MESIN PEMPROSESAN BIODIESEL

MEREKABENTUK MESIN PEMPROSESAN BAGI PENGHASILAN BIODIESEL SEBAGAI ALAT BANTU MENGAJAR

Mohd Dahlan Anu Bin Md Yusof¹, Mohd Zaidi Bin Mahmud², Nik Azizi Bin Nik Husain³

¹Jabatan Kejuruteraan Mekanikal

Politeknik Kota Bharu

16450 Ketereh

Kelantan

dahlan@pkb.edu.my

²Jabatan Kejuruteraan Mekanikal

Politeknik Kota Bharu

16450 Ketereh

Kelantan

mzaidi@pkb.edu.my

³Jabatan Kejuruteraan Mekanikal

Politeknik Kota Bharu

16450 Ketereh

Kelantan

nikazizi@pkb.edu.my

ABSTRAK

Mesin Pemprosesan Biodiesel ini dihasilkan daripada projek pelajar sebagai alat bantu mengajar dalam proses pengajaran dan pembelajaran (P&P). Perancangan dan penyeliaan secara berjadual dan berperingkat dalam proses penghasilan mesin dilaksanakan mengikut spesifikasi mesin pemprosesan biodiesel di pasaran berdasarkan kajian literatur yang dijalankan. Beberapa masalah telah dikenalpasti dan mencetuskan idea bagi penghasilan mesin pemprosesan biodiesel ini antaranya ketiadaan alat bantu mengajar bagi program Automotif Diesel untuk menghasilkan produk biodiesel. Penilaian secara makmal terhadap produk biodiesel yang dihasilkan oleh mesin ini telah dijalankan dan memenuhi spesifikasi biodiesel (B100). Produk biodiesel yang dihasilkan ini boleh diaplikasikan sebagai bahan bakar alternatif kepada kenderaan selain dari minyak diesel. Beberapa aspek penambahbaikan bagi menyesuaikan penggunaan mesin ini di dalam bengkel dan makmal telah dikenalpasti bagi meningkatkan keberkesanan mesin ini. Pengajaran yang lebih praktikal dan berkesan dalam bengkel dan makmal menerusi penggunaan mesin ini akan menyumbang ke arah pembelajaran yang berkualiti. Kajian penambahbaikan pada masa hadapan bagi mesin pada bahagian mekanikal, elektrik dan sistem perpaipan perlu ditingkatkan agar dapat diautomasikan bagi menghasilkan produk biodiesel yang berkualiti.

1          PENGENALAN

Pada masa kini kajian terhadap biodiesel berkembang dengan pesat mengikut keperluan industri dan telah mula dikomersialkan secara intensif. Perkembangan ini meningkat secara positif berikutan dari krisis keperluan bahan mentah dunia yang semakin berkurangan. Biodiesel menjadi bahan alternatif bagi mengantikan bahan mentah petroleum bagi menjana keperluan industri dan kegunaan automotif. Para saintis dunia  bertungkus lumus menghasilkan kajian yang berkualiti bagi menyumbangkan idea-idea dan konsep-konsep yang berkaitan dengan biodiesel.

            Pelbagai faktor telah menyumbang ke arah peningkatan penghasilan biodiesel ini. Antara faktor yang paling utama adalah peningkatan harga bahan mentah petroleum pada peringkat global dan seterusnya menyebabkan berlakunya kenaikan harga bahan bakar tersebut pada pasaran tempatan. Selain itu sumber bahan api petroleum ini juga akan kehabisan suatu hari nanti dan satu sumber tenaga alternatif yang boleh diperbaharui perlu diperolehi. Krisis  pencemaran udara, penipisan lapisan ozon dan pemanasan global juga menjadi faktor utama penyelidikan terhadap penghasilan biodiesel ini menjadi semakin berkembang.

            Mesin pemprosesan biodiesel ini dihasilkan daripada projek akhir pelajar Diploma Automotif Diesel bertujuan bagi menyelesaikan permasalahan yang melibatkan pengajaran dan pembelajaran(P&P). Antara permasalahan yang timbul adalah ketiadaan alat bantu mengajar yang sesuai untuk menerangkan dan menjelaskan tentang proses penghasilan biodiesel yang sememangnya akan memberi manfaat kepada para pelajar. Mesin yang dihasilkan ini adalah mudah alih dan amat sesuai untuk penggunaan dalam makmal atau bengkel bagi tujuan pengajaran dan pembelajaran.

            Selain itu kesedaran terhadap masalah pencemaran udara yang dihadapi di Politeknik Kota Bharu akibat daripada penggunaan bahan bakar diesel terutamanya pada bas, van, jentolak, traktor dan sebagainya telah memberi cetusan idea dalam penghasilan mesin pemprosesan biodiesel ini. Penghasilan minyak biodiesel yang mesra alam ini pastinya akan dapat mengurangkan masalah pencemaran yang dihadapi di kawasan Politeknik Kota Bharu.

             Pada masa kini, pembelian mesin dan peralatan di bengkel dan makmal di Politeknik Kota Bharu meningkat secara  mendadak disebabkan oleh keperluan bagi memenuhi proses pengajaran dan pembelajaran. Sehubungan itu, mesin pemprosesan biodiesel yang dihasilkan ini akan membantu dalam mengurangkan kos pembelian terhadap alat bantu mengajar bagi proses P&P.

             Kajian terhadap mesin pemprosesan biodiesel ini telah dilaksanakan secara berperingkat dan diseliakan bagi mengenalpasti kelebihan dan kelemahan yang terdapat di dalam sistem mesin tersebut. Data yang diperolehi akan dianalisis dan direkodkan bagi memastikan mesin yang dihasilkan memenuhi spesifikasi mesin pemprosesan biodiesel. Penambahbaikan terhadap kelemahan yang terdapat pada sistem mesin ini akan dikenalpasti dan penyelesaian secara kondusif akan dilaksanakan bagi menghasilkan mesin yang berkeupayaan untuk mengeluarkan produk biodiesel yang bermutu dan mempunyai nilai tambah di pasaran.

           

2              KAJIAN LITERATUR

Kajian yang berkaitan biodiesel telah diterbitkan melalui jurnal-jurnal sebelum ini dijadikan panduan bagi membangunkan projek yang dihasilkan. Idea-idea berkaitan telah menjadi inspirasi dalam pembangunan dan rekacipta mesin yang telah dihasilkan. Proses pengajaran dan pembelajaran  yang melibatkan kursus mekanikal automotif akan berjalan dengan lebih berkesan dan memberi impak yang besar dalam menyampaikan ilmu pengetahuan berkaitan biodiesel.

             Biodiesel adalah sumber bahan api yang merujuk kepada metil ester yang dihasilkan daripada minyak sayur-sayuran [1](Reed, 1993). Konsep menggunakan minyak sayuran sebagai satu sumber bahan api mula ditemui sejak 1895 apabila Dr.Rudolf Diesel membangunkan enjin diesel pertama menggunakan minyak sayuran [2](Nitske and Wilson,1965). Beliau telah menunjukkan dengan jayanya penggunaan enjin diesel menggunakan minyak kacang yang beliau hasilkan di World Exhibition di Paris pada 1900.

             Secara umum, biodiesel dihasilkan melalui proses transesterifikasi minyak atau lemak bersama alkohol dan pemangkin alkali yang akan menghasilkan metil ester(biodiesel) dan gliserol/gliserin sebagai produk sampingan. Minyak yang memiliki keasidan tinggi kurang sesuai diproses secara langsung melalui transesterifikasi kerana akan terjadi penyabunan [3](Gubitz, 1999). Menurut [4]Noureddini and Zhu (1997), suhu amat berpengaruh terhadap tempoh tindakbalas. Semakin meningkat suhu tindakbalas, maka tempoh tindakbalas akan berlaku dengan lebih pantas. Transesterifikasi akan berlangsung lebih cepat apabila suhu dinaikkan mendekati takat didih metanol (68°C) [5] (Freedman et al., 1984).

             Penggunaan diesel dan petroleum di Malaysia pada 2002 adalah 8.67 juta tan dan 50% adalah digunakan oleh sektor pengangkutan Permintaan terhadap diesel dan petroleum ini dijangka meningkat sejajar dengan pertumbuhan industri dan ekonomi. PETRONAS telah menganggarkan bahawa simpanan petroleum di Malaysia dijangka berakhir dalam masa 24 tahun lagi maka adalah perlu untuk mencari satu sumber tenaga alternatif yang baru.

             Malaysia telah memulakan kajian terhadap biodiesel dengan meluas sejak 1982 lagi, dan kajian yang dijalankan banyak tertumpu kepada menukar minyak kelapa sawit kepada metal ester(biodiesel). Metil ester(biodiesel) yang telah dihasilkan oleh teknologi MPOB/PETRONAS [6]( Choo et al., 1992) mempunyai bahan api yang mempunyai ciri-ciri yang serupa dengan diesel petroleum.

             Beberapa konsep dan idea daripada kajian literatur di atas menjadi panduan bagi menyelesaikan permasalahan yang berkaitan penghasilan mesin pemprosesan biodiesel ini. Mesin pemprosesan biodiesel ini dapat digunakan sebagai alat bantu mengajar dalam proses pengajaran dan pembelajaran terutamanya yang melibatkan kursus mekanikal automotif. Inovasi dan rekacipta yang dihasilkan akan memberi kefahaman yang lebih bermanafaat kepada pelajar, pensyarah, juruteknik dan para pengguna.

3               METODOLOGI PENGHASILAN MESIN PEMPROSESAN BIODIESEL

       Perancangan secara berjadual dan rapi dilaksanakan bagi membangunkan mesin pemprosesan biodiesel ini. Penggunaan konsep dan idea-idea yang diperolehi hasil daripada kajian literatur memberi inspirasi terhadap penghasilan mesin ini. Idea yang berkonsepkan biodiesel di dalam perindustrian kimia dan bio teknologi telah mencetuskan langkah kerja yang sistematik dan efisien dalam membangunkan mesin ini.

 Carta alir 1 menunjukkan langkah kerja bagi penghasilan mesin pemprosesan biodiesel. Kajian literatur terhadap mesin dipasaran dilaksanakan dan konsep-konsep yang digunakan didalam penghasilan mesin ini mengikut speksifikasi mesin pemprosesan biodiesel. Pengumpulan data dan maklumat mengenai kriteria mesin direkodkan dan dijadikan asas bagi mereka bentuk mesin ini. Beberapa aspek mekanikal, elektrikal dan perpaipan dikelaskan secara terperinci bagi menghasilkan mesin yang berkeupayaan serta terjamin kualitinya.

Carta alir 1: Proses Penghasilan Mesin Pemprosesan Biodiesel

            Carta alir 2 menunjukkan proses penghasilan produk biodiesel dengan menggunakan mesin ini. Spesifikasi bahan mentah dikenalpasti dan disukat mengikut kuantiti yang diperlukan untuk memperolehi hasil mengikut komposisi produk biodiesel sebenar. Proses pemanasan air pada suhu 50°C hingga 55°C dijalankan agar tindakbalas kimia bahan mentah biodiesel berlaku dengan kadar yang optimum. Campuran bahan mentah seperti minyak masak, methanol dan natrium hidroksida (NaOH) diadun dan dikacau selama 1 jam bagi memastikan proses tindakbalas bahan berlaku dengan sempurna. Kemudian campuran dienapkan selama 8 jam dan selepas itu hasilnya diperolehi. Biodiesel  yang diperolehi kemudiannya diuji di makmal dan sifat-sifat kimianya direkodkan.

Carta alir 2: Proses Penghasilan Minyak Biodiesel

4          ANALISIS DATA DAN PERBINCANGAN

Setelah pelaksanaan membina mesin pemprosesan biodiesel siap dilakukan mengikut spesifikasi ditetapkan, segala data dan maklumat telah direkodkan secara gambarajah dan jadual. Gambarajah 1 merupakan gambarajah skematik bagi mesin pemprosesan biodiesel yang telah disiapkan. Dimensi bagi tinggi asas dandang adalah 625mm manakala lebarnya 406mm. Tebal penebat(Rockwool) adalah 25mm dan tebal plat keluli tahan karat adalah 3mm. Gambarajah 2 pula merupakan gambarajah sebenar mesin pemprosesan yang telah dihasilkan. Rujukan terhadap gambarajah skematik dilakukan bagi memperolehi dimensi dan spesifikasi seperti yang dikehendaki.

     Gambarajah 2 : Gambar sebenar mesin pemprosesan Biodiesel yang telah dihasilkan

            Setelah proses merekabentuk mesin pemprosesan biodiesel ini siap, proses untuk menghasilkan minyak biodiesel pun dimulakan. Keputusan ujikaji diringkaskan seperti gambarajah 3 di bawah. Merujuk kepada gambarajah 3, ujikaji yang telah dijalankan mendapati bagi setiap 4 liter minyak masak dan 800 ml methanol yang digunakan akan menghasilkan 4484 ml minyak biodiesel mentah dan juga 316 ml gliserin(produk sampingan).

      Biodiesel mentah yang diperolehi dipanaskan ke suhu 100°C bagi menghilangkan sisa-sisa methanol yang tidak bertindak balas. Kemudian ianya dibotolkan dan dihantar Makmal Pusat Pengajian Sains Kimia, Universiti Sains Malaysia Pulau Pinang untuk diujikaji. Hasil dari ujikaji yang dijalankan didapati spesifikasi minyak biodiesel yang diproses menggunakan mesin yang telah dihasilkan ini mempunyai ciri-ciri yang hampir sama dengan biodiesel(B100). Tetapi biodiesel yang dihasilkan ini mempunyai darjah kandungan air (ppm) yang agak tinggi berbanding biodiesel B100. Sekiranya kandungan air yang terbentuk semasa proses penghasilan ini boleh kurangkan atau diasingkan maka ianya akan menyerupai sifat-sifat seperti biodiesel B100. Walaubagaimanapun dalam kajian ini tiada peralatan yang spesifik digunakan bagi merendahkan paras kandungan air dalam biodiesel yang telah dihasilkan.

      Data ciri-ciri sifat biodiesel yang diperolehi hasil dari ujian di Makmal Pusat Pengajian Sains Kimia Universiti Sains Malaysia ini dikumpulkan dan direkodkan seperti yang terdapat pada jadual 2 di bawah. Dalam jadual 1 ini juga terdapat perbandingan sifat dan juga ciri-ciri antara biodiesel yang diperolehi, biodiesel B100 dan juga minyak diesel.

	Jadual 1 : Perbandingan Produk Biodiesel

	Biodiesel yg diperolehi	Biodiesel (B100)	Diesel
Komposisi	Metil Ester	Metil Ester	Hidrokarbon
Ketumpatan (g/ml)	0.859	0.855	0.823
Kelikatan kinematik (x10-6 m2/s)	4.28	4.30	4.00
Indeks angka setana	63	63	53
Tenaga yang dihasilkan (MJ/Kg)	39.6	39.7	45.8
Titik kilat (°C)	172	172	98
Takat didih (°C)	180 - 338	182 - 338	170 - 250
Kandungan Air(ppm)	750	500	200

5            KESIMPULAN

Mesin Pemprosesan Biodiesel yang dihasilkan dapat memenuhi keperluan alat bantu mengajar dalam proses pengajaran dan pembelajaran (P&P). Keperluan silibus program automotif diesel terhadap keupayaan produk biodiesel sebagai bahan bakar alternatif menjadi inspirasi bagi menghasilkan mesin ini. Pengajaran yang lebih berkesan dan bermanfaat akan berlaku jika alat bantu mengajar yang sesuai digunakan dalam bengkel dan makmal. Jesteru, mesin pemprosesan ini dapat menyumbangkan ke arah pengajaran dan pembelajaran yang lebih berkualiti dan efektif.

              Penambahbaikan mesin pemprosesan ini dari aspek keselamatan, sistem pengoperasian dan bahagian mekanikal perlu ditingkatkan agar keupayaan mesin ini menjadi lebih fleksibel dan memenuhi spesifikasi mesin pemprosesan di pasaran. Sistem manual yang terdapat pada mesin ini perlu diautomasikan agar penggunaanya lebih sistematik. Aspek keselamatan dalam mengendalikan mesin pemprosesan biodiesel juga perlu ditingkatkan bagi menjamin kemaslahatan pengguna.

              Kajian yang lebih intensif perlu dilaksanakan di peringkat jabatan dan institusi melalui projek pelajar agar penambahbaikan pelaksanaan pengajaran dan pembelajaran dapat dijalankan secara berkesan dan efisien. Pelbagai langkah dan pendedahan perlu dilakukan terhadap kajian agar ia lebih berdaya saing dan mempunyai nilai tambah yang bermutu tinggi.

6            PENAMBAHBAIKAN MASA HADAPAN

              Mesin pemprosesan biodiesel yang telah dihasilkan dapat menyumbangkan kepada penghasilan bahan biodiesel yang bermutu dan berkualiti. Kajian yang dijalankan terhadap mesin ini telah dilaksanakan secara berperingkat bagi mengenalpasti kekurangan atau kelemahan sistem pengoperasiannya. Penambahbaikan yang dicadangkan bagi mesin pemprosesan ini adalah:

6.1   Sistem yang dihasilkan adalah secara manual, bagi penambahbaikan sistem ini perlu diautomasikan bagi menghasilkan mesin yang lebih efisien dan berteknologi tinggi.

6.2   Peralatan bagi pengasingan air perlu ada pada mesin ini supaya kadar air dalam biodiesel dapat dikurangkan dan seterusnya akan meningkatkan kualiti biodiesel yang dihasilkan.

6.3   Ciri-ciri keselamatan yang lebih terjamin dan dapat memelihara keselamatan pengguna semasa mengendalikan mesin.

6.4   Penyelenggaraan mesin ini pada masa hadapan perlu dilaksanakan di peringkat politeknik agar mesin ini berkeupayaan beroperasi dalam tempoh yang lama serta mengurangkan kos penyelenggaraan.

6.5   Pengkomersilan rekacipta mesin ini ke pasaran dapat memartabatkan politeknik sebagai sebuah institusi pengajian tinggi yang berwibawa dari segi kredibiliti pensyarah mahu pun pelajar.

RUJUKAN

[1] REED, T B (1993). An overview of the current status of biodiesel. Proc. of the First

     Biomass Conference of the Americans.Vol. 2. p.797.

[2] Nitschke, W.R. and Wilson, C.M., 1965, Rudolph Diesel, Pioneer of the Age of

      Power.University of Oklahoma Press, Norman, OK.

[3] Gubitz, G.M., M. Mittelbach, and M. Trabi. 1999. Exploitation of the tropical oil seed

      plant Jatropha curcas L. Bioresource Technology. 67: 73-82.

[4] Noureddini H. and Zhu D., 1997, Kinetics of Transesterification in a Batch Reactor.

      J.Am.Oil.Chem.Soc. 74, 1457-1463

[5] Freedman, R. B. (1984) Trends Biochem. Sci. 9, 438-441

[6] Choo et al.,1992, Palm Biodiesel Gearing Towards Malaysian Diesel Standards.p.1-7

           

[7] Jrdi Bonet-Ruiz et.al.,2010,  Simulation of a Continuous Process for Biodiesel Synthesis

     from Triacylglycerol based on Different Topologies. CHEMICAL ENGINEERING

     TRANSACTIONS Volume 21, 2010

[8] www.home-made-biodiesel.com/history-of-biodiesel.html






* utk mendownload just klik pada link di bawah :  

 http://www.scribd.com/doc/58884549/Merekabentuk-Mesin-Pemprosesan-Biodiesel-Mudah-Alih-sebagai-ABM