Jurnal RANCANG BANGUN REAKTOR DAN SISTEM KONTROL BIOETANOL MENGGUNAKAN BAHAN BAKU TETES TEBU...

8/17/2019 Jurnal RANCANG BANGUN REAKTOR DAN SISTEM KONTROL BIOETANOL MENGGUNAKAN BAHAN BAKU TETES TEBU S…

1/6

RANCANG BANGUN REAKTOR DAN SISTEM KONTROL BIOETANOL

MENGGUNAKAN BAHAN BAKU TETES TEBU SEBAGAI PENGGANTI BAHAN

BAKAR FOSIL

Yurnalis, Susi Afriani

Teknik ElektroFakultas Sains dan Teknologi

Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau

Jl. Soebrantas No.155 Pekanbaru

Email: [email protected]

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 , destil asi , sistem kontrol, tetes tebu, bioetanol .

I. PENDAHULUAN

Energi memiliki peranan yang sangat

penting didalam kehidupan manusia,

terutama pada sektor energi fosil, 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 beriringandengan bertambahnya populasi manusia.

Gambar 1 Kebutuhan Bahan Bakar Fosil

(Sumber: Outlook Energi,2014)

Solusi dari kebutuhan bahan bakar

fosil ini dengan beralih ke energi alternativ

yaitu bioetanol, bioetanol merupakan etanol

yang bahan utamanya dari tumbuhan danumumnya 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).

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 energialternatif untuk pemenuhan kebutuhan

manusia. Disamping untuk memenuhi

kebutuhan masyarakat, alat ini juga sangat

mendukung aktif kelestarian akan terjaganya

suatu lingkungan.

II. TEORI

2.1. Bioetanol

Bioetanol merupakan istilah dari etanol

yang berasal dari bahan baku tanaman yang

mengandung nabati, kemudian di

fermentasikan. Etanol merupakan nama


2/6

trival dari etil alcohol (C2H5OH) (Natsir,

2013).

Bioetanol bersumber dari tumbuhan

yang mengandung gula, pati dan selulosa.

Etanol merupakan zat cair, tidak berwarna,

berbau spesifik, mudah terbakar danmenguap, dapat bercampur dalam air dengan

segala perbandingan. Secara garis besar

penggunaan etanol adalah sebagai pelarut

untuk zat organik 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).

2.2. 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 gulanya. Kandungan gula pada

tebu diperkirakan sekitar 7-20%, yang

terbanyak terdapat pada batang bagian

bawah, yakni sampai 20%. Tingginya

kandungan gula dalam tebu berpotensi untuk

dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan

etanol melalui proses fermentasi (Sa’diah,

2009).

2.3. FermentasiFermentasi merupakan proses

mikrobiologi yang dikendalikan oleh

manusia untuk memperoleh produk yang

berguna, dimana terjadi pemecahankarbohidrat dan asam amino secara anaerob.

Peruraian dari kompleks menjadi sederhana

dengan bantuan mikroorganisme sehingga

menghasilkan energi. (Wiratmaja, 2011).

Pada penelitian ini menggunakan

bahan baku 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).

2.4. DestilasiDestilasi 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).

2.4.1.Evaporasi Evaporasi merupakan proses

pemisahan dua zat cair yang berbeda titik

didihnya, pemisahan ini terdiri dari alkohol

dan air dalam kadar yang ditentukan dan

nantinya akan menerima panas dari api.

Evaporator 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).

Tabung Evaporator ini terbuat dari

stainless steel , 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).

2.4.2.Kondensor

Kondensasi atau proses pengembunanuap 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).

Tabung Kondensor ini terbuat dari

stainless steel , karena potensi korosif yang

tinggi akibat kondisi bagian dalam kondensorsulit dipantau dan cenderung lembab,

stainless steel memiliki ketahanan yang


3/6

sangat baik terhadap korosi dan

pemakaiannya dapat menghasilkan panas

yang merata (Hariyanto, 2012).

Pendinginan pada reaktor kondensor

dirancang menggunakan prinsip kondensasi

menggunakan bahan aluminium yang cepatmengantar panas dengan bertujuan sebagai

pendingin dari cairan yang sudah mengalami

fermentasi, sehingga proses kondensasi dapat

berlangsung dengan cepat.

III. METODOLOGI

Gambar 2 Flowchat Langkah Kerja

Gambar 1 merupakan alur penelitian

yang akan dikerjakan sesuai dengan tahapan-

tahapan penelitian yang dilakukan.

A. Perencanaan dan Perancangan Reaktor

Bioetanol.

Pada tahapan ini dimulai dengan

mencari data yang berkaitan dengan

penelitian ini, data tersebut di analisa

sehingga didapatkan data yang layak untuk

penilitian ini, kemudian desain alat.

Kemudian merancang alat tersebut,

perancangan ini mencakup pembuatanreaktor bioetanol, tabung evaporasi,

pemipaan, tabung kondensasi dan sistem

kontrol pada reaktor bioetanol ini.

B. Pembuatan Bioetanol.

Pembuatan bioetanol di mulai dari

fermentasi, evaporasi kemudian di

kondensasi dan menghasilkan bioetanol.Bioetanol ini kemudian di uji menggunakan

alat ukur.

C.

Pengumpulan dan Pengolahan Data.

Dari pengujian bioetanol menggunakan

alat ukur di dapatkan data kemudian di olah

dan disusun dalam sebuah laporan.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1.

Hasil PerancanganPerancangan reaktor bioetanol ini

terdiri dari beberapa tahapan perancangan alat

dari fermentasi, evaporasi, kondensasi, dan

sistem kontrol.

Gambar 3 Rancangan Alat Tampak Depan

4.2. Reaktor FermentasiSpesifikasi dari reaktor fermentor dapat

dilihat pada tabel berikut:Tabel 1 Spesifikasi Reaktor Fermentor

No Spesifikasi Ukuran Jumlah

1 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 DratDalam

½ inchi 1

4 Selonoid

Valve 12

VDC

½ inchi 1

5 L-Bow ½ Inchi 1

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


4/6

4.3. EvaporatorSpesifikasi dari evaporator dapat dilihat

pada tabel berikut:

Tabel 2 Spesifikasi EvaporatorNo Spesifika

si

Ukuran Jumlah

1 Tabung - Luas Selimut Tabung =

872,72 cm2 - Luas Tutup Atas = 34,54

cm2

- Luas Tutup Bawah = 34,54cm2

1

2 SensorDS18B20

- 1

3 Kran ¼ inchi 1

5 Kompor - 1

6 PipaTembaga

5/8 inchi 2 meter

7 Servo - 1

4.4. KondensorSpesifikasi dari kondensor dapat dilihat

pada tabel berikut:

Tabel 3 Spesifikasi KondensorNo Spesifikasi Ukuran Jumlah

1 Tabung - Luas Selimut Tabung =

1004,8 cm2

- 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 BotolPenampung

500 ml 1

4.5. 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. Sistem Kontrol Reaktor Bioetanol

Evaporasi KondensasiFermentasi

Mulai

Tekan Tombol

Mendeteksi etanol

Jika AdaObjek

Selenoid ValveTerbuka

Motor Servo

Memutar TuasKompor Maksimal

EtanolMasuk ke

TabungEvaporator

Mengukur Suhu

Jika Suhu

>78 C

Motor ServoMemutar Tuas

Kompor Minimal

Uap Hasil

dariEvaporatordi Alirkan ke

Tabung

Kondensoruntuk ProsesKondensasi

Etanol

Tidak

Tidak

Ya

Ya

Gambar 4 Sistem Kontrol Reaktor Bioetanol

4.6. Pengujian Alat Reaktor BioetanolPengujian alat reaktor bioetanol ini

menggunakan bahan sebagai berikut:

Tabel 4 Spesifikasi Bahan Percobaan

FermentasiNo Spesifi

kasi

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

Total 2 liter

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 5 Hasil Bioetanol

4.7. Pengujian Kadar Alkohol

Penelitian ini menghasikan bioetanol

sebanyak 260 ml dari 2 liter bahan baku,

kemudian hasil bioetanol ini diukur kadaralkohol menggunakan alkohol meter.

Pengujian kadar ini membutuhkan gelas ukur

dan alkohol meter dan di dapatkan hasil 58%.

Gambar 6 Pengujian kadar Bioetanol


5/6

V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. 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 mulaidari 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 260mililiter alkohol dengan kadar alkohol

58%.

5.2. 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 tebusebelum 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.

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 AlatUkur 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 Kulit Singkong, Surakarta:

Universitas Sebelas Maret.Susilo, Sigit. 2009. Rancangan Dan Uji

Kinerja Alat Distilasi Etanol Dengan


6/6

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.

Yumaihana dan Qurrata Aini. 2010.

Pembinaan Petani Tebu Melalui

Teknologi Pembuatan Bioetanol dari

Molases dan Tebu. Padang:

Universitas Andalas.

Jurnal RANCANG BANGUN REAKTOR DAN SISTEM KONTROL BIOETANOL MENGGUNAKAN BAHAN BAKU TETES TEBU...

Documents

Transcript of Jurnal RANCANG BANGUN REAKTOR DAN SISTEM KONTROL BIOETANOL MENGGUNAKAN BAHAN BAKU TETES TEBU...