How to cite: Wahyudi,  Muhammad  Nadjib,  Adi  Parmono  (2022)  Pengaruh  Densitas  dan  Viskositas  Biodiesel  Campuran Jatropha– Sawit Terhadap Sudut Injeksi, (7) 09. Doi: 10.36418/syntax-literate.v7i9.13502 E-ISSN: 2548-1398 Published by: Ridwan Institute
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia p–ISSN: 2541-0849 e-ISSN: 2548-1398 Vol. 7, No. 09, September 2022

## PENGARUH  DENSITAS  DAN  VISKOSITAS  BIODIESEL  CAMPURAN JATROPHA– SAWIT TERHADAP SUDUT INJEKSI
Wahyudi 1* , Muhammad Nadjib 2 , Adi Parmono 3 1*,2,3 Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Indonesia, Email: wahyudi@ft.umy.ac.id, nadjibar@umy.ac.id, adi.parmono.2016@ft.umy.ac.id

## Abstrak
Pertumbuhan  ekonomi  dan  bertambahnya  jumlah  penduduk  berdampak  pada peningkatan  kebutuhan  energi  dari  berbagai  sektor.  Bahan  bakar  fosil  adalah sumber yang paling banyak digunakan namun tidak terbarukan. Perlunya sumber energi  alternatif  yang  dapat  diperbaharui  sebagai  pengganti  bahan  bakar  fosil. Biodiesel  merupakan  bahan  bakar  alternatif  pengganti  minyak  solar,  dapat dihasilkan dari transesterifikasi minyak nabati atau lemak hewani. Penelitian ini bertujuan  untuk  mengetahui  sifat  fisik  dan  karakteristik  injeksi  bahan  bakar. Bahan bakar yang digunakan adalah campuran biodiesel minyak jarak-sawit dan solar. Penelitian ini menggunakan variasi sampel bahan bakar B5, B10, B15 dan B20 serta solar murni sebagai pembanding. Hasil penelitian menunjukkan bahwa viskositas dan densitas mempengaruhi karakteristik injeksi bahan bakar. Semakin tinggi viskositasnya, semakin sempit sudut injeksi bahan bakarnya.
Kata Kunci: biodiesel, jatropha, sawit, karakteristik injeksi.

## Abstract
Economic growth and increasing population have an impact on increasing energy needs  from  various  sectors.  Fossil  fuels  are  the  most  widely  used  but  non- renewable  sources.  There  is  a  need  for  alternative  energy  sources  that  can  be renewed as a substitute for fossil fuels. Biodiesel is an alternative fuel that can replace diesel oil, it can be produced from transesterification of vegetable oils or animal  fats.  This  study  aims  to  determine  the  characteristics,  and  injection characteristics  of  the  fuel.  The  fuel  used  was  a  mixture  of  jatropha-palm  oil biodiesel and diesel fuel. This study uses a variety of fuel samples B5, B10, B15 and  B20  as  well  as  pure  diesel  as  a  comparison.  The  results  showed  that  the viscosity  and  density  influenced  the  characteristics  of  the  fuel  injection.  The higher the viscosity, the narrower the fuel injection angle.
Keywords: biodiesel, jatropha, palm, spray characteristic.

