 juta kilo liter per tahun atau sekitar
44.000 kilo liter per hari.
(BP Statistical
Riview of World Energy, 2016).
Hampir semua jenis kendaraan bermotor diesel dengan putaran rendah (<300
rpm) sampai mesin dengan putaran tinggi (>1000 rpm) menggunakan bahan bakar jenis
ini. Permintaan minyak solar semakin bertambah seiring bertambahnya jumlah
kendaraan bermotor diesel. Kelebihan dari salah satu fraksi gasoil ini adalah tenaga
40
Analisa Sifat Penguapan Dan Sifat Pembakaran Pada Minyak Solar
yang besar dan konsumsi bahan bakar yang rendah, sedangkan kelemahanya adalah
emisi gas buang yang dihasilkan sangat berbahaya karena masih banyaknya beberapa
impurities yang dihasilkan dari proses pembakarannya.
Peningkatan program ramah lingkungan dengan penurunan emisi gas buang dari
kendaraan bermotor, telah menuntut pula peningkatan persyaratan bahan bakar minyak
solar dengan pembatasan kandungan hidrokarbon tak-jenuh dan sulfur. Oleh karena itu
perlu diadakan pengujian agar didapat spesifikasi yang ramah lingkungan saat menjadi
emisi gas buang sisa pembakaran.
Minyak solar atau bahan bakar diesel adalah suatu campuran dari hydrocarbon
yang dihasilkan dari proses pengolahan (distilasi atmosfer dan hydrocracker) dari crude
oil pada temperatur
200-350
0C
(Karjono,
2006). Minyak solar juga terdiri atas
hidrokarbon parafin, olefin, naftena dan aromatic, umumnya komponen minyak solar
terdiri atas hidrokarbon distilasi langsung dari minyak bumi
(straight run gasoil),
namun komponen solar lainnya seperti solar rengkahan termal (visbroken gasoil dan
coker gasoil) dan proses katalitik (cycle gasoil dan hydrocracked gasoil) juga banyak
digunakan.
Mutu solar distilasi langsung berasal dari minyak bumi yang dipengaruhi oleh
sifat minyak tersebut, diantaranya adalah komposisi hidrokarbon dan kadar sulfur.
Emisi gas buang dari kendaraan bermotor harus diturunkan, antara lain hidrokarbon
(HC), gas racun (NOx, CO dan SOc) dan partikulat
(Zhu,
2012). Pengaruh kadar
aromatik dan angka setana pada emisi gas buang hasil pembakaran. minyak solar ramah
lingkungan yang dicirikan adalah angka setana tinggi, kadar aromatik dan sulfur rendah,
dan kisaran titik didih yang lebih ketat yang dapat dibuat dari komponen solar bermutu
tinggi yaitu solar hidrorengkahan
(hydrocracked gasoil) dan solar hidromurnian
(hydrotreated gasoil). (Nasution,
2010).
Telah diketahui bahwa mesin berbahan bakar fosil didesain dengan efisiensi
pembakaran yang tinggi. Namun demikian mesin memiliki beberapa kekurangan, salah
satunya adalah polusi emisi yang tinggi dan mengandung substansi yang berbahaya
termasuk zat partikulat dan NOx yang dihasilkan selama proses pembakaran
(Aslan,
2015).
Syntax Literate, Vol. 2, No. 8 Agustus 2017
41
Ghusrina Prihandini, Dhewangga Pratama, Puji Astuti Ibrahim
Metode Penelitian
Solar
48, gas O2 dan beberapa solvent diambil dari sumber komersil.
Seperangkat alat destilasi dari merk Tanaka sedangkan alat uji densitas, chamber dan
vessel dari Parr instrument. Alat uji cetane number dari merk Cooperative Fuels
Research (CFR) F5 dan X-Ray Sulfur Analyzer dari Oxford Instrument. Sampel yang
akan digunakan, disimpan pada botol polietilen dan diisolasi kemudian didinginkan
pada temperatur
8-15
0C untuk menghindari penguapan dari komponen yang volatil.
Pada penelitian ini menguji solar 48 dengan 10 macam sampel.
Dari proses distilasi diperoleh IBP, T10
(10% volum distilat) sampai dengan
T90
(90% volum distilat) dan FBP. Percobaan distilasi dilakukan pada tekanan
atmosferis menggunakan seperangkat alat destilasi dengan mengikuti prosedur pada
ASTM D86. Untuk tes analisa 100 mL sampel yang didinginkan sebelumnya diletakkan
pada spesifik distilation flask coupled untuk di sensor dan dipanaskan dengan rate
ditilasi sebesar
4-5 mL/menit. Uap yang terdistilasi terkondensasi dan dikumpulkan
pada beaker glass sehingga diperoleh kurva distilasi.
Pengujian Flash point dengan menggunakan metode ASTM D-93. Sampel pada
oil cup dipanaskan hingga naik
6-7
0C permenit. Nyala flame tester diatur hingga
membentuk sudut 90
0C satu sama lain, dimana kedua ujungnya bertemu dalam satu
titik nyala api. Ukuran nyala api sebesar
±4 mm (api biru). Sampel distirrer hingga
mencapai suhu 17 0C dibawah titik nyala api.
Pengujian penyalaan dilakukan dengan mendekatkan flame tester keats
permukaan contoh selama
1 detik. Pengujian penyalaan diulang setiap kenaikan
temperatur 2 0C. Pengujian cetan number dengan menggunakan metode ASTM D-613.
Kondisi operasi dibawah temperatur tinggi sehingga diperlukan air pendingin agar tidak
terjadi overheat pada mesin.
Sebelumnya mesin dipanaskan selama
30-45 menit dan katup air pendingin
dibuka. Setelah sampel masuk pada bahan bakar dilakukan fleshing dan setting
Injection Advance bahan bakar menjadi 130 sampai konstan. Perhitungan angka Setana
dilakukan dengan menginterpolasi pada pembacaan handwheel dengan persamaan.
Dilakukan pembanding Reference T - Bahan bakar solar dengan angka setana
rata-rata (CNARV) berkisar 73-75 dan Reference U - Bahan bakar solar dengan angka
42
Syntax Literate, Vol. 2, No. 8 Agustus 2017
Analisa Sifat Penguapan Dan Sifat Pembakaran Pada Minyak Solar
setana rata-rata (CNARV) berkisar 20-22. Persamaan 1
HWS - HWLRF
CNS = CNLRF + ───────
(CNHRF - CNLRF)
HWHRF - HWLRF
Keterangan:
CNS
= Angka Setana Sampel
CNLRF
= Angka Setana renda
Reference 2
CNHRF
= Angka Setana tinggi Reference 1
HWS
= Pembacaan Handwheel Sampel
Metode yang digunakan menggunakan ASTM D 4294. Sebelumnya, pada alat
mesin dilakukan kalibrasi terlebih dahulu, setelah sampel terukur, hasil kandungan
sulfur yang tertera adalah dalam bentuk % massa.
Hasil dan Pembahasan
Pada penelitian ini dilakukan pengujian terhadap sepuluh sampel bahan bakar
minyak solar jenis 48 menggunakan beberapa metode uji seperti dibawah ini
1. Densitas
Densitas merupakan salah satu property bahan bakar yang sangat penting
karena mempengaruhi proses produksi, transportasi dan distribusi bahan bakar.
Dengan alasan tersebut, maka keakuratan densitas bahan bakar menjadi hal yang
penting untuk perhitungan konsumsi energi karena mempengaruhi massa dan
injeksi bahan bakar dan heating value
(Ramirez,
2012). Densitas bersama dengan
tekanan uap, difusivitas uap dan tegangan permukaan mempengaruhi struktur spray
bahan bakar, pembakaran dan karakteristik emisi.
Pada uji bahan bakar minyak solar batasan minimal densitas adalah
45
kg/m3 dan maksimal 870 kg/m3. Pada Tabel. 1 didapat hasil pengujian dalam rho
API pada 15 0C, menunjukkan bahwa densitas tertinggi diperoleh pada sampel 1.
Syntax Literate, Vol. 2, No. 8 Agustus 2017
43
Ghusrina Prihandini, Dhewangga Pratama, Puji Astuti Ibrahim
Tabel 1
Densitas minyak solar pada sepuluh sampel
Sampel
Densitas (g/cm3)
1
0,8328
2
0,8339
3
0,8267
4
0,8577
5
0,8533
6
0,8325
7
0,8261
8
0,8324
9
0,8252
10
0,8329
2.
Distilasi
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui secara kuantitatif karateristik
batasan titik didih pada produk petroleum. Saat pengujian setiap volume penguapan
yang terjadi akan tercatat berapa temperaturnya, namun data yang diambil adalah
pada saat terjadi 90% volume penguapan. Untuk bahan bakar minyak solar batasan
maksimum uji Distilasi adalah
370
0C. Dari hasil percobaan Tabel
2
mengindikasikan untuk uji temperatur akhir penguapan (FBP) pada sepuluh sampel
bahwa pada sampel 1 sampai dengan 6 suhu akhir bekisar 350 0C kemudian terus
meningkat pada sampel 7 sampai 9 mencapai suhu 360 0C. Pada Tabel 2, hasil
pengujian distilasi yang dinyatakan memenuhi standar spesifikasi SK Dirjen Migas
No.
933 K/10/DJM.S/2013 pada distilasi 10% volume penguapan,
50% volume
penguapan, 90% volume.
Tabel. 2
Distilasi solar 48 pada 90% volum penguapan
Sampel
Suhu (0C)
1
347
2
349
3
357
4
350
5
360
6
348
7
363,5
8
353,5
9
362,5
10
348
44
Syntax Literate, Vol. 2, No. 8 Agustus 2017
Analisa Sifat Penguapan Dan Sifat Pembakaran Pada Minyak Solar
3.
Flash point
Pengujian ini bertujuan untuk mengukur suhu terendah dimana campuran
uap minyak sampel dan udara terbakar sesaat pada saat api pencoba dilewatkan
diatasnya. Dari pengujian ini akan diketahui bahan bakar tersebut termasuk bahan
bakar yang mudah terbakar atau tidak. Bakar minyak solar mempunyai batasan
minimum flash point nya adalah 52
0C. Dari hasil uji flash point manual didapat
hasil pada Tabel 3.
Tabel. 3
Flash point solar 48 pada sepuluh macam sampel
Sampel
Suhu (0C)
1
68
2
63
3
67
4
80
5
78
6
69
7
66
8
69
9
68
10
69
4. Cetane Number
Pengujian tersebut untuk mengukur cetane number yaitu kemampuan bahan
bakar menyala dengan sendirinya
(auto ignition) dalam ruang bakar dari motor
diesel. Semakin tinggi cetane number menandakan bahan bakar tersebut semakin
bersih dari timbal yang menjadi impurities.
Batas minimal cetane pada bahan bakar minyak solar adalah 48. Hal ini
tentu lebih rendah jika komparasikan dengan bahan bakar biodiesel yang cetane
number nya bisa diatas
55, namun bahan bakar biodiesel flash point nya sangat
tinggi sehingga lebih susah terbakar karena perlu suhu yang tinggi hingga lebih dari
140 0C.
Jadi sekarang ini untuk mengefektifkan bahan bakar pada mesin diesel
minyak solar di blending dengan biodiesel menjadi biosolar, hal ini agar didapatkan
cetane number yang lebih tinggi dari minyak solar dan flash point yang lebih
Syntax Literate, Vol. 2, No. 8 Agustus 2017
45
Ghusrina Prihandini, Dhewangga Pratama, Puji Astuti Ibrahim
rendah jika dibandingkan biodiesel.
Tabel 4
Nilai Cetane Number
Sampel CNHRF dan CNLRF HWS HWHRF dan HWLRF Nilai Angka Setana
1
50,1 dan 45,1
15,78
15,70 dan 15,45
51,5
2
50,1 dan 45,1
15,95
16,78 dan 15,96
49,8
3
50,1 dan 45,1
15,61
15,70 dan 15,45
48,3
4
55,1 dan 50,1
15,75
15,99 dan 15,70
51
5
55,1 dan 50,1
15,79
15,99 dan 15,70
51,7
6
55,1 dan 50,1
15,80
15,99 dan 15,70
51,8
7
50,1 dan 45,1
15,60
15,70 dan 15,45
48,1
8
55,1 dan 50,1
15,76
15,99 dan 15,70
51,1
9
50,1 dan 45,1
15,62
15,70 dan 15,45
48,3
10
55,1 dan 50,1
15,78
15,99 dan 15,70
51,6
5.
Analisa Sulfur
Pada pengujian ini bertujuan untuk mengukur kandungan Sulfur yang
terdapat pada sampel dengan hasilnya dalam
% massa. Semakin banyaknya
kandungan sulfur yang terdapat dalam minyak solar akan menurunkan nilai kalori
pada minyak solar tersebut, oleh karena itu keberadaan sulfur sangat dibatasi.
Untuk bahan bakar minyak solar batasan maksimum kandungan Sulfurnya adalah
0,30 % m/m. Dari hasil uji X-Ray Sulfur Analyzer dapat dilihat pada Tabel.5
Tabel 5
Kandungan Sulfur pada sepuluh sampel
Sampel
% Massa
1
0,03
2
0,04
3
0,06
4
0,132
5
0,121
6
0,072
7
0,092
8
0,073
9
0,09
10
0,073
46
Syntax Literate, Vol. 2, No. 8 Agustus 2017
Analisa Sifat Penguapan Dan Sifat Pembakaran Pada Minyak Solar
Kesimpulan
Hasil pengujian distilasi digunakan
90% volume penguapan sebagai FBP
diperoleh hasil maksimum pada sampel 1. Pada uji flash point diperoleh hasil terbaik
pada sampel
4. Pada uji cetane number diperoleh hasil terbaik pada sampel
6.
Sedangkan untuk uji Sulfur hasil terbaik diperoleh pada sampel
1. Namun secara
keseluruhan untuk semua uji diperoleh hasil optimum pada sampel 1 dengan nilai flash
point, distilasi, dan cetane number sebesar 68 ˚C, 347 ˚C pada 90% volume penguapan,
dan 51,5 secara berturut-turut.
Syntax Literate, Vol. 2, No. 8 Agustus 2017
47
Ghusrina Prihandini, Dhewangga Pratama, Puji Astuti Ibrahim
BIBLIOGRAFI
Aslan R, Altimis K, Keskin A.
2015. The pollutant emissions from diesel engine
vehicles and exhaust after treatment system. Clean technol environ, Vol. 17, pp.
15-27.
Karjono. 2006. Proses Pengolahan Minyak dan Gas Bumi. Cepu:
Nasution, As. 2010. Proses Pembuatan Bensin Dan Solar Ramah Lingkungan. Jakarta :
PPPTMBG Lemigas.
NN.
2016.
Statistical
Review of World Energy
2016.
Disudur dari
2016/bp-statistical-review-of-world-energy-2016-full-report.pdf
(21
Juli
2017
pukul 14.32 WIB)
Ramirez-Verduzco Dkk. 2012. A predicting cetan number, kinematic viscosity, density
and higher heating value of biodiesel from its fatty acid methyl ester composition.
Fuel pp.102-111
ZHU L, CHEUNG Z, HUANG Z. 2011. Combustion performance and emissions
characteristic of a diesel engine fueled with ethanol-biodiesel blend. Fuel
characteristic, Vol. 90, pp. 1743.
48
Syntax Literate, Vol. 2, No. 8 Agustus 2017
