PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP PROSES FERMENTASI

PEMBUATAN BIOETANOL

RANGGA AGUNG PRIBADI / 20406586

Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin

ABSTRAKSI

Proses fermentasi adalah proses untuk mengubah glukosa menjadi etanol dengan menggunakan

yeast (ragi). Pada penelitian ini dilakukan proses fermentasi bioetanol dengan menggunakan

tabung fermentor. Di tabung fermentor ditancapkan termometer jenis digital gunanya untuk

mengetahui suhu di dalam tabung fermentor. Bahan-bahan yang digunakan dalam proses

fermentasi ini adalah gula pasir, urea, npk, ragi, air. Proses fermentasi dilakukan selama 1-2

minggu. Proses fermentasi bioetanol dilakukan beberapa tahap. Tahap pertama dilakukan di

dalam ruangan, sedangkan proses fermentasi tahap kedua dilakukan di luar ruangan. Dalam

proses fermentasi ini di hitung kadar alkoholnya dengan menggunakan alkoholometer. Dari

hasil pengamatan yang dilakukan , proses fermentasi di luar ruangan lebih cepat selama 1

minggu sudah bisa di hitung kadar alkoholnya sebesar 9 %, sedangkan proses fermentasi di

dalam ruangan membutuhkan waktu selama 2 minggu untuk mendapatkan 9 % alkohol. Proses

fermentasi di luar ruangan lebih cepat dikarenakan karena pengaruh temperatur. Semakin

panas suhu udara semakin cepat proses fermentasinya. Perhitungan pada dinding bagian dalam

tabung fermentor di proses fermentasi di dalam ruangan suhu yang mengalir pada dinding

bagian dalam tabung fermentor sebesar 28.56 0C, sedangkan untuk fermentasi di luar ruangan

suhu yang mengalir pada dinding bagian dalam fermentