Laporan Proyek Mini

8/17/2019 Laporan Proyek Mini

1/52

RANCANG BANGUN REAKTOR DAN SISTEM KONTROL BIOETANOL

MENGGUNAKAN BAHAN BAKU TETES TEBU SEBAGAI PENGGANTI BAHAN

BAKAR FOSIL

LAPORAN PROYEK MINI

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi

Oleh :

YURNALIS

11255102069

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SULTAN SYARIF KASIM RIAU

PEKANBARU

2016


2/52


3/52

RANCANG BANGUN REAKTOR DAN SISTEM KONTROL BIOETANOL

MENGGUNAKAN BAHAN BAKU TETES TEBU SEBAGAI PENGGANTI BAHAN

BAKAR FOSIL

YURNALISNIM: 11255102069

Tanggal Seminar : 6 Januari 2016

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau

Jl. Soebrantas No.155 Pekanbaru

ABSTRAK

Energi memiliki peranan yang sangat penting didalam kehidupan manusia, terutama pada

sektor energi fosil sebagai penunjang kebutuhan. Diperkirakan kebutuhan bahan bakar fosil

akan meningkat setiap tahunnya, beriringan dengan bertambahnya populasi manusia. Salah

satu solusinya beralih ke energi alternatif yaitu bioetanol. Dalam perancangan ini,

dilakukan rancang bangun alat reaktor bioetanol yang dilengkapi sistem kontrol, alat ini

menggunakan reaktor fermentor dengan kapasitas 2 liter yang dilengkapi dengan sensor

MQ-3 untuk mendeteksi alkohol dan memiliki reaktor evaporasi dengan kapasitas 2,4 liter

yang dilengkapi sensor DS18B20 untuk menjaga suhu pada reaktor ini tetap di 78oC dan

reaktor kondensor. Alat ini menggunakan bahan baku tetes tebu 99,21%, Urea 0,5%, NPK

0,06%, dan Ragi 0,23% yang di fermentasi selama 72 jam dan menghasilkan bioetnol 260

ml dengan kadar alkohol 58%.

Kata kunci: reaktor , fermentasi, destilasi, sistem kontrol, tetes tebu, bioetanol.


4/52

DESIGN OF BIOETHANOL REACTOR AND CONTROL SYSTEM USING

MOLASSES AS RAW MATERIAL FOR ALTERNATIVE OF FOSSIL FUEL

YURNALIS

Number Student : 11255102069

Date of Seminar: January 6, 2016

Electrical Engineering Department

Faculty of Science and Technology

State Islamic University of Sultan Syarif Kasim Riau

Soebrantas Street No.155 Pekanbaru

ABSTRACT

Energy has a very important role in human life, especially in the fossil energy sector as a

support needs. Estimated that fossil fuel needs will increase every year, in tandem with the

increase in human population. One of solution is change to alternative energy, that is

bioethanol. In this research is designed of bioethanol reactor and control system using

molasses for raw material , this reactor is using reactor fermenter with 2 litre of molasses

capasity which is equipped MQ-3 sensor to detect alcohol and using reactor evaporation

with 2.4 litre which is equipped DS18B20 sensor to keep the temperature in the reactor

fixed at 78oC and reactor condensor. This reactor using molasses for raw material 99.21%,

0.5% Urea, NPK 0.06%, and 0.23% which in fermentation for 72 hours and produced 260

ml bioethanol with a 58% alcohol content.

Keywords: reactor, fermentation, distillation, control systems, molasses, bioethanol.


5/52

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum wr.wb

Puji syukur kami panjatkan kepada Allah S.W.T atas segala rahmat, karunia serta

hidayahnya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Proyek Mini dengan judul

“Rancang Bangun Reaktor dan Sistem Kontrol Bioetanol Menggunakan Bahan Baku

Tetes Tebu Sebagai Pengganti Bahan Bakar Fosil” sesuai dengan waktu yang ditetapkan.

Shalawat dan salam semoga terlimpah kepada Nabi Muhammad S.A.W.

Laporan ini diajukan sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan mata kuliah

Kerja Praktek di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam

Negeri Sultan Syarif Kasim Riau.

Selanjutnya dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada:

1. Teristimewa Kedua Orang tua penulis, yang telah mendo’akan dan memberikan

dukungan, serta motivasi agar penulis dapat sukses dalam menyelesaikan laporan ini

dengan baik dan benar.

2.

Bapak Dr. Hartono, M. Pd., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau yang telah memberikan izin kepada penulis

untuk melaksanakan proyek mini.

3. Bapak Dr. Alex Wenda, ST, M.Eng., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro

Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau yang telah memberikan izin

kepada penulis untuk melakukan proyek mini.

4.

Ibu Ewi Ismareda, S.Kom,. M.Kom, selaku Sekretaris Ketua Jurusan Teknik Elektro

Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau.

5. Bapak Aulia Ullah, ST, M.Eng, selaku Koordinator Kerja Praktek/ Proyek Mini

Jurusan Teknik Elektro Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau.

6. Ibu Susi Afriani, ST, MT., selaku dosen pembimbing proyek mini yang telah banyak

meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membimbing dan memberikan

petunjuk yang sangat berguna saat penulis menyelesaikan laporan proyek mini ini.

7.

Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Teknik Elektro UIN SUSKA RIAU, yang telah banyak

memberikan masukan dan meluangkan waktu untuk berkonsultasi guna

menyelesaikan laporan proyek mini ini.


6/52

8. Rekan-rekan Teknik Elektro Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau

yang tidak dapat disebutkan satu per satu, yang juga turut memberikan dorongan

semangat kepada penulis untuk dapat menyelesaikan laporan proyek mini ini. Serta

tidak terlupakan juga untuk seorang terkasih yang selalu memberikan dukungan

semangat dan motivasi serta selalu setia menemani penulis dalam menyelesaikan

laporan proyek mini ini.

9. Serta kepada semua pihak yang telah memberikan dorongan dan bantuan, penulis

hanya dapat mengucapkan terima kasih, semoga bantuan bimbingan dan dukungan

yang diberikan mendapatkan balasan dari Allah SWT. Amin.

Penulis menyadari dalam penulisan laporan ini masih banyak terdapat kekurangan

serta kesalahan, untuk itu dengan segala kerendahan hati, penulis menerima segala saran

serta kritik yang bersifat membangun, agar lebih baik dimasa yang akan datang.

Harapan penulis, semoga laporan proyek mini ini dapat berguna bagi penulis sendiri

khususnya, serta memberikan hikmah dan ide bagi pembaca pada umumnya. Amin.

Wassalamu’alaikum wr.wb

Pekanbaru, 6 Januari 2016

Penulis


7/52

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR PENGESAHAN

ABSTRAK

ABSTRACT

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI ......................................................................................................... i

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ iii

DAFTAR TABEL ................................................................................................. iv

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang ................................................................................... I-1

1.2 Rumusan Masalah.............................................................................. I-2

1.3 Batasan Masalah ................................................................................ I-2

1.4 Sistematika Penulisan ........................................................................ I-3

BAB II SASARAN DAN MANFAAT

2.1.

Sasaran ............................................................................................... II-1

2.2. Manfaat .............................................................................................. II-1

BAB III TEORI

3.1. Bioetanol ............................................................................................ III-1

3.2.

Tebu ................................................................................................... III-1

3.3. Fermentasi ......................................................................................... III-2

3.3.1. Fermentor............................................................................... III-4

3.4.

Destilasi ............................................................................................. III-53.4.1. Evaporasi ............................................................................... III-6

3.4.2. Kondensasi............................................................................. III-8

3.5. Keamanan dan Keselamatan Kerja .................................................... III-9

3.5.1. Tindakan Penanggulangan Apabila Tubuh Terkontaminasi

oleh Alkohol .......................................................................... III-9

3.5.2. Pengoperasian Alat Reaktor Bioetanol .................................. III-10

BAB IV LANGKAH KERJA4.1. Diagram Pelaksanan .......................................................................... IV-1


8/52

4.2. Perencanaan dan Perancangan Reaktor Bioetanol............................. IV-2

4.3. Pembuatan Bioetanol ......................................................................... IV-3

4.4.

Pengumpulan Data ............................................................................. IV-4

4.5.

Pengolahan Data ................................................................................ IV-4

4.6. Analisa Hasil...................................................................................... IV-4

4.7. Kesimpulan dan Saran ....................................................................... IV-4

4.8. Penyusunan Laporan.......................................................................... IV-5

BAB V BAHAN DAN PERALATAN

5.1.

Bahan ................................................................................................. V-1

5.1.1. Sistem Kontrol .................................................................... V-1

5.1.2.

Reaktor Bioetanol ............................................................... V-1

5.1.3. Proses Fermentasi ............................................................... V-2

5.2. Peralatan ............................................................................................ V-2

BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN

6.1. Hasil Perancangan ............................................................................. VI-1

6.1.1.

Reaktor Fermentor .............................................................. VI-2

6.1.2. Evaporator .......................................................................... VI-4

6.1.3.

Kondensor ........................................................................... VI-5

6.1.4. Sistem Kontrol .................................................................... VI-6

6.2. Pembahasan ....................................................................................... VI-7

6.2.1.

Prinsip Kerja Reaktor Bioetanol ......................................... VI-7

6.2.2.

Hasil Pengujian ................................................................... VI-8

6.2.2.1. Pengujian Sensor Suhu .......................................... VI-8

6.2.2.4. Pengujian Alat Reaktor Bioetanol ......................... VI-8

6.2.2.2. Pengujian Kadar Alkohol Bioetanol ...................... VI-9BAB VII PENUTUP

7.1.

Kesimpulan ........................................................................................ VII-1

7.2.

Saran .................................................................................................. VII-1

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN


9/52

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman Gambar 1.1 Kebutuhan Bahan Bakar Fosil ........................................................... I-1

Gambar 3.1 Tanaman Tebu .................................................................................... III-2

Gambar 4.1 Flowchart Langkah Kerja ................................................................... IV-1

Gambar 6.1 Rancangan Alat Tampak Depan ......................................................... VI-1

Gambar 6.2 Rancangan Alat Tampak Samping ..................................................... VI-1

Gambar 6.3 Reaktor Fermentor .............................................................................. VI-2

Gambar 6.4 Sensor MQ-3 ....................................................................................... VI-2

Gambar 6.5 Selenoid Valve 12 Volt ....................................................................... VI-3

Gambar 6.6 (a) Ragi (b) Urea (c) NPK .................................................................. VI-3

Gambar 6.7 Tabung Evaporator ............................................................................. VI-4

Gambar 6.8 Sensor Suhu DS18B20 ....................................................................... VI-4

Gambar 6.9 Kompor dan Motor Servo ................................................................... VI-5

Gambar 6.10 Tabung Kondensor............................................................................ VI-5

Gambar 6.11 Spiral Aliran Uap .............................................................................. VI-6

Gambar 6.12 Sistem Kontrol Reaktor Bioetanol .................................................... VI-6

Gambar 6.13 Peralatan Reaktor Bioetanol ............................................................. VI-7

Gambar 6.14 Hasil Bioetanol ................................................................................. VI-9

Gambar 6.15 Pengujian Kadar Bioetanol ............................................................... VI-10


10/52

DAFTAR TABEL

Tabel HalamanTabel 5.1 Bahan yang digunakan untuk Sistem Kontrol ........................................ V-1

Tabel 5.2 Bahan yang digunakan untuk Reaktor Bioetanol ................................... V-1

Tabel 5.3 Spesifikasi Bahan Fermentasi................................................................. V-2

Tabel 5.4 Alat yang digunakan dalam Pembuatan Reaktor Bioetanol ................... V-2

Tabel 6.1 Spesifikasi Reaktor Fermentor ............................................................... VI-2

Tabel 6.2 Spesifikasi Bahan Fermentasi................................................................. VI-3

Tabel 6.3 Spesifikasi Evaporator ............................................................................ VI-4

Tabel 6.4 Spesifikasi Kondensor ............................................................................ VI-5

Tabel 6.5 Pengujian Sensor Suhu ........................................................................... VI-8

Tabel 6.6 Spesifikasi Bahan Percobaan Fermentasi ............................................... VI-8


11/52

BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Energi memiliki peranan yang sangat penting didalam kehidupan manusia, terutama

pada sektor energi fosil sebagai penunjang kebutuhan, baik konsumsi, transportasi atau

peranan dalam pemenuhan kebutuhan primer lainnya. Dengan pemanfaatan sumber energi

secara terus menerus, tentunya akan memberikan dampak dengan semakin berkurangnya

kandungan energi yang berasal dari dalam bumi, diperkirakan kebutuhan bahan bakar fosil

akan meningkat setiap tahun beriringan dengan bertambahnya populasi manusia.

Gambar 1.1 Kebutuhan Bahan Bakar Fosil

(Sumber: Outlook Energi 2014)

Dunia energi saat ini sedang gencar-gencarnya mengatasi permasalahan krisis energi

berbahan bakar fosil akibat dari konsumsi energi berlebih dengan memanfaatkan bahan-

bahan yang berasal dari alam dan kemudian dikonversikan sebagai pengganti bahan bakar

fosil yang sering kita kenal dengan istilah energi terbarukan.

Pemerintah mengeluarkan peraturan presiden No. 5 Tahun 2006 mengenai Kebijakan

Energi Nasional (KEN) sebesar 5% dari total energi pada tahun 2025 dan Instruk Presiden

No.1 Tahun 2006 tentang penyediaan dan pemanfaatan biofuel sebagai bahan bakar lain di

Indonesia “Energi terbarukan adalah sumber energi yang dihasilkan dan sumber daya energi

yang secara alamiah tidak akan habis dan dapat berkelanjutan jika dikelola dengan baik,

antara lain panas bumi, bahan bakar nabati (biofuel ), aliran air sungai, panas surya, angin,

biomassa, biogas, ombak laut, dan suhu kedalaman” (Peraturan Presiden RI No.5 Tahun

2006).


12/52

Bioetanol merupakan etanol yang bahan utamanya dari tumbuhan dan umumnya

menggunakan proses fermentasi, kemudian di murnikan dengan proses destilasi. Indonesia

sendiri banyak sekali terdapat tumbuhan yang dapat digunakan sebagai bahan baku

pembuatan bioetanol, salah satunya yaitu tetes tebu (molase).

Molase adalah hasil samping yang berasal dari pembuatan gula tebu (Saccharum

Officinarum). Ketersediaan molase sebagai bahan baku bioetanol di Indonesia cukup

banyak. Ketersediaan molase berkorelasi dengan luas areal perkebunan tebu yang semakin

meningkat. Diperkirakan untuk setiap ton tebu akan menghasilkan sekitar 2,7 % tetes tebu.

Perkebunan tebu di Indonesia banyak ditemukan di pulau Jawa baik Jawa Barat, Jawa

Tengah maupun Jawa Timur, Aceh dan Sulawesi Selatan. Tetapi masih ada perkebunan

rakyat yang belum terdeteksi karena luas areal kebun yang sempit (Yumaihana, 2010).

Tetes tebu berupa cairan kental dan diperoleh dari tahap pemisahan kristal gula.

Molase tidak dapat lagi dibentuk menjadi sukrosa namun masih mengandung gula dengan

kadar tinggi 50-60%, asam amino dan mineral. Tingginya kandungan gula dalam molase

sangat potensial dimanfaatkan sebagai bahan baku bioetanol. Dari 1000 Kg molase

terkandung 450 – 520 Kg gula yang bisa menghasilkan 250 L etanol. Perbandingan hasil

biomassa dengan bioetanol adalah 4 : 1 (Yumaihana, 2010).

Penelitian kali ini akan merancang sebuah Reaktor Bioetanol dilengkapi dengan

sistem kontrol yang berbahan baku tetes tebu, kemudian akan menjadi pengganti bahan

bakar fosil dalam rangka penerapan energi alternatif untuk pemenuhan kebutuhan manusia.

Disamping untuk memenuhi kebutuhan masyarakat, alat ini juga sangat mendukung aktif

kelestarian akan terjaganya suatu lingkungan.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah pada proyek mini ini adalah bagaimana cara menghasilkan

bioetanol dari hasil fermentasi tetes tebu melalui reaktor bioetanol yang dilengkapi dengan

sistem kontrol sebagai pengganti bahan bakar fosil?

1.3 Batasan Masalah

Pada perancangan dan pembuatan alat ini, penulis membahas tentang:

1. Rancang bangun reaktor bioetanol yang di lengkapi dengan sistem kontrol

2. Pembuatan bioetanol menggunakan bahan baku dari fermentasi tetes tebu.


13/52

3. Penentuan bahan dan alat yang kondisional dengan perencanaan dan pembuatan

reaktor bioetanol.

4.

Pengujian reaktor bioetanol.

1.4 Sistematika Penulisan

Secara keseluruhan, penulisan laporan ini terdiri dari beberapa bab dengan

sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini akan diuraikan tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan

masalah dan sistematika penulisan laporan proyek mini.

BAB II SASARAN DAN MANFAATPada bab ini penulis mencoba memaparkan sasaran pembuatan proyek mini dan

manfaat yang akan dihasilkan dari perancangan proyek mini.

BAB III TEORI

Pada bab ini penulis mencoba memaparkan konsep-konsep serta teori dasar yang

mendukung perancangan dan pembuatan proyek mini, keamanan dan keselamatan

kerja.

BAB IV LANGKAH KERJA

Pada bab ini penulis melakukan perancangan, komponen alat yang akan dibuat dan

perhitungan alat serta pembuatan dan perakitan alat akan dijelaskan secara rinci pada

bab langkah kerja.

BAB V ALAT DAN BAHAN

Pada bab ini penulis memaparkan tentang biaya pembuatan dan bahan apa saja yang

dibutuhkan beserta alat untuk membuat proyek mini.

BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini penulis memaparkan hasil perancangan dari alat dan sistem kontrol, dan

membahas hasil percobaan menggunakan reaktor bioetanol ini.

BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini penulis memaparkan kesimpulan dari penelitian ini dan saran serta

masukan untuk alat ini kedepannya.


14/52

BAB II

SASARAN DAN MANFAAT

2.1.

Sasaran

Sasaran pada proyek mini ini adalah menghasilkan prototype reaktor bioetanol dan

sistem kontrol, serta menghasilkan bioetanol dari fermentasi tetes tebu yang digunakan

sebagai pengganti bahan bakar fosil.

2.2. Manfaat

Manfaat dari perancangan dan pembuatan reaktor bioetanol ini adalah:

1.

Menambah pengetahuan, pemahaman dan pengalaman bagi penulis dan mahasiswalainnya tentang prinsip kerja, perancangan dan pembuatan yang dapat menjadi dasar

bagi kreatifitas pengembangan reaktor biotenol kedepannya.

2. Membantu pemerintah dalam kebijakan penghematan penggunaan bahan bakar fosil

dengan cara beralih ke bioetanol.

3.

Mendukung program go green, dan menghemat biaya pengeluaran dari masyarakat

dalam memperoleh bahan bakar, sehingga akan meningkatkan taraf ekonomi

masyarakat.


15/52

BAB III

TEORI

3.1.

Bioetanol

Bioetanol berasal dari sumber nabati terbarukan. Sumber nabati yang dapat dijadikan

bahan baku bioetanol adalah bahan-bahan nabati yang dapat mengalami proses fermentasi

untuk menghasilkan alkohol (etanol). Selain itu, bioetanol juga dapat diperoleh dari reaksi

kimia dengan cara mereaksikan etilene dengan steam (Natsir, 2013).

Bioetanol merupakan istilah dari etanol yang berasal dari bahan baku tanaman yang

mengandung nabati, kemudian di fermentasikan. Etanol merupakan nama trival dari etil

alcohol (C2H5OH), atau sering disebut dengan alkohol. Alkohol berupa larutan jernih tak

bewarna dan mempunyai bau yang khas (Natsir, 2013).

Bioetanol bersumber dari gula sederhana, pati dan selulosa. Setelah melalui proses

fermentasi dihasilkan etanol. Etanol adalah senyawa organik yang terdiri dari karbon,

hydrogendan oksigen, sehingga dapat dilihat sebagai turunan senyawa hidrokarbon yang

mempunyai gugus hidroksil dengan rumus C2H5OH. Etanol merupakan zat cair, tidak

berwarna, berbau spesifik, mudah terbakar dan menguap, dapat bercampur dalam air dengan

segala perbandingan. Secara garis besar penggunaan etanol adalah sebagai pelarut untuk zatorganik maupun anorganik, bahan dasar industri asam cuka, ester, spirtus, asetaldehid,

antiseptik dan sebagai bahan baku pembuatan eter danetil ester. Etanol juga untuk campuran

minuman dan dapat digunakan sebagai bahan bakar (gasohol) (Wiratmaja, 2011).

Bioetanol dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, antara lain (Hanum, dkk. 2013):

1. Bahan baku industri atau senyawa kimia, contoh: industri minuman beralkohol,

industri asam asetat dan asetaldehid .

2.

Pelarut dalam industri, contoh: industri farmasi, kosmetika dan plastik.

3.

Bahan desinfektan, contoh: peralatan kedokteran, rumah tangga dan peralatan di

rumah sakit.

4.

Bahan bakar motor.

3.2. Tebu

Tebu merupakan tanaman yang tumbuh di tempat beriklim tropis. Diperkirakan

daerah asal tebu adalah Pulau Irian, lalu tanaman ini menyebar ke seluruh daerah Tropis

dunia. Tanaman ini sudah dibudidayakan secara besar-besaran terutama untuk diambil


16/52

gulanya. Kandungan gula pada tebu diperkirakan sekitar 7-20%, yang terbanyak terdapat

pada batang bagian bawah, yakni sampai 20%. Tebu digunakan terutama untuk diambil

airnya, karena bermanfaat untuk mengbati sakit perut, melegakan tenggorokan, dan

membersihkan luka (Sa’diah, 2009).

Gambar 3.1 Tanaman Tebu

Salah satu jenis sisa produk dari pengolahan tebu adalah molasse adalah hasil

samping dari kristalisasi gula yang berupa sirup berwarna merah cokelat karena adanya

reaksi browning . Molase masih mengandung gula yang cukup banyak, baik sukrosa maupun

gula pereduksi. Total kandungan gula berkisar antara 48%-56% dan pHnya sekitar 5,5-5,6.

Tingginya kandungan gula dalam molase berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku

pembuatan etanol melalui proses fermentasi (Sa’diah, 2009).

3.3. Fermentasi

Fermentasi merupakan proses mikrobiologi yang dikendalikan oleh manusia untuk

memperoleh produk yang berguna, dimana terjadi pemecahan karbohidrat dan asam amino

secara anaerob. Peruraian dari kompleks menjadi sederhana dengan bantuan

mikroorganisme sehingga menghasilkan energi. (Wiratmaja, 2011).

Fermentasi dapat diartikan juga sebagai perubahan gradual oleh enzim beberapa

bakteri, khamir dan jamur. Contoh perubahan kimia dari fermentasi meliputi pengasaman

susu, dekomposisi pati dan gula menjadi alkohol dan karbondioksida, serta oksidasi senyawa

nitrogen organik. Perubahan gula pereduksi menjadi etanol dilakukan oleh enzyme


17/52

invertrase, yaitu enzim kompleks yang terkandung dalam ragi. Reaksinya adalah sebagai

berikut (Wiratmaja, 2011):

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP

Glukosa Etanol+karbondioksida+

(Energi = 118 kJ per mol)

Sehingga secara garis besar dapat dilihat sebagi berikut (Wiratmaja, 2011):

(Gula) Alkohol (etanol) + Karbon dioksida + (glukosa, fruktosa) Energi

(ATP).

Ditinjau dari reaksi diatas, terlihat O2 tidak diperlukan, hanya ada pengubahan zat

organik yang satu menjadi zat organik yang lain (glukosa menjadi etanol). Selanjutnya

apabila etanol telah melewati rentang waktu fermentasinya maka akan terjadi proses

fermentasi lanjutan berupa fermentasi asam asetat dimana mula-mula terjadi pemecahan gula

sederhana menjadi etanol, selanjutnya etanol menjadi asam asetat (Wiratmaja, 2011).

2C2H5OH + 2 O2 2 CH3COOH + 2H2O

Bakteri yang aktif (Wiratmaja, 2011):

1. Acetobacter aceti

2. Acetobacter pasteurianum

3.

Acetobacter oxydans, dan lain-lain.

Reaksi ini merupakan dasar dari pembuatan tape, brem, tuak, anggur minuman, bir,

roti dan lain-lain. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses fermentasi (Sukmawati, 2009):

1. Keasaman (pH)

Tingkat keasaman sangat berpengaruh dalam perkembangan bakteri. Kondisikeasaman yang baik untuk pertumbuhan bakteri adalah 4-5.

2.

Mikroba

Fermentasi biasanya dilakukan dengan menggunakan kultur murni yang dihasilkan

di laboratorium. Kultur ini dapat disimpan dalam keadaan kering atau dibekukan.

Berbagai macam jasad renik dapat digunakan untuk proses fermentasi antara lain

yeast . Yeast tersebut dapat berbentuk bahan murni pada media agar-agar atau dalam

bentuk dry yeast yang diawetkan.


18/52

3. Suhu

Suhu fermentasi sangat menentukan macam mikroba yang dominan selama

fermentasi. Tiap-tiap mikroorganisme memiliki suhu pertumbuhan optimal, yaitu

suhu yang memberikan pertumbuhan terbaik dan perbanyakan diri secara tercepat.

Pada suhu 30 °C mempunyai keuntungan terbentuk alkohol lebih banyak karena ragi

bekerja optimal pada suhu itu.

4. Oksigen

Udara atau oksigen selama proses fermentasi harus diatur sebaik mungkin untuk

memperbanyak atau menghambat mikroba tertentu. Setiap mikroba membutuhkan

oksigen yang berbeda jumlahnya untuk pertumbuhan atau membentuk sel-sel baru

dan untuk fermentasi. Misalnya ragi roti (Saccharomyces cerevisiae) akan tumbuh

lebih baik pada keadaan aerobik, tetapi akan melakukan fermentasi terhadap gula

jauh lebih cepat pada keadaan anaerobic.

5. Makanan

Semua mikroorganisme memerlukan nutrient yang akan menyediakan:

a.

Energi biasanya diperoleh dari subtansi yang mengandung karbon.

b. Nitrogen untuk sintesis protein. Salah satu contoh sumber nitrogen yang dapat

digunakan adalah urea.

c. Mineral yang dipergunakan mikroorganisme salah satunya adalah asam

phospat yang dapat diambil dari pupuk NPK.

d.

Vitamin, sebagian besar sumber karbon dan nitrogen alami sudah mengandung

semua atau beberapa vitamin yang dibutuhkan mikroorganisme.

3.3.1. Fermentor

Fermentor merupakan media atau tempat berlangsungnya proses fermentasi.

Fermentor yang baik dilengkapi dengan alat pengaduk yang berfungsi untuk mengantarkan

ragi keseluruh permukaan dan sudut-sudut tetes tebu, sehingga proses fermentasi

berlangsung secara merata. Proses fermentasi dengan menggunakan yeast Saccharomyces

cereviceae, urea, dan NPK berlangsung secara anaerobik, sehingga fermentor didesain

tertutup dan tidak memiliki lubang udara. Hal ini dikarenakan Saccharomyces cereviceae

yang menghasilkan etanol dari gula akan lebih baik dalam keadaan anaerobik (Umaiyah,

2013).


19/52

Molases (tetes tebu) yang digunakan pada proses fermentasi batch sebanyak 2 liter

tetes tebu murni pada suhu kamar dengan kecepatan pengadukan 200 rpm, kemudian untuk

proses fermentasi ditambahkan ragi 0,23% , urea 0,5% dan NPK 0,06 dari jumlah volume

fermentasi (Umaiyah, 2013).

Saccharomyces cereviseae merupakan mikroorganisme ber sel tunggal dengan

ukuran antara 5 sampai 20 mikron dan berbentuk bola atau telur. Yeast dapat tumbuh dalam

media sederhana yang mengandung karbohidrat yang dapat terfermentasi sebagai penyedia

energi dan sumber karbon. Karbohidrat sebagai sumber karbon dapat berupa monosakarida

seperti glukosa dan fruktosa, Selain monosakarida, disakarida (seperti sukrosa dan maltosa)

juga dapat difermentasi. Substrat yang mengandung glukosa, fruktosa, dan sukrosa secara

cepat akan digunakan oleh yeast pada tahap awal fermentasi. Sukrosa dihidrolisa oleh enzim

invertase yang berada di luar membran sel dan dibatasi dinding sel. Sedangkan glukosa dan

fruktosa yang ada akan masuk ke dalam sel (Umaiyah, 2013).

Temperatur pertumbuhan yang optimum untuk Saccharomycess cereviceae adalah

25-30°C dan pH optimum untuk pertumbuhan sel khamir 4,5-5,5. Beberapa kelebihan

Saccharomyces dalam proses fermentasi yaitu mikroorganisme ini cepat berkembang biak,

tahan terhadap kadar alkohol yang tinggi, mempunyai sifat stabil dan cepat mengadakan

adaptasi. Pertumbuhan Saccharomyces dipengaruhi oleh adanya penambahan nutrisi yaitu

unsur C sebagai sumber carbon, unsur N yang diperoleh dari penambahan urea, ZA,

amonium dan pepton, mineral dan vitamin (Umaiyah, 2013).

Pada rektor ini menggunakan bahan Stainless steel , karena potensi korosif yang

tinggi akibat kondisi bagian dalam fermentor sulit dipantau dan cenderung lembab, stainless

steel memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap korosi (Hariyanto, 2012).

3.4. Destilasi

Destilasi adalah suatu proses penguapan dan pengembunan kembali, yang

dimaksudkan untuk memisahkan campuran dua atau lebih zat cair ke dalam fraksi farksinya

berdasarkan perbedaan titik didih. Pada umumnya, pemisahan hasil fermentasi glukosa atau

dektrosa menggunakan sistem uap-cairan, dan terdiri dari komponen-komponen tertentu

yang mudah tercampur. Umumnya destilasi berlangsung pada tekanan atmosfer, contoh

dalam hal ini adalah sistem alkohol air, yang pada tekanan atmosfer memiliki titik didih

sebesar 78,6oC (Sukmawati, 2009).


20/52

Istilah distilasi sederhana umumnya berkaitan dengan pemisahan suatu campuran

yang terdiri dari dua atau lebih cairan melalui pemanasan. Pemanasan dimaksudkan untuk

menguapkan komponen-komponen yang lebih mudah menguap (titik didih lebih rendah) dan

kemudian uap yang diperoleh dikondensasi kembali menjadi cair dan kemudian ditampung

dalam suatu bejana penerima (Susilo, 2009).

Syarat utama dalam operasi pemisahan komponen-komponen dengan cara distilasi

adalah komposisi uap harus berbeda dari komposisi cairan dengan terjadi keseimbangan

larutan-larutan, dengan komponen-komponennya cukup dapat menguap. Suhu cairan yang

medidih merupakan titik didih cairan tersebut pada tekanan atmosfer yang digunakan

(Susilo, 2009).

Distilasi dilakukan melalui tiga tahap: evaporasi yaitu memindahkan pelarut sebagai

uap dari cairan; pemisahan uap-cairan di dalam kolom, untuk memisahkan komponen

dengan titik didih lebih rendah yang lebih volatil dari komponen lain yang kurang volatil

dan kondensasi dari uap, untuk mendapatkan fraksi pelarut yang lebih volatil (Susilo, 2009).

Pada umumnya hasil fermentasi berupa bioetanol atau alkohol yang mempunyai

kemurnian sekitar 30-40% belum dapat diketegorikan sebagai fuel based ethanol . Untuk

memurnikan bioetanol menjadi berkadar lebih dari 95% agar dapat dipergunakan sebagai

bahan baker, harus melewati proses destilasi untuk memisahkan alkohol dengan air dengan

memperhitungkan perbedaan titik didih kedua bahan tersebut yang kemudian diembunkan

kembali untuk memperoleh bioetanol dengan kemurnian hingga 99,5-99,8%. Destilasi

bertingkat sangat efektif digunakan pada pemisahan fraksi minyak mentah menjadi berbagai

komponennya (Agustin, 2013).

Untuk memurnikan bioetanol menjadi berkadar lebih dari 95% agar dapat

dipergunakan sebagai bahan bakar harus melewati proses destilasi untuk memisahkan

alkohol dengan air dengan memperhitungkan perbedaan titik didih kedua bahan tersebutyang kemudian diembunkan kembali untuk memperoleh bioetanol dengan kemurnian hingga

99,5-99,8%. Oleh karena itu untuk mendapatkan FGE, dilaksanakan pemurnian lebih lanjut

dengan azeotropic destilation dan dehidrasi (Agustin, 2013).

3.4.1. Evaporasi

Evaporasi secara umum dapat didefinisikan dalam dua kondisi, yaitu ( Nurmagfirah,

2013):

1.

Evaporasi yang berarti proses penguapan yang terjadi secara alami


21/52

2. Evaporasi yang dimaknai dengan proses penguapan yang timbul akibat diberikan

uap panas ( steam) dalam suatu peralatan.

Evaporasi dapat diartikan sebagai proses penguapan daripada liquid (cairan) dengan

penambahan panas atau dapat juga didefinisikan sebagai evaporasi adalah peristiwa

menguapnya pelarut dari campuran yang terdiri atas zat terlarut yang tidak mudah menguap

dan pelarut yang mudah menguap. Dalam kebanyakan proses evaporasi, pelarutnya adalah

air. Tujuan dari evaporasi adalah memekatkan konsentrasi larutan sehingga didapatkan

larutan dengan konsentrasi yang lebih tinggi. Panas dapat disuplai dengan berbagai cara,

diantaranya secara alami dan penambahan steam ( Nurmagfirah,2013).

Titik didih dapat didefiniskan sebagai nilai suhu pada tekanan atmosfir atau ada

tekanan tertentu lainnya, dimana cairan akan berubah menjadi uap atau suhu pada tekanan

uap dari cairan tersebut sama dengan tekanan gas atau uap yang berada di sekitarnya. Jika

dilakukan proses penyulingan pada tekanan atmosfir maka tekanan uap tersebut akan sama

dengan tekanan air raksa dalam kolom setinggi 760 cmHg. Berkurangnya tekanan pada

ruangan di atas cairan akan menurunkan titik didih. Sebaliknya peningkatan tekanan di atas

permukaan cairan akan menaikkan titik didih cairan tersebut (Susilo, 2009).

Perbedaan sifat campuran suatu fase dengan campuran dua fase dapat dibedakan

secara jelas jika suatu cairan menguap, terutama dalam keadaan mendidih. Pada suhu

tertentu molekul-molekul cairan tersebut memiliki energi tertentu dan bergerak bebas secara

tetap dan dengan kecepatan tertentu. Tetapi setiap molekul dalam cairan hanya bergerak pada

jarak pendek sebelum dipengaruhi oleh molekul-molekul lain, sehingga arah geraknya

diubah. Setiap molekul pada lapisan permukaan yang bergerak ke arah atas akan

meninggalkan permukaan cairan dan akan menjadi molekul uap. Molekul-molekul uap

tersebut akan tetap berada dalam gerakan yang konstan, dan kecepatan molekul-molekul

dipengaruhi oleh suhu pada saat itu (Susilo, 2009).Evaporasi berfungsi sebagai wadah uap atau sama halnya dengan boiler pada

pembangkit listrik tenaga uap, peran dari evaporator pada penelitian ini adalah untuk

menampung destilat yang terdiri dari alkohol dan air dalam kadar yang ditentukan dan

nantinya akan menerima panas dari batang muffler sampai destilat berubah fase menjadi uap

kemudian diteruskan ke separator. Evaporator pada compact destilator ini dirancang untuk

memiliki volume 40% lebih besar dari volume percobaan, karena harus terdapat ruang

kosong yang digunakan sebagai wadah pada fase penguapan (Hariyanto, 2012).


22/52

Stainless steel digunakan pada bagian evaporator, karena potensi korosif yang tinggi

akibat kondisi bagian dalam evaporator sulit dipantau dan cenderung lembab, stainless steel

memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap korosi dan pemakaiannya dapat menghasilkan

panas yang merata (Hariyanto, 2012).

3.4.2. Kondensasi

Kondensasi atau proses pengembunan uap mejadi cairan, dan penguapan suatu cairan

menjadi uap melibatkan perubahan fase cairan dengan koefisien pindah panas yang besar.

Kondensasi terjadi apabila uap jenuh seperti steam bersentuhan dengan padatan yang

temperaturnya di bawah temperatur jenuh sehingga membentuk cairan seperti air (Susilo,

2009).Pindah panas adalah proses yang dinamis yaitu panas dipindahkan secara spontan

dari satu bahan ke bahan lain yang lebih dingin. Kecepatan pindah panas tergantung pada

perbedaan suhu antara kedua bahan, semakin besar perbedaan suhu antara kedua bahan,

maka semakin besar kecepatan pindah panas antara kedua bahan tersebut. Perbedaan suhu

antara sumber panas dan penerima panas merupakan gaya tarik dalam pindah panas.

Peningkatan perbedan suhu akan meningkatkan gaya tarik sehingga meningkatkan

kecepatan pindah panas (Susilo, 2009).

Perpindahan panas dapat melalui tiga cara yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

Konduksi adalah transfer energi dari partikel yang memiliki energi lebih besar ke partikel

yang berenergi lebih kecil yang merupakan interaksi antara partikel-partikel. Konduksi dapat

terjadi pada benda padat, cair, dan gas. Contoh konduksi adalah pindah panas melalui

dinding padat pada ruangan pendinginan (Susilo, 2009).

Stainless steel digunakan pada reaktor kondesor, karena potensi korosif yang tinggi

akibat kondisi bagian dalam kondensor sulit dipantau di dalam reaktor dan cenderung

lembab, stainless steel memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap korosi (Hariyanto,

2012).

Pendinginan pada reaktor kondensor dirancang menggunakan prinsip kondensasi

menggunakan bahan aluminium yang cepat mengantar panas dengan bertujuan sebagai

pendingin dari cairan yang sudah mengalami fermentasi, sehingga proses kondensasi dapat

berlangsung dengan cepat.


23/52

3.5. Keamanan dan Keselamatan Kerja

Dalam melakukan proyek mini ini perlu memperhatikan keamanan dan kesehatan

kerja agar dalam melakukan pekerjaan terhindar dari berbagai macam hal yang dapat

menimbulkan kecelakaan, antara lain:

1. Dalam pembuatan reaktor bioetanol sebaiknya mengetahui fungsi dan jenis peralatan

yang digunakan.

2. Saat melakukan pembuatan reaktor bioetanol sebaiknya dilakukan ditempat yang

nyaman dan aman serta jauh dari jangkauan anak-anak.

3.

Saat pengujian sebaiknya dilakukan dengan hati-hati karena terjadi proses

pemanasan pada bioetanol menggunakan kompor.

4.

Saat pengujian sebaiknya menggunakan sarung tangan dan masker karena berkontak

langsung dengan zat kimia.

5. Saat pengujian hindari api sekitar alat karena etanol mudah terbakar.

6. Saat melakukan pengujian hendaknya dilakukan berdasarkan prosedur yang telah

ditentukan.

3.5.1. Tindakan Penanggulangan Apabila Tubuh Terkontaminasi oleh Alkohol

Adapun cara pertolongan pertama yang dapat dilakukan apabila terkontaminasi oleh

alkohol yaitu:

1. Tindakan Pertolongan Pertama pada Kecelakaan (P3K)

a. Apabila Terhirup

Pindahkan ke tempat berudara segar jika tidak sengaja menghirup uap. Bila

pernapasan tidak teratur atau berhenti, berikan pernapasan buatan. Jika gejala

berlanjut, panggil dokter.

b. Terkena Kulit

Segera cuci bersih dengan banyak air sedikitnya selama 15 menit. Jika iritasi kulit

berlanjut, panggil dokter.

c. Kena Mata

Segera bilas dengan banyak air, juga di bawah kelopak mata, untuk sedikitnya

selama 15 menit. Lepaskan lensa kontak. Jika iritasi mata berlanjut, periksakan

ke dokter spesialis.


24/52


25/52

BAB IV

LANGKAH KERJA

4.1.

Diagram Pelaksanaan

Gambar 4.1 Flowchat Langkah Kerja

Mulai

Mencari Data

Analisa Data

Desain

Persiapan Alat dan Bahan

Merancang

- Pembuatan Reaktor Fermentor

- Pembuatan Alat Evaporator

- Pemipaan

- Pembuatan Alat Kondensor

- Sistem Kontrol

Berhasil

Persiapan Alat dan Bahan Fermentasi

Fermentasi

Destilasi

Pengujian Hasil Destilasi

Berhasil

Pengumpulan Data

Pengolahan Data

Analisa Hasil

Kesimpulan dan Saran

Penyusunan Laporan

Selesai

Tidak

Ya

Ya

Tidak


26/52

4.2. Perencanaan dan Perancangan Reaktor Bioetanol

Langkah- langkah pembuatan reaktor bioetanol adalah sebagai berikut:

1.

Mencari data

Mencari data yang menunjang tentang pembuatan reaktor baik dari jurnal, buku,

internet dan sumber lainnya.

2. Analisa Data

Dari semua data yang diperoleh, kemudian dianalisa sehingga diperoleh jurnal yang

layak untuk menunjang perancangan.

3.

Desain

Sebelum melakukan perancangan hal yang mendasar sebaiknya dipersiapkan yaitu

mendesain alat, agar memudahkan dalam melakukan perancangan dan pembuatan

alat.

4. Persiapan alat dan bahan

Sebelum melakukan pembuatan, hal yang perlu dipersiapkan adalah alat dan bahan

untuk menunjang pembuatan alat destilasi seperti: mesin drill , mata drill , gerinda,

pemotong pipa, cutter , pipa tembaga, lem, acrylic, wadah pemasak, pipa pvc, socket ,

keran, lem besi, besi siku, baut dan amplas, dan alat pengontrolan lainnya.

5.

Merancang

Uraian dari komponen raktor bioetanol yaitu:

a. Pembuatan Reaktor Fermentor

Komponen yang digunakan untuk pembuatan tabung fermentasi yaitu

membentuk plat stainless steel menjadi sebuah tabung dengan volume 2,2 liter,

dengan ukuran tinggi 20 cm dan diameter 12 cm. Kadar tetes tebu yang akan

difermentasikan didalam tabung fermentor tidak boleh lebih dari ukuran 2 liter.

Hal ini dikarenakan dalam melakukan proses fermentasi harus terdapat ruangkosong sebagai tempat udara yang fungsinya untuk memudahkan tabung ini

dalam mendeteksi uap yang dihasilkan dari proses fermentasi tersebut. Dalam

hal ini telah ditetapkan sebesar 10% dari ukuran tabung yang dirancang.

Langkah selanjutnya yaitu memasang sensor etanol pada atas tabung dan

pemasangan selenoid valve di bagian bawah tabung.

b. Pembuatan Alat Evaporator

Pembuatan evaporator, komponen yang digunakan yaitu plat stainless steel

yang dibentuk berupa tabung, dan kemudian pada bagian atas tabung tersebut


27/52

dilobangi dengan menggunakan mesin drill untuk peletekan pipa tembaga dan

pada bagian samping tabung di pasang sensor suhu. Tabung evaporator ini

dirancang untuk memiliki volume 2,4 liter, sehingga sangat memungkinkan

dalam pengujian dengan kapasitas volume bahan destilasi sebesar 2 liter,

karena terdapat ruang kosong yang digunakan sebagai wadah pada fase

penguapan.

c. Pemipaan

Pemipaan yang digunakan pada reaktor bietanol ini terbuat dari tembaga,

penyambungan pipa tembaga menggunakan las yang khusus untuk tembaga,

ukuran pipa yang digunakan 5/8 inci dan menggunakan L-Bow. Pipa ini

mempunyai panjang 140 cm supaya uap dari tabung evaporator tidak cepat

sampai ke tabung kondensor.

d. Pembuatan Alat Kondensor

Pada kondensasi ini menggunakan pipa tembaga yang dibentuk spiral supaya

luas penampang yang di dinginkan bisa lebih besar, pendinginan ini

menggunakan air sebagai media perpindahan panasnya, yang di tempatkan

dalam sebuah tabung stainless steel yang berukuran tinggi 20 cm dan diameter

16 cm.

e. Sistem Kontrol

Pengontrolan pada alat ini menggunakan Arduino, yang akan mengontrol kadar

alkohol pada tabung fermentasi dan membuka solenoid valve jika alkohol

sudah terdeteksi. Kemudian suhu pada tabung evaporator, apabila evaporator

panas berlebihan maka api akan di perkecil secara otomatis menggunakan

servo.

4.3. Pembuatan Bioetanol

1.

Persiapan alat dan bahan fermentasi

Sebelum melakukan percobaan, hal yang perlu di persiapkan alat dan bahan, seperti:

tetes tebu, mikroba untuk fermentasi, tempat pengadukan fermentasi, alat destilasi,

dan lain-lain.

2. Fermentasi

Pada proses fermentasi, pengadukan mikroba seperti NPK sebanyak 0,06%, Urea

0,5%, Ragi 0,23% dengan tetes tebu 99,21% di dalam tabung fermentasi, kemudian


28/52

mendiamkannya hingga berbentuk alkohol. Apabila alkohol terdeteksi oleh sensor

maka solenoid valve terbuka dengan otomatis dan cairan hasil fermentasi masuk ke

tabung evaporator.

3.

Destilasi

Hasil fermentasi tersebut di murnikan dengan proses destilasi, pada proses evaporasi

hasil fermentasi di panaskan sehingga menjadi uap, pemanasan ini mencapai suhu

78o C, kemudian uap tersebut di dinginkan hingga menghasilkan 95% alkohol dalam

berbentuk cairan.

4.

Pengujian Hasil Destilasi

Pengujian ini dengan cara mengukur kadar alkohol pada hasil destilasi tersebut

menggunakan alkohol meter.

4.4. Pengumpulan Data

Data merupakan salah satu komponen proyek mini yang sangat penting. Data yang

akan digunakan dalam hasil proyek mini haruslah data yang akurat, karena apabila data tidak

akurat, maka akan menghasilkan informasi yang salah. Pada proyek mini kali ini, data yang

diambil adalah data berdasarkan hasil pengujian dari pembuatan reaktor bioetanol

menggunakan bahan baku dari tetes tebu.

4.5. Pengolahan Data

Data-data yang didapat kemudian diolah, lalu dilakukan perhitungan guna

mendapatkan persentase kadar alkohol yang diperoleh dari reaktor bioetanol yang telah

dibuat.

4.5. Analisa Hasil

Tahap ini yaitu menganalisa secara ilmu pengetahuan dan mengamati sertamengidentifikasi dengan apa yang terjadi lapangan. Sedangkan cara untuk menganalisa alat

tersebut adalah dengan cara observasi seperti mengamati dalam pengujian alat serta hasil

pada saat pengujian.

4.6. Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan merupakan rangkuman atau inti dari suatu penelitian yang telah

dilakukan yang harus sesuai dengan sasaran yang akan kita capai dan saran merupakan suatu


29/52

masukan yang bertujuan untuk memberikan nasehat-nasehat atau masukan yang bersifat

membangun agar dapat menjadi yang lebih baik lagi pada proyek mini selanjutnya.

4.7.

Penyusunan Laporan

Melakukan proses dokumentasi untuk memperjelas hasil dari analisa dalam suatu

laporan tertulis yangg sesuai dengan teknik dan aturan penulisan tertentu dan melakukan

presentasi untuk penulisan laporan.


30/52

BAB V

BAHAN DAN PERALATAN

5.1. Bahan

Bahan yang digunakan dalam proyek mini menjadi inti dari perancangan reaktor

bioetanol, yang kemudian akan diteliti dan diketahui hasil akhir dari proyek mini tersebut.

5.1.1. Sistem Kontrol

Tabel 5.1 Bahan yang digunakan untuk Sistem Kontrol

No. Nama Barang Jumlah

1 Arduino UNO 1 Unit

2 Sensor Suhu DS18B20 1 Buah3 Motor servo 1 Buah

4 Sensor Etanol MQ-3 1 Buah

5 Kabel 2 Meter

6 Selenoid Valve 12V 1 Buah

7 Relay 5 Volt 1 Buah

8 LCD 16 X 2 1 Buah

9 LED 5mm 1 Buah

10 Resitor 560 Ohm 1 Buah

11 Project Board 1 Buah

12 Tombol On / Off 1 Buah

13 Socket Input Arduino 1 Buah

14 Adaptor 12 Volt 1 Buah

15 Box Control 1 Buah

5.1.2. Reaktor Bioetanol

Tabel 5.2 Bahan yang digunakan untuk Reaktor Bioetanol


1 Kompor 1 Buah

2 Seng Plat Stainlesse 2x2 Meter

3 Pipa tembaga 5 8⁄ inci2 Meter

4 Pipa Aluminium 5/8 Inci 2 Meter

5 L-Bow Tembaga 5/8 Inci 10 Buah

6 Cat Pilox 1 Botol

7 Valve ¼ inci 3 Buah

8 Gelas Penampung Etanol 1 Buah

9 Lem plastic 1 Buah

10 Lem besi 1 Buah

11 Besi siku 3mm 3 Meter

12 Amplas 30 Cm


31/52

Tabel 5.2 Bahan yang digunakan untuk Reaktor Bioetanol (Lanjutan)


13 Baut dan Sekrup Secukupnya

14 Acrylic 3mm 20 Cm x20 Cm

15 Kabel Ties Secukupnya16 L-Bow ½ Inci Plastik 1 Buah

17 Socket Drat Dalam 1 Buah

5.1.3. Proses Fermentasi

Tabel 5.3 Spesifikasi Bahan Fermentasi

No Spesifikasi Persentase Volume

1 Tetes Tebu 99,21 % 1.98 Liter

1 Ragi 0,23 % 4,14 gram

2 Urea 0,5 % 9 gram

3 NPK 0.06 % 1,08 gram

5.2. Peralatan

Dalam perancangan dan pembuatan reaktor bioetanol terdapat alat-alat yang

digunakan. Adapun alat-alatnya sebagai berikut:

Tabel 5.4 Alat yang digunakan dalam Pembuatan Reaktor Bioetanol

No Nama Fungsi Jumlah Gambar

1 Mesin Drill Membuat lobang pada benda 1

2 Mata Drill Melakukan penyayatan benda

kerja yang akan di drill

1

3 Las Tembaga Menyaambung pipa tembaga 1

4 Mesin Gerenda

Tangan (hand

granding

mechine)

Meratakan dan memotong

material sesuai dengan

bentuk yang diinginkan.

1


32/52

Tabel 5.4 Alat yang digunakan dalam Pembuatan Reaktor Bioetanol (Lanjutan)


5 Kawat Las Bahan penyambung pipa

tembaga

5

6 Penggaris

Besi

Meluruskan pemotongan pada

saat membuat tempat kondensor.

1

7 Pisau

Cutter

Memotong kertas cetakan pada

saat membuat tempat kondensor.

1

8 Tang Mengupas dan memotong kabel

untuk pembuatan pengontrolan.

1

9 Pemotong

pipa

tembaga

Memotong pipa tembaga 1

10 Obeng Melepaskan baut yang kepalanya

berbentuk (+) maupun (-) yang

terdapat pada benda kerja.

1

11 Timbangan Mengukur berat bahan baku

fermentasi

1


33/52

Tabel 5.4 Alat yang digunakan dalam Pembuatan Reaktor Bioetanol (Lanjutan)


12 Waterpas Mengukur jarak dan kemiringan

benda

1

13 Las Listrik Menyambung besi siku dudukan

reaktor bioetanol

1

14 Gelas Ukur Mengukur volume bahan baku

untuk fermentasi

1


34/52

BAB VI

HASIL DAN PEMBAHASAN

5.3. Hasil Perancangan

Perancangan reaktor bioetanol ini terdiri dari beberapa tahapan perancangan alat dan

pengolahan bahan mulai dari input , proses, dan output . Beberapa rancangan yang dibuat

dalam proyek mini ini akan dijelaskan dalam hasil. Berikut ini merupakan tahapan

pengolahan mulai dari fermentasi, evaporasi, kondensasi, dan sistem kontrol.

Gambar 6.1 Rancangan Alat Tampak Depan

Gambar 6.2 Rancangan Alat Tampak Samping


35/52

6.1.1. Reaktor Fermentor

Spesifikasi dari reaktor fermentor dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 6.1 Spesifikasi Reaktor Fermentor

No Spesifikasi Ukuran Jumlah1 Tabung -

Luas Selimut Tabung = 733,25 cm2

- Luas Tutup Atas = 37,68 cm2

- Luas Tutup Bawah = 37,68 cm2

1

2 Sensor MQ-3 - 1

3 Socket Drat

Dalam

½ inchi 1

4 Selonoid Valve

12 VDC

½ inchi 1

5 L-Bow ½ Inchi 1

Reaktor Fermentasi terbuat dari stainless steel yang tidak mudah berkarat, pada

reaktor ini terdapat sesnsor MQ-3 terletak di bagian atas reaktor atau pada tutup reaktor, dan

selenoid valve terpasang di bagian bawah reaktor,

Gambar 6.3 Reaktor Fermentasi

Sensor MQ-3 terpasang diatas tabung atau tutup tabung yang berfungsi sebagai

mendeteksi etanol yang ada di dalam reaktor.

Gambar 6.4 Sensor MQ-3


36/52

Selenoid Valve ini berfungsi sebagai keran penghubung antara reaktor fermentasi

dengan tabung evaporator, selenoid ini berfungsi secara otomatis apabila sensor MQ-3

mendeteksi alkohol maka selenoid terbuka sehingga cairan fermentasi masuk ke tabung

evaporator.

Gambar 6.5 Selenoid Valve 12 Volt

Pada proses fermentasi, terjadi perubahan sifat dimana tetes tebu yang mengandung

glukosa difermentasikan menggunakan ragi, urea, dan NPK. Berikut ini spesifikasi dari

bahan yang digunakan dalam proses fermentasi sesuai dengan tabel berikut:

Tabel 6.2 Spesifikasi Bahan Fermentasi



1 Ragi 0,23 % 4,14 gram

2 Urea 0,5 % 9 gram

3 NPK 0.06 % 1,08 gram

Bahan-bahan pada tabel 6.2 dicampurkan seluruhnya kedalam tabung fermentor yang

telah dirancang dan didalam tabung fermentor tersebut akan terjadi proses fermentasi.

(a) (b) (c)

Gambar 6.6 (a) Ragi (b) Urea (c) NPK


37/52

6.1.2. Evaporator

Spesifikasi dari evaporator dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 6.3 Spesifikasi Evaporator

No Spesifikasi Ukuran Jumlah1 Tabung -


- Luas Tutup Atas = 34,54 cm2

- Luas Tutup Bawah = 34,54 cm2

1

2 Sensor

DS18B20

- 1

3 Kran ¼ inchi 1

5 Kompor - 1

6 Pipa Tembaga 5/8 inchi 2 meter

7 Servo - 1

Tabung evaporator terbuat dari bahan stainless steel , pada tabung ini menghasilkan

uap dari pemanasan cairan hasil fermentasi, dan dilengkapi sensor suhu DS18B20 untuk

mengatur panas dari pembakaran oleh kompor. Pemanasan bioetanol ini mencapai 78o C ,

apabila melewati suhu tersebut maka api dari kompor dikecilkan menggunakan servo yang

mengatur tuas kompor.

Gambar 6.7 Tabung Evaporator

Kran yang berada pada tabung evaporator berfungsi sebagai tempat membuang

residu setelah pembakaran selesai, alat ini dilengkapi sensor suhu dan berupa akuator motor

servo.

Gambar 6.8 Sensor Suhu DS18B20


38/52

Pemanasan pada tabung ini menggunakan kompor yang dikendalikan oleh akuator

berupa motor servo, jika suhu cairan melebihi 78o C maka motor servo akan memutar tuas

kompor sehingga api pada kompor mengecil.

Gambar 6.9 Kompor dan Motor Servo

6.1.3. Kondensor

Spesifikasi dari kondensor dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 6.4 Spesifikasi Kondensor

No Spesifikasi Ukuran Jumlah

1 Tabung -


-

Luas Tutup Atas = 50,24 cm2 -

Luas Tutup Bawah = 50,24 cm2

1

2 Kran ¼ inchi 2

3 Pipa Tembaga ½ inchi 1 meter

4 Botol

Penampung

500 ml 1

Tabung kondensor terbuat dari bahan stainless steel , tabung ini dilengkapi 2 kran

pada sisi atas dan bawah, hal itu untuk mempermudah mengganti air untuk pendinginan hasil

uap dari tabung evaporator.

Gambar 6.10 Tabung Kondensor


39/52

Perpindahan panas pada tabung ini menggunakan metode kondensasi yang

pendinginnya berupa air, sedangkan uap tersebut dialirkan berbentuk spiral supaya luas

penampang dari pipa uap tersebut lebih besar

Gambar 6.11 Spiral Aliran Uap

6.1.4. Sistem Kontrol

Sistem Kontrol pada reaktor bioetanol ini terdiri dari sistem kontrol pada fermentasi

dan evaporator, yaitu menggunakan sensor MQ-3 mendeteksi etanol pada tabung fermentasi

dan sensor suhu DS18B20 mengukur suhu pada tabung evaporator. Sistem kontrol ini juga

menggunakan dua akuator yaitu Selenoid Valve 12 Volt dan Motor Servo.

Prinsip kerja Sistem Kontrol pada reaktor bioetanol ini dapat dilihat pada Gambar

6.11 di bawah ini .

Sistem Kontrol Reaktor Bioetanol

Evaporasi KondensasiFermentasi

Mulai

Tekan Tombol

Mendeteksi etanol

Jika Ada

Objek

Selenoid Valve

Terbuka

Motor Servo

Memutar TuasKompor Maksimal

Etanol

Masuk ke

Tabung

Evaporator

Mengukur Suhu

Jika Suhu

>78 C

Motor Servo

Memutar Tuas

Kompor Minimal

Uap Hasil

dari

Evaporator

di Alirkan ke

Tabung

Kondensor

untuk Proses

Kondensasi

Etanol

Tidak

Tidak

Ya

Ya

Gambar 6.12 Sistem Kontrol Reaktor Bioetanol


40/52

6.2. Pembahasan

Pada bab ini membahas prinsip kerja dari reaktor bioetanol dan hasil dari pengujian

reaktor bioetanol ini.

Gambar 6.13 Reaktor Bioetanol

6.2.1. Prinsip Kerja Alat Reaktor Bioetanol

Alat reaktor bioetanol ini mempunyai kapasitas 2 liter, alat ini juga dilengkapi sistem

instrumentasi berupa sensor alkohol, sensor suhu, solenoid valve dan motor servo. Sehingga

alat ini bisa dikatakan otomatis. Prinsip kerja dari alat ini yaitu:

1. Pada reaktor fermentasi, semua bahan fermentasi di campur yaitu berupa tetes tebu,

ragi, urea dan NPK mencapai 2 liter, tabung ini dilengkapi sensor alkohol MQ-3 yang

dapat mendeteksi alkohol yang ada di dalam reaktor tersebut. Apabila sensor alkohol

mendeteksi adanya alkohol di dalam reaktor maka selenoid akan terbuka sehingga

cairan berpindah ke tabung evaporator.

2.

Pada tabung evaporator terjadi proses evaporasi dari cair menjadi uap, pemanasan ini

menggunakan kompor yang dikendalikan oleh motor servo mencapai 78o C, karena

pada suhu tersebut etanol akan menguap sedangkan air tidak. Uap ini dialirkan ke

tabung kondensor menggunakan pipa tembaga.

3. Uap dari tabung evaporator didinginkan pada tabung kondensor menggunakan air,

sehingga uap menjadi cair kembali. Cairan inilah dinamakan bioetanol dan

dimasukkan didalam wadah yang tertutup agar tidak menguap.


41/52

6.2.2. Hasil Pengujian

Pengujian pada proyek mini terdiri dari pengujian sensor Suhu, pengujian alat reaktor

bioetanol, dan pengujian kadar alkohol bioetanol.

6.2.2.1.Pengujian Sensor Suhu

Sensor yang digunakan pada pengujian ini yaitu sensor DS18B20, yang terletak pada

tabung evaporator. Proses evaporasi yaitu memisahkan dua campuran cairan yang berbeda

titik didihnya, pada proses ini memisahkan alkohol dan air pada hasil fermentasi tetes tebu.

Alkohol dan air mempunyai titik didih yang berbeda yaitu 78o C dan 100o C.

Sehingga dibutuhkan pemasangan sensor suhu pada tabung evaporator, agar hasil

proses evaporasi tersebut murni alkohol. Sensor suhu ini membaca suhu pada tabungkemudian memberi berupa sinyal analog yang akan diproses oleh Arduino, dan Arduino

memberi perintah ke motor servo memutar tuas kompor sehingga api mengecil.

Pengujian destilasi bioetanol berlangsung selama 78 menit dan sudut servo berada

pada sudut 50o C dengan perubahan suhu setiap 10 menit sebagai berikut:

Tabel 6.5 Pengujian Sensor Suhu

No Waktu (Menit) Suhu (oC)

1 10 26,34

2 20 34,56

3 30 44,547

4 40 57,895

6 50 64,37

7 60 77,53

8 70 79,86

6.2.2.2.Pengujian Alat Reaktor Bioetanol

Pengujian alat reaktor bioetanol ini menggunakan bahan sebagai berikut:

Tabel 6.6 Spesifikasi Bahan Percobaan Fermentasi



1 Ragi 0,23 % 4,14 gram

2 Urea 0,5 % 9 gram

3 NPK 0.06 % 1,08 gram

Total 2 liter


42/52

Bahan pada tabel 6.5 di atas di campur di dalam reaktor fermentasi,proses fermentasi

ini tertutup atau kedap udara dengan waktu proses fermentasi ini yaitu 72 jam. Kemudian

masuk ke tabung evaporator untuk pemisahan alkohol dan air dengan evaporasi, uap dari

proses evaporasi didinginkan pada tabung kondensor, pada tabung kondensor keluarlah

cairan bioetanol. Proses ini berlangsung selama 78 menit dengan menghasilkan 260 mililiter,

Gambar 6.14 Hasil Bioetanol

6.2.2.3.Pengujian Kadar Alkohol Bioetanol

Penelitian ini menghasikan bioetanol sebanyak 260 ml dari 2 liter bahan baku,

kemudian hasil bioetanol ini diukur kadar alkohol menggunakan alkohol meter. Pengujian

kadar ini membutuhkan gelas ukur dan alkohol meter dan didapatkan hasil kadar alkohol58%.

Gambar 6.15 Pengujian kadar Bioetanol

Berdasarkan penelitian sebelumnya alkohol yang dihasilkan seharusnya 96%, pada

percobaan reaktor bioetanol menghasilkan kadar alkohol 58%. Hal ini disebabkan pada

proses fermentasi perlu diperhatikan kembali bahan – bahan yang digunakan, seperti kadar

gula pada tetes tebu dan ragi yang digunakan sudah diaktivasi agar mendapatkan kadar

alkohol yang tinggi.


43/52

BAB VII

PENUTUP

7.1. Kesimpulan

Adapun kesimpulan dari laporan proyek mini ini adalah sebagai berikut:

1.

Perancangan reaktor bioetanol memiliki dimensi reaktor fermentor 2,1 liter, tabung

evaporator 2,4 liter dan panjang spiral pada tabung kondensor 2 meter dengan ukuran

5/8 inchi.

2. Sistem kontrol reaktor menggunakan 2 sensor dan 2 akuator yaitu sensor MQ-3,

sensor DS18B20, Selenoid Valve, dan Motor Servo.

3.

Tahapan pengolahan bahan mulai dari input , proses, dan output , yaitu mulai dari

fermentasi, evaporasi, kondensasi, dan sistem kontrol.

4.

Pada proses fermentasi, dilakukan pengadukan mikroba seperti NPK sebanyak

0,06%, Urea 0,5%, Ragi 0,23% dengan tetes tebu 99,21% di dalam tabung fermentasi

hingga berubah menjadi alkohol selama 72 jam.

5. Proses destilasi biotanol berlangsung selama 78 menit menghasilkan 260 mililiter

alkohol dengan kadar alkohol 58%.

7.2. Saran

Adapun saran yang diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah:

1. Penelitian selanjutnya hendaknya dapat menghitung tingkat efisiensi reaktor

bioetanol ini.

2. Penelitian selanjutnya hendaknya mengukur kadar gula tetes tebu sebelum

fermentasi agar kualitas bioetanol lebih bagus.

3. Penelitian selanjutnya hendaknya lebih memperhatikan bahan – bahan yang

digunakan ketika fermentasi , seperti kadar gula pada tetes tebu dan menggunakan

Saccharomycess cereviceae yang sudah di aktivasi agar mendapatkan kadar alkohol

yang tinggi.


44/52

DAFTAR PUSTAKA

Agustin, Ninik dkk. 2013. Rancang Bangun Teknologi Destilasi Bioetanol untuk Bahan

Bakar Terbarukan. Surakarta : Universitas Sebelas Maret.

BPPT (2014). Outlook Energi Indonesia 2014. Badan Pengkajian dan Penerapan

Teknologi, Jakarta.

Hanum, Farida. 2013. Pengaruh Massa Ragi dan Waktu Fermentasi Terhadap Bioetanol

dari Biji Durian, Medan: Universitas Sumatra Utara.

Gozan, Misri. 2014. Teknologi Bioetanol Generasi- Kedua. Jakarta: ERLANGGA.

Mustapa,dkk.2014. Rancang Bangun Alat Ukur Suhu dan Kadar Alkohol Menggunakan

Sensor LM35 dan Sensor MQ-3. Manado: Universitas Sam Ratulangi.

Natsir, Rosdiana. 2013. Hubungan Salinitas Perairan dengan Kuantitas Bioetanol yang

dihasilkan oleh Nipah (Nypa Fruticans) pada Berbagai Metode. Makassar:

Universitas Hasanuddin.

Nurmagfira, Ni’ma. 2013. Prinsip Kerja Rotary Evaporator & Freeze Drying. Makssar:

Universitas Islam Negri Alauddin.

Peraturan Presiden RI (Penpres) No.5 Tahun 2006. Kebijakan energy nasional;

Penyediaan biofuel dan kebutuhan energi nasional pada tahun 2006 . Jakarta.

Prihadana, Rama dkk. 2007. Bioetanol Ubi Kayu Bahan Bakar Masa Depan. Jakarta: Agro

Media.

Sa’diyah, Aminatus. 2009. Pengaruh Massa Ragi dan Waktu Fermentasi Terhadap

Bioetanol dari Biji Durian. Yogyakarta: Universitas Islam Negeri Sunan Kalijaga.

Sasol(2009). Lembar Data Keamanan Bahan. Reaching new frontries.

Sukmawati, Riza Fahmi dan Salimatul Milati. 2009. Pembuatan Bioetanol dari KulitSingkong, Surakarta: Universitas Sebelas Maret.

Susilo, Sigit. 2009. Rancangan Dan Uji Kinerja Alat Distilasi Etanol Dengan Metode

Rektifikasi. Bogor: Institut Pertanian Bogor.

Umaiyah, Ade Sri dkk. 2013. Fermentasi Nira Nipah Skala 50 Liter menjadi Bioetanol

Menggunakan Saccharomyces Cerevisiae. Pekanbaru: Universitas Riau.

Wiratmaja, I Gede dkk. 2011. Pembuatan Etanol Generasi Kedua Dengan Memanfaatkan

Limbah Rumput Laut Eucheuma Cottonii Sebagai Bahan Baku. Bali: Universitas

Udayana.


45/52

Yumaihana dan Qurrata Aini. 2010. Pembinaan Petani Tebu Melalui Teknologi

Pembuatan Bioetanol dari Molases dan Tebu. Padang: Universitas Andalas.

LAMPIRAN

Lampiran 1

Rancangan Reaktor Bioetanol


46/52

Lampiran 2

Dokumentasi


47/52

Pembentukan Spiral Aliran Uap Pemotongan Besi Kerangka Alat

Pengelasan Pipa Tembaga Pemotongan Besi Menggunakan

Gerinda Duduk

Perataan Kerangka Setelah di Las Pengecatan Kerangka Alat


48/52

Pengujian Program Arduino

Terhadap Sensor yang Digunakan

Pengujian Program Arduino

Terhadap LCD

Pembuatan Program Arduino Kompor yang Dilengkapi Motor

Servo

Besi Kerangka Setelah Dipotong Pengelasan Kerangka Alat


49/52

Pengukuran Berat Fermentor Fermentor yang Digunakan

Untuk Fermentasi

Pembacaan Sensor Suhu pada

Reaktor Evaporator

Pengujian Alat Reaktor Bioetanol

Bioetanol Hasil Evaporasi Pemanasan pada Reaktor

Evaporator


50/52

Lampiran 3

Perhitungan Volume Tabung

1.

Reaktor Fermentor

a. Tinggi

= . =

= ∗ ∗

= . ∗ ∗

= . ∗

= .

b. Luas Selimut

= ∗ ∗ ∗

= ∗ . ∗ ∗ .

= .

c. Luas Atas / Tutup

= ∗ ∗ = ∗ . ∗

= .

2. Reaktor Evaporator

a. Tinggi

= . =

= ∗ ∗

= . ∗ . ∗

= . ∗

= .

b. Luas Selimut

= ∗ ∗ ∗

= ∗ . ∗ . ∗ .


51/52

= .


= ∗ ∗ = ∗ . ∗ .

= .

3. Reaktor Kondensor

a. Tinggi

=

=

b. Luas Selimut

= ∗ ∗ ∗

= ∗ . ∗ ∗

= .


= ∗ ∗ = ∗ . ∗

= ,


52/52

Lampiran 4

Perhitungan Volume Fermentasi

1.

Volume Tetes Tebu

=

=. %

∗

= .

= .

= . ∗ .

= .

2. Massa Ragi

=

=

. %

∗

= .

3. Massa Urea

=

=. %

∗

=

4.

Massa NPK

=

=. %

∗

= .

Laporan Proyek Mini

Documents