## Pendahuluan
Dengan  adanya  pertumbuhan  ekonomi  dan  populasi  yang  semakin  meningkat, permintaan  energi  dari  berbagai  bidang  juga  ikut  bertambah.  Bergantung  sepenuhnya pada minyak bumi dapat menyebabkan krisis energi. Oleh karena itu, perlu adanya upaya untuk memanfaatkan sumber energi terbarukan sebagai alternatif dari petroleum diesel. Salah  satu  bahan  bakar  yang  mampu  menggantikan  petroleum  diesel  adalah  biodiesel, yang dapat diperoleh dari minyak tumbuhan atau lemak hewan yang kaya akan senyawa ester (Eloka-Eboka et al., 2017; Sasongko, 2019). Kelebihan biodiesel antara lain adalah ramah  lingkungan,  hasil  pembakarannya  menghasilkan  jelaga  yang  lebih  sedikit,  dan memiliki angka setana yang lebih baik dibandingkan dengan petroleum diesel (El Boulifi et al., 2010).
Ada  berbagai  jenis  minyak  nabati  yang  dapat  diolah  menjadi  biodiesel  seperti minyak sawit, kedelai, jarak, dan banyak lagi, dengan total lebih dari 30 jenis tanaman (Silitonga  et  al.,  2013).  Tanaman  jatropha  menjadi  pilihan  karena  tidak  berkompetisi dengan  tanaman  pangan  dan  dapat  beradaptasi  dengan  berbagai  kondisi  lingkungan. Namun,  minyak  jatropha  memiliki  kekurangan  seperti  viskositas  yang  tinggi  (Abed, 2018). Sementara itu, kelapa sawit dianggap potensial untuk biodiesel karena kandungan minyak yang tinggi pada intinya dan harganya yang relatif terjangkau.
Biodiesel  berpotensi  menjadi  alternatif  pengganti  solar.  Namun,  terdapat beberapa kendala seperti viskositas yang tinggi dan nilai kalor yang lebih rendah. Solusi yang  diusulkan  adalah  dengan  mencampur  berbagai  minyak  nabati.  Penelitian  ini bertujuan  untuk  menguji  karakteristik  bahan  bakar  campuran  biodiesel  jatropha-sawit pada mesin diesel dengan variasi biosolar seperti B5, B10, B15, dan B20.

## Metode
Dalam  penelitian  ini,  langkah  pertama  adalah  mencampur  minyak  jarak  dan minyak sawit dalam perbandingan volume 7:3. Campuran minyak ini selanjutnya diaduk dan  dipanaskan  pada  suhu  60°C.  Proses  esterifikasi  dilakukan  dengan  menambahkan metanol sebesar 22,5% dari volume minyak dan Asam Sulfat (H2SO4) sebanyak 0,5% dari  volume  minyak  sebagai  katalis.  Reaksi  esterifikasi  berlangsung  pada  suhu  60°C selama 60 menit. Setelah itu, campuran dibiarkan selama 12 jam untuk pengendapan dan pemisahan  gliserol.  Produk  ester  kemudian  dicuci  dengan  air  pada  suhu  65°C  dan dipanaskan pada suhu 105°C untuk menghilangkan kadar air yang tersisa.
Untuk  proses  transesterifikasi,  campuran  minyak  direaksikan  dengan  metanol sebesar 15% dari volume minyak dan katalis Kalium Hidroksida sebesar 1% dari volume minyak.  Reaksi  ini  juga  dilakukan  pada  suhu  60°C  selama  60  menit.  Langkah pengendapan,  pencucian,  dan  pengeringan  diulang  untuk  mendapatkan  biodiesel. Akhirnya,  beberapa  campuran  biodiesel-solar  disiapkan  untuk  uji  coba,  termasuk  B5 (solar 95%, biodiesel 5%), B10 (solar 90%, biodiesel 10%), B15 (solar 85%, biodiesel 15%),  dan  B20  (solar  80%,  biodiesel  20%).  Proses  pencampuran  bahan  bakar  ini dilakukan pada suhu 70°C selama 60 menit. Selanjutnya dilakukan pengukuran densitas dan viskositas serta sudut injeksi setiap sampel. Densitas dan viskositas biodiesel murni (B100) dan solar murni disajikan pada Tabel 1.

