LAPORAN TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN TANGKI PEMANAS PADA

DESTILATOR BIOETANOL DENGAN SISTEM CONTINUE

BERKAPASITAS 5 LITER/JAM UNTUK SKALA UMKM

MUH RIZQI MAULANA

201454101

DOSEN PEMBIMBING

Rochmad Winarso, S.T., M.T.

Rianto Wibowo, S.T., M.Eng.

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MURIA KUDUS

2018

RANCANG BANGUN TANGKI PEMANAS PADA DESTILATOR

BIOETANOL DENGAN SISTEM CONTINUE BERKAPASITAS 5

LITER/JAM UNTUK SKALA UMKM

Nama mahasiswa : Muh Rizqi Maulana

NIM : 201454101

Pembimbing :

1. Rochmad Winarso, S.T., M.T

2. Rianto Wibowo, S.T., M.Eng.

RINGKASAN

Bioetanol adalah cairan yang dihasilkan dari proses fermentasi gula dari

sumberkarbohidrat dengan bantuan mikroorganisme,Bioetanol merupakan bahan

bakar yang dapat digunakan untuk menggantikan bahan bakar fosil. Dimana untuk

proses produksi etanol sebagai bahan bakar diperlukan adanya kapasitas yang bisa

mencukupi kebutuhan tersebut. Destilator sebagai pengolah bioethanol diperlukan

adanya tangki pemanas yang dapat digunakan sebagai proses penguapan dalam skala

besar. Metode yang digunakan meliputi studi literatur, proses perancangan, proses

manufaktur. Pada hasil penelitian telah dibuat tangki pemanas dengan sistem

continue otomatis dan memiliki kapasitas 25 liter dengan dimensi tangki pemanas

meliputi tinggi tangki 675mm dan diameter 400mm. Hasil etanol yang didapatkan

sebanyak 2,35 liter/jam dengan tingkat kemurnian etanol 91%.

Kata kunci :bioetanol, destilator, tangki pemanas, kapasitas

DESIGN OF HEATING TANK DESIGN IN BIOETHANOL DESTILATOR

WITH 5 LITER / HOUR CAPACITY CONTINUE SYSTEM FOR UMKM

SCALE

Student Name : Muh Rizqi Mualana

Student Identity Number : 201454101

Supervisor :

1. Rochmad Winarso, S.T., M.T

2. Rianto Wibowo, S.T., M.Eng

ABSTRACT

Bioethanol is a liquid produced from the fermentation process of sugar from

carbohydrate sources with the help of microorganisms, Bioethanol is a fuel that can

be used to replace fossil fuels. Where to process the production of ethanol as a fuel

there is a need for a capacity that can meet these needs. Destilator as a bioethanol

processor requires a heating tank that can be used as a large-scale evaporation

process. The method used includes literature study, design process, manufacturing

process. The results of the research have made a heating tank with an automatic

continue system and has a capacity of 25 liters with the dimensions of the heating

tank covering a tank height of 675mm and a diameter of 400mm. The results of

ethanol obtained were 2.35 liters / hour with an ethanol purity level of 91%.

Keywords: bioethanol, destilator, heating tank, capacity

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT, akhirnya penulis

dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul ” Rancang Bangun Tangki Pemanas

Destilator Bioetanol Dengan Sistem Continue 5 Liter/Jam Untuk Skala UMKM”,

dapat terselesaikan. Skripsi ini merupakan syarat yang harus dipenuhi dalam rangka

mencapai derajat Sarjana Program Studi S1 Teknik Mesin Universitas Muria Kudus

Dalam proses penyelesaian laporan ini, banyak pihak yang telah membantu,

baik secara langsung maupun secara tidak langsung, secara materi, moral, maupun

scara spiritual. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan rasa terima kasih

dan hormat yang sebesar-besarnya :

1. Allah SWT yang telah memberi kesehatan dan kekuatan untuk

menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan dan memberikan

kasih saying yang tak terbatas.

3. Bapak Rochmad Winarso, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing I yang

sabar membimbing penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

4. Bapak Rianto Wibowo, S.T., M.Eng.selaku dosen pempimbing II dan

sebagai Kaprogdi Teknik Mesin yang sabar membimbing dalam

penyusunan laporan.

5. Bapak Qomaruddin, S.T., M.T. selaku dosen penguji yang telah

memberikan masukan pada laporan akhir ini.

6. Bapak Bachtiar Satya Nugraha, S.T., M.T. selaku dosen penguji yang

telah memberikan masukan pada laporan ini.

7. Tim destlator yang telah memberikan dukungan serta masukan

8. Rekan rekan mahasiswa yang telah banyak membantu sehingga

terselesaikanlah laporan ini

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan akhir ini masih terdapat

kekurangannya.Oleh karena itu penulis mengharap kritik dan saran dari pembaca

yang bersifat membangun demi terciptanya laporan yang lebih baik.

Kudus, 03 Mei 2018

Penulis

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL. ................................................................................................... i

HALAMAN PERSETUJUAN. .................................................................................. ii

HALAMAN PENGESAHAN. ................................................................................... iii

PERNYATAAN KEASLIAN. ................................................................................... iv

ABSTRAK. ................................................................................................................. vi

ABSTRACT. .............................................................................................................. vii

KATA PENGANTAR. .............................................................................................. vii

DAFTAR ISI. ............................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR. ................................................................................................ xii

DAFTAR TABEL. ................................................................................................... xiii

DAFTAR SIMBOL. .................................................................................................. xv

DAFTAR LAMPIRAN. ........................................................................................... xvi

DAETAR SINGKATAN. ....................................................................................... xvii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang. ................................................................................................. 1

1.2 Perumusan Masalah. ......................................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah. .............................................................................................. 3

1.4 Tujuan. .............................................................................................................. 3

1.5 Manfaat. ............................................................................................................ 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bioetanol. .......................................................................................................... 4

2.2 Destilasi. ............................................................................................................ 4

2.3 Destilator. .......................................................................................................... 7

2.3.1 Tangki Pemanas. ............................................................................................... 8

2.3.2 Komponen Tangki Pemanas. ............................................................................ 9

2.4 Refiks. ............................................................................................................. 13

2.5 Kondensor. ...................................................................................................... 14

2.6 Bahan Bakar Tangki Pemanas. ....................................................................... 15

2.7 Pompa. ............................................................................................................ 17

2.8 Perhitungan Perencanaan Tangki Pemanas..................................................... 17

2.8.1 Perhitungan Volume Tangki Pemanas. ........................................................... 17

2.8.2 Perhitungan Uap Tangki Pemanas. ................................................................. 18

2.8.3 Perhitungan Waktu Penyulingan. .................................................................... 18

2.8.4 Perhitungan Kalor Total. ................................................................................. 18

2.8.5 Perhitungan Bahan Bakar................................................................................ 19

2.8.6 Perhitungan Bejana Tekan. ............................................................................. 20

2.9 Proses Manufaktur. ......................................................................................... 27

2.9.1 Pengukuran. .................................................................................................... 28 2.9.2 Proses Pemotongan. ........................................................................................ 32

2.9.3 Proses Pengeboran. ......................................................................................... 32

2.9.4 Proses Penyambungan. ................................................................................... 33

2.9.5 Proses Pengeboran. ......................................................................................... 37

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Alur Penelitian. ............................................................................................... 40

3.2 Studi Lapangan. .............................................................................................. 41

3.3 Studi Literatur. ................................................................................................ 41

3.4 Analisa Kebutuhan. ......................................................................................... 41

3.5 Proses Perencanaan. ........................................................................................ 42

3.6 Simulasi Design .............................................................................................. 48

3.7 Gambar Kerja. ................................................................................................. 48

3.8 Proses Manufaktur. ......................................................................................... 48

3.9 Pengujian Tangki Pemanas. ............................................................................ 50

BAB IV HASIL DAN PEPMBAHASAN

4.1 Perencanaan Spesifik. ..................................................................................... 51

4.2 Proses Perencanaan Tangki Pemanas. ............................................................ 51

4.2.1 Proses Perencanaan Tangki Pemanas. ............................................................ 52

4.2.2 Proses Kebutuhan Uap Tangki Pemanas. ....................................................... 53

4.2.3 Proses Waktu Penyulingan. ............................................................................ 53

4.2.4 Proses Kebutuhan Kalor. ................................................................................ 55

4.2.5 Perhitungan Bahan Bakar................................................................................ 56

4.3 Perhitungan Bejana Tekan Pada Tangki Pemanas. ......................................... 56

4.4 Simulasi Design. ............................................................................................. 62

4.5 Alat dan Bahan yang Dibutuhkan ................................................................... 65

4.6 Proses Pembuatan. .......................................................................................... 66

4.6.1 Pembuatan Tangki Pemanas. .......................................................................... 66

4.6.2 Pembuatan Sekat Tangki ................................................................................. 81

4.6.3 Pembuatan Sprayer. ........................................................................................ 84

4.6.4 Proses Finishing. ............................................................................................. 85

4.7 Pengujian Mesin. ............................................................................................. 86

4.8 Biaya Pembuatan. ........................................................................................... 89

4.8.1 Biaya Pembelian Bahan. ................................................................................. 89

4.8.2 Biaya Tenaga Kerja. ........................................................................................ 90

4.8.3 Total Biaya Pembuatan. .................................................................................. 91

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan. .................................................................................................... 91

5.1 Saran. .............................................................................................................. 92

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

BIODATA PENULIS

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Destilator. .............................................................................................. 8

Gambar 2.2 Tangki Pemanas. ................................................................................... 9

Gambar 2.3 Sekat Tangki Pemanas. ......................................................................... 9

Gambar 2.4 Bubble Cap Tray. ................................................................................ 10

Gambar 2.5 Valve Tray. .......................................................................................... 11

Gambar 2.6 Sieve Tray. ........................................................................................... 11

Gambar 2.7 Pipa Sprayer. ....................................................................................... 12

Gambar 2.8 Menara Refluks. .................................................................................. 14

Gambar 2.9 Kondensor. .......................................................................................... 15

Gambar 2.10 Skematis bagian-bagian LPG. ............................................................. 16

Gambar 2.11 Pompa Air. .......................................................................................... 17

Gambar 2.12 Tebal Tabung Terhadap Kemungkinan Belah. ................................... 20

Gambar 2.13 Tebal Tabung Terhadap Kemungkinan Putus. .................................... 21

Gambar 2.14 Gaya Terhadap Kemungkinan Belah. ................................................. 23

Gambar 2.15 Gaya yang Menutus Bejana Tekan. .................................................... 24

Gambar 2.16 Tegangan S1 (longitudinal) Pada Dinding Bejana Tekan. .................. 25

Gambar 2.17 Teganagn S2 (cirumferential) Pada Dinding Bejana Tekan. ............... 26

Gambar 2.18 Mistar Gulung. .................................................................................... 28

Gambar 2.19 Mistar Siku. ......................................................................................... 28

Gambar 2.20 Mistar Baja. ......................................................................................... 29

Gambar 2.21 Jangka Sorong. .................................................................................... 30

Gambar 2.22 Penggores. ........................................................................................... 30

Gambar 2.23 Penitik. ................................................................................................ 31

Gambar 2.24 Ragum. ................................................................................................ 31

Gambar 2.25 Gerinda Tangan. .................................................................................. 32

Gambar 2.26 Mesin Pengerolan. ............................................................................... 33

Gambar 2.27 Proses Pengelasan. .............................................................................. 34

Gambar 2.28 Proses Penggurdian. ............................................................................ 38

Gambar 3.1 Diagram Alir Rancang Bangun. .......................................................... 40

Gambar 3.2 Destilator Bioetanol Sistem Refluks. .................................................. 43

Gambar 3.3 Tangki Pemenas Destilator Konsep Pertama. ..................................... 44

Gambar 3.4 Tangki Pemanas Destilator Konsep Kedua. ........................................ 45

Gambar 3.5 Komponen-komponen Tangki Pemanas. ............................................ 47

Gambar 4.1 Dimensi Tangki Pemanas. .................................................................. 51

Gambar 4.2 Material Properties Stainless Steel 304. .............................................. 63

Gambar 4.3 Von Mises Stress Pada Tangki Pemanas. ............................................ 63

Gambar 4.4 Displacement Pada Tangki Pemanas. ................................................. 64

Gambar 4.5 Strain Pada Tangki Pemanas .............................................................. 65

Gambar 4.6 Dimensi Tabung. ................................................................................. 67 Gambar 4.7 Dimensi Kerucut Trepancung. ............................................................ 70

Gambar 4.8 Dimensi Tabung. ................................................................................. 73

Gambar 4.9 Dimensi Sekat. .................................................................................... 82

Gambar 4.10 Dimensi Pipa Sprayer. ........................................................................ 85

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan Tray. ............................................................................. 11

Tabel 2.2 Spesifikasi Stainless Steel Tipe 304. ................................................... 13

Tabel 2.3 Alat Perkakas yang Digunakan. .......................................................... 27

Tabel 2.4 Klasifikasi Diameter Elektroda. .......................................................... 35

Tabel 2.5 Tabel Bahan Arus dan Diameter Elektroda. ....................................... 35

Tabel 2.6 Klasifikasi Elektroda Terhadap Kekuatan Tarik. ................................ 36

Tabel 3.1 Aspek Teknis. ..................................................................................... 42

Tabel 3.2 Data Output Simulasi. ......................................................................... 50

Tabel 4.1 Koefisien Temperatur Stainless Stell304. ........................................... 58

Tabel 4.2 Data Output Simulasi. ......................................................................... 86

Tabel 4.3 Pengujian Tangki Pemanas. ................................................................ 87

Tabel 4.4 Pengujian Destilator ............................................................................ 89

Tabel 4.5 Biaya Pembelian Bahan. ..................................................................... 89

Tabel 4.6 Biaya Tenaga Pengerjaan Alat ............................................................ 90

Tabel 4.7 Biaya Total Pembuatan ....................................................................... 91

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan Nomor Persamaan

V Volume mm3 1,32,33,34

t Tinggi mm 2,32,33

r Jari-jari mm 1

G Kebutuhan uap kg/jam 3,36

Q Kalor kg/jam 4

He Entalpi alkohol kJ 4

Hi Entalpi awal kJ 5

c Kalor jenis kJ 6,37

∆𝑡 Perubahan suhu ˚C 7.37.40

∆𝐻 Panas laten alkohol kJ 8,38,41

Σt Tegangan tarik N/m2 9,53,56

tb Tebal Tangki mm 10,11,47,48

d Diameter mm 11,12,19,20,27

P Tekanan N/m2 11,15,18

S Tebal plat mm 12

A Luas lasan mm2 22,60,64,68,76,87

N Putaran poros rad/min 22,62,66,72,74,78,85

f Gerak makan pemotongan mm/rad 28,98

Vf Kecepatan pemakanan mm/min 29,99

lt Panjang penggurdian mm 30,100

tc Waktu pemotongan min 31,101

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Gambar Kerja

Lampiran 2 Daftar Tabel

Lampiran 3 Fotocopy Buku Bimbingan

Lampiran 4 Lembar Revisian

Lampiran 5 Lembar Turnitin

Lampiran 6 Biodata Penulis

DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN

Bioetanol : Bahan bakar dari minyak nabati

Fermentasi : Pengubahan karbohidrat menjadi alkohol

UMKM : Usaha Mikro Kecil Menengah

Evaporasi : Proses perubahan molekul di dalam keadaan cair menjadi gas

LPG :Liquified Petroleum Gas

Destilasi : Suatu proses preubahan cairan menjadi uap

HHV :Higher Heating Value

LHV :Lower Heating Value

Destilator : Alat yang digunakan dalam proses produksi etanol

Tangki pemanas : Tempat bahan fermentasi

Menara refluks : Alat yang digunakan untuk proses kondensasi

Kondensor : Alat yang digunakan sebagai proses pendinginan

Kondensasi : Mesin penukar kalor (heat exchanger)

AWS :Amerikcan Welding Society

ASTM :American Society For Testing Materials