Peran Bioaditif Kulit Jeruk Sebagai Octane-Booster Melalui Percabangan Hidrokarbon Rantai Lurus (N-Heptane)

Musyaroh and Prof. Dr. Eng Widya Wijayanti, ST, MT and Prof. Dr. Eng. Mega Nur Sasongko, ST, MT and Ir. Winarto, ST, MT, Ph.D (2023) Peran Bioaditif Kulit Jeruk Sebagai Octane-Booster Melalui Percabangan Hidrokarbon Rantai Lurus (N-Heptane). Doktor thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

N-heptane merupakan hidrokarbon rantai lurus yang menyusun bahan bakar yang memiliki research Octane Number (RON) 0 dan rawan menyebabkan knocking. Modifikasi hidrokarbon rantai lurus dibutuhkan untuk meningkatkan kualitas bahan bakar rendah oktan sehingga dapat digunakan pada mesin modern yang berkembang saat ini. Salah satu upaya yang biasa dilakukan untuk mengatasi hal tersebut adalah menambahkan aditif ke dalam bahan bakar. Tujuan penelitian ini adalah untuk memodifikasi rantai lurus n-heptane sehingga keberadaannya dalam bahan bakar dapat memiliki kemampuan anti-knock yang baik. Modifikasi tersebut dilakukan dengan menambahkan senyawa dominan pada minyak atsiri kulit jeruk yaitu limonene dan eugenol pada hidrokarbon rantai lurus n-heptane. Metode penelitian yang digunakan yaitu ekperimen dan simulasi. Eksperimen dilakukan secara langsung dilaboratorium dengan variable bebas berupa konsentrasi limonene dan eugenol (1%, 3%, 5%, 7%, 10%, 30%, 50%, dan 80%) dan variable terikat yang diteliti terdiri dari physicochemical properties, anti-knock, engine performance, dan emisi gas buang. Adapun simulasi pada penelitian ini dilakukan dengan bantuan software Hyperchem. Simulasi dilakukan untuk mengetahui perilaku campuran bahan bakar setelah proses pencampuran dengan parameter yang dihitung yaitu energi total, energi potensial, energi ikatan, panas pembentukan, polaritas, panjang ikatan, dan muatan parsial atom. Hasil penelitian menunjukkan bahwa senyawa dominan pada bioaditif kulit jaruk dapat meningkatkan kualitas anti-knock n-heptane yang hanya memiliki angka oktan 0 dengan meningkatkan angka oktannya menjadi lebih dari nilai oktan dasar keduanya. Limonene secara signifikan menunjukkan pengaruh octane hyperbooster terhadap peningkatan RON hidrokarbon beroktan rendah (n-heptana), dari nol menjadi 104,1, melebihi RON dasar n-heptana. Limonene memiliki reaksi kimia auto-ignition yang unik, dimana limonene dapat merangsang dan menghambat kimia auto-ignition melalui abstraksi hidrogen dan pembentukan radikal hidroperoksil (HO2) dan hidrogen peroksida H2O2. Awalnya, limonena memiliki kecepatan nyala yang lebih tinggi daripada n-heptana; namun, proses abstraksi dalam limonene merangsang pembentukan radikal HO2 dan H2O2, yang sangat penting dalam reaksi suhu menengah. Radikal ini dapat secara efektif menghambat proses penyalaan otomatis dalam rentang suhu tertentu. Semakin signifikan efek octane hyperbooster pada limonene, semakin rendah energi kinetik campuran bahan bakar dan semakin tinggi efek penghambatan reaktivitas limonene. Kemudian untuk pengujian performansi motor bakar, hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa brake thermal efficiency (BTE) campuran bahan bakar tertinggi pada penelitian ini dicapai oleh campuran n-heptane dan limonene 3% (GL-3), diikuti campuran n-heptane dan limonene 1% (GL-1). Penambahan limonene meningkatkan performa mesin dengan meningkatkan daya mesin (brake horse power/BHP). Namun, penambahan limonene pada konsentrasi tinggi cenderung menurunkan BTE karena penguapan panas laten tertinggi dan densitas xiii xiii limonene yang lebih tinggi dibandingkan n-heptane. Lebih lanjut, kondisi tersebut juga mempengaruhi peningkatan exhaust gas temperature (EGT) pada GL-5 menjadi GL-80. Penambahan limonene pada n-heptane berdampak positif terhadap emisi gas buang. Limonene meningkatkan pembakaran sempurna campuran bahan bakar karena mengurangi emisi karbon monoksida (CO) dan hidrokarbon (HC) meskipun disisi lain emisi karbon dioksida (CO2) dan nitrogen oksida (NOx) yang dihasilkan menujukkan peningkatan.

English Abstract

N-heptane is a straight-chain hydrocarbon that makes up fuel that has a Research Octane Number (RON) of 0 and is prone to causing knocking. Modification of straight-chain hydrocarbons is needed to improve the quality of low-octane fuel so that it can be used in modern engines currently being developed. One effort that is usually done to overcome this is to add additives to the fuel. This study aimed to modify n-heptane straight chain so that its presence in fuel can have good anti-knock ability. The modification was carried out by adding the dominant compounds in orange peel essential oil, namely limonene (C10H16) and eugenol (C10H12O2), to n-heptane straight chain hydrocarbons. The research method used is experiment and simulation. Experiments were carried out directly in the laboratory with the independent variables in the form of limonene and eugenol concentrations (1%, 3%, 5%, 7%, 10%, 30%, 50%, and 80%) and the dependent variables studied consisted of physicochemical properties, anti-knock, engine performance, and exhaust emissions. The simulation in this study was carried out using Hyperchem software. The simulation determined to investigate the behavior of the fuel mixture after the mixing process with the calculated parameters, namely total energy, potential energy, bond energy, heat of formation, polarity, bond length, and partial atomic charge. The results showed that the dominant compound in the juruk peel bioadditive could improve the quality of the anti-knock n-heptane which only has an octane number of 0 by increasing its octane number to more than the basic octane value of both. Limonene significantly showed the effect of octane hyperbooster on increasing the RON of low-octane hydrocarbons (n-heptane), from zero to 104.1, exceeding the basic RON of n-heptane. Limonene has a unique auto-ignition chemical reaction, where limonene can stimulate and inhibit auto-ignition chemistry through hydrogen abstraction and the formation of hydroperoxyl radicals (HO2) and hydrogen peroxide H2O2. Initially, limonene has a higher flash velocity than n-heptane; however, the abstraction process in limonene stimulates the formation of HO2 and H2O2 radicals, which are very important in intermediate temperature reactions. These radicals can effectively inhibit the automatic ignition process within a certain temperature range. The more significant the octane hyperbooster effect on limonene, the lower the kinetic energy of the fuel mixture and the higher the inhibitory effect of limonene reactivity. Then for testing the performance of combustion engines, the results obtained showed that the highest brake thermal efficiency (BTE) fuel blend in this study was achieved by a mixture of 3% n-heptane and limonene (GL-3), followed by a mixture of n-heptane and 1% limonene (GL-1). The addition of limonene improves engine performance by increasing engine power (brake horsepower/BHP). However, the addition of limonene at high concentrations tends to reduce BTE because of the highest latent heat of evaporation and the density of limonene is higher than n-heptane. Furthermore, these conditions also affect the increase in exhaust gas temperature (EGT) at GL-5 to GL-80. The addition of limonene to n- xv xv heptane has a positive impact on exhaust emissions. Limonene increases the complete combustion of the fuel mixture because it reduces carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) emissions, although on the other hand the resulting carbon dioxide (CO2) and nitrogen oxide (NOx) emissions show an increase.

Item Type:	Thesis (Doktor)
Identification Number:	0623070005
Uncontrolled Keywords:	anti-knock, n-heptane, percabangan, limonene, eugenol, octane hyperboosting
Subjects:	600 Technology (Applied sciences) > 621 Applied physics > 621.8 Machine engineering
Divisions:	S2/S3 > Doktor Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Depositing User:	Endang Susworini
Date Deposited:	05 Oct 2023 01:18
Last Modified:	05 Oct 2023 01:18
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/203537

Text (DALAM MASA EMBARGO) Musyaroh.pdf Restricted to Registered users only until 31 December 2025. Download (9MB)

Actions (login required)

View Item