## Tabel 1
Sifat fisik biodiesel jatropha-sawit dan solar Bahan Viskositas Kinematik (cSt) Densitas (kg/m 3 )
Solar 3.9 827.50 Biodiesel Jatropha-Sawit 15.5 883.1
Pengujian karakteristik injeksi digunakan untuk mengetahui karakter semprotan pada  nosel  mesin  diesel  tekanan  1  atm.  Pengambilan  data  menggunakan  kamera,  data yang didapat berupa video yang diubah menjadi gambar. Gambar 1. merupakan skema pengujian karakteristik injeksi.
Gambar 1. Skema pengujian karakteristik injeksi

## Hasil dan Pembahasan Viskositas
Dalam  penelitian  ini,  berbagai  campuran  biodiesel  dan  solar  diuji  untuk mengetahui viskositasnya. Viskositas diukur dalam unit centiStokes (cSt). Viskositas dari masing-masing sample bahan bakar ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Grafik viskositas bahan bakar terhadap kandungan biodiesel
Peningkatan viskositas dari solar ke B5, B10, B15, dan B20 menunjukkan sebuah pola  yang  cukup  jelas:  semakin  tinggi  kandungan  biodiesel  dalam  campuran,  semakin tinggi  pula  viskositasnya.  Ini  sesuai  dengan  ekspektasi,  mengingat  bahwa  salah  satu kelemahan utama dari biodiesel, termasuk dari minyak jarak dan minyak sawit, adalah
viskositasnya  yang  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  solar  konvensional  (Agarwal  & Agarwal, 2007). Viskositas yang lebih tinggi dapat mempengaruhi sifat pelumasan dan aliran bahan bakar dalam sistem mesin, yang pada akhirnya bisa berdampak pada efisiensi dan performa mesin (Hoekman et al., 2012; Knothe & Steidley, 2005).
Namun,  perlu  diingat  bahwa  meskipun  viskositas  lebih  tinggi  biasanya  tidak diinginkan dalam konteks bahan bakar mesin, kenaikan ini masih dalam batas yang dapat diterima  untuk  sebagian  besar  aplikasi  mesin  diesel.  Oleh  karena  itu,  bisa  dikatakan bahwa  biodiesel  masih  bisa  menjadi  alternatif  yang  layak  sebagai  pengganti  atau pelengkap  solar,  terutama  dengan  mempertimbangkan  aspek-aspek  lain  seperti keberlanjutan dan dampak lingkungan.

## Densitas
Densitas bahan bakar mempengaruhi karakteristik penyimpanan, transportasi, dan injeksi  bahan  bakar  ke  dalam  mesin.  Oleh  karena  itu,  peningkatan  densitas  ini  adalah faktor penting yang perlu diperhatikan dalam aplikasi praktis. Densitas diukur dalam unit kilogram per meter kubik (kg/m³). Data eksperimental menunjukkan bahwa densitas solar murni  adalah  827.5  kg/m³.  Grafik  pengaruh  kandungan  biodiesel  terhadap  densitas disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3. Grafik densitas bahan bakar terhadap kandungan biodiesel
Ada peningkatan densitas yang konsisten dari solar ke B5, B10, B15, dan B20. Kenaikan ini sesuai dengan hipotesis awal bahwa penambahan biodiesel ke dalam solar akan menaikkan densitas bahan bakar (Wahyudi  et al., 2020). Meskipun densitas yang lebih tinggi dapat menunjukkan kualitas pembakaran yang lebih baik, tetapi itu juga bisa menjadi kelemahan. Densitas yang lebih tinggi bisa berdampak pada sistem penyediaan bahan bakar dan dapat  mempengaruhi performa mesin. Namun, kenaikan densitas dari solar murni ke B20 masih relatif kecil dan mungkin masih berada dalam batas toleransi untuk banyak jenis mesin diesel. Keberlanjutan dan dampak lingkungan dari penggunaan biodiesel juga perlu dipertimbangkan. Dengan densitas yang sedikit lebih tinggi, biodiesel menawarkan sebuah alternatif yang lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan solar tradisional.

## Sudut injeksi
Dalam konteks mesin diesel, sudut injeksi memainkan peran kritis dalam kualitas proses pembakaran. Studi ini mengeksplorasi pengaruh berbagai campuran biodiesel dan
solar terhadap sudut injeksi bahan bakar, yang diukur dalam derajat. Menurut data, solar konvensional memiliki sudut injeksi sebesar 18.47 derajat. Sementara itu, semakin tinggi kandungan biodiesel, sudut injeksi akan semakin sempit, sebagaimana ditampilkan pada Gambar 4.

## Gambar 4. Sudut injeksi bahan bakar
Ada kecenderungan penurunan besarnya sudut injeksi dari solar ke campuran B5, B10, B15, dan B20. Penurunan ini menandakan bahwa adanya biodiesel dalam campuran mempengaruhi  karakteristik  injeksi  bahan  bakar.  Sudut  injeksi  yang  lebih  kecil  bisa berarti  bahwa  bahan  bakar  kurang  terdispersi  secara  optimal  dalam  ruang  bakar,  yang pada gilirannya bisa mempengaruhi efisiensi pembakaran dan emisi.

## Hubungan viskositas dengan sudut injeksi
Hubungan antara viskositas kinematik dan sudut injeksi pada berbagai jenis bahan bakar,  dari  solar  hingga  campuran  biodiesel  B20  ditampilkan  pada  Gambar  5.  Data menunjukkan ada korelasi negatif antara viskositas dan sudut injeksi. Ketika viskositas kinematik bahan bakar meningkat, dari 3.9 cSt untuk solar menjadi 6 cSt untuk B20, sudut injeksi menurun, dari 18.47 derajat menjadi 12.74 derajat.
Gambar 5. Grafik hubungan viskositas terhadap sudut injeksi bahan bakar.
Tren penurunan ini menunjukkan bahwa viskositas mempengaruhi karakteristik injeksi dalam mesin diesel (Agarwal & Agarwal, 2007; Lanjekar & Deshmukh, 2016). Sudut  injeksi  yang  lebih  rendah  pada  bahan  bakar  dengan  viskositas  yang  lebih  tinggi mungkin  menunjukkan  adanya  pembatasan  pada  efisiensi  dispersi  bahan  bakar  dalam ruang bakar. Hal ini memungkinkan memiliki implikasi pada efisiensi pembakaran dan emisi. Kenaikan viskositas juga bisa mempengaruhi kebutuhan energi untuk memompa bahan bakar ke dalam ruang bakar, yang berpotensi mempengaruhi efisiensi operasional mesin.

## Hubungan densitas dengan sudut injeksi
Penelitian  ini  mengevaluasi  hubungan  antara  densitas  dan  sudut  injeksi  bahan bakar yang berbeda, mulai dari solar hingga berbagai campuran biodiesel. Sebagaimana data pada Gambar 6, tampak bahwa ada korelasi negatif antara densitas dan sudut injeksi. Secara spesifik, ketika densitas bahan bakar meningkat dari 827.5 kg/m³ (solar) hingga 838.45 kg/m³ (B20), sudut injeksi menurun dari 18.47 derajat hingga 12.74 derajat.
Gambar 6. Grafik hubungan densitas terhadap sudut injeksi bahan bakar.
Tren ini menunjukkan bahwa peningkatan densitas bahan bakar mempengaruhi mekanisme  injeksi,  sehingga  menghasilkan  sudut  injeksi  yang  lebih  kecil  (Agarwal  & Agarwal, 2007). Dalam konteks aplikasi mesin diesel, ini bisa menjadi isu yang signifikan karena  sudut  injeksi  yang  lebih  kecil  dapat  mempengaruhi  efisiensi  pembakaran  dan emisi.

## Kesimpulan
Studi ini mengeksplorasi hubungan antara viskositas kinematik dan sudut injeksi pada berbagai tipe bahan bakar, dari solar hingga campuran biodiesel seperti B20. Hasil penelitian menunjukkan ada korelasi negatif antara viskositas dan sudut injeksi. Secara khusus, peningkatan viskositas bahan bakar berdampak pada berkurangnya sudut injeksi, yang bisa mempengaruhi efisiensi dan performa mesin diesel.
Walaupun  biodiesel  menawarkan  keuntungan  dari  sisi  keberlanjutan  dan lingkungan,  penggunaannya  bisa  berdampak  pada  operasional  mesin  diesel,  terutama
dalam hal efisiensi pembakaran dan emisi. Hal ini membuka peluang untuk penelitian dan pengembangan  lebih  lanjut  dalam  teknologi  mesin  dan  sistem  injeksi,  dengan  tujuan untuk  mengoptimalkan  performa  mesin  tanpa  mengorbankan  keuntungan  lingkungan yang diberikan oleh biodiesel.
Untuk memaksimalkan keuntungan penggunaan biodiesel dan menjaga efisiensi mesin,  penelitian  lebih  lanjut  diperlukan,  khususnya  dalam  pengembangan  teknologi injeksi dan manajemen mesin yang dapat menyesuaikan diri sesuai dengan karakteristik unik  dari  berbagai  jenis  bahan  bakar.  Perlu  dilakukan  optimasi  lebih  lanjut,  seperti mencari  perbandingan  campuran  biodiesel  dan  solar  yang  bisa  menawarkan  viskositas yang lebih rendah tanpa mengorbankan kualitas atau sifat bahan bakar lainnya.
Tetapi,  sisi  positifnya  adalah  biodiesel  lebih  ramah  lingkungan  dibandingkan dengan solar, sehingga meski ada kompromi pada sudut injeksi, dampak lingkungan yang lebih rendah bisa menjadi pertimbangan yang menarik.

## BIBLIOGRAFI
Abed, K. A. (2018). Effect of waste cooking-oil biodiesel on performance and exhaust emissions of a diesel engine. Egyptian Journal of Petroleum , 5.
Agarwal,  D.,  &  Agarwal,  A.  K.  (2007).  Performance  and  emissions  characteristics  of Jatropha  oil  (preheated  and  blends)  in  a  direct  injection  compression  ignition engine. Applied Thermal Engineering , 27 (13), 2314–2323.
El Boulifi, N., Bouaid, A., Martinez, M., & Aracil, J. (2010). Process Optimization for Biodiesel Production from Corn Oil and Its Oxidative Stability [Research Article]. International Journal of Chemical Engineering. https://doi.org/10.1155/2010/518070
Eloka-Eboka,  A.  C.,  Igbum,  G.  O.,  &  Inambao,  F.  L.  (2017).  Biodiesel  methyl  ester production and testing from selected African tropical seed oil feedstocks. Energy Procedia , 142 , 755–767. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.12.123
Hoekman, S. K., Broch, A., Robbins, C., Ceniceros, E., & Natarajan, M. (2012). Review of  biodiesel  composition,  properties,  and  specifications. Renewable  and Sustainable Energy Reviews , 16 (1), 143–169.
Knothe, G., & Steidley, K. R. (2005). Kinematic viscosity of biodiesel fuel components and  related  compounds.  Influence  of  compound  structure  and  comparison  to petrodiesel fuel components. Fuel , 84 (9), 1059–1065.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2005.01.016
Lanjekar, R. D., & Deshmukh, D. (2016). A review of the effect of the composition of biodiesel  on  NO  x  emission,  oxidative  stability  and  cold  flow  properties. Renewable and Sustainable Energy Reviews , 54 , 1401–1411. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.034
Sasongko, M. N. (2019). Droplet Combustion Characteristic of Biodiesel Produced from Waste Cooking Oil. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering , 494 , 012008. https://doi.org/10.1088/1757-899X/494/1/012008
Silitonga, A. S., Masjuki, H. H., Mahlia, T. M. I., Ong, H. C., Chong, W. T., & Boosroh, M. H. (2013). Overview properties of biodiesel diesel blends from edible and non- edible  feedstock. Renewable  and  Sustainable  Energy  Reviews , 22 ,  346–360. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.01.055
Wahyudi, W., Sarip, S., Sudarja, S., & Suhatno,  H. (2020).  Unjuk Kerja Mesin Diesel Berbahan  Bakar  Campuran  Biodiesel  Jarak  dan  Biodiesel  Jelantah. JMPM : Jurnal Material dan Proses Manufaktur , 3 (1), Article 1.
https://doi.org/10.18196/jmpm.3135
Copyright holder: Wahyudi, Muhammad Nadjib, Adi Parmono (2022)

## First publication right:
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia
This article is licensed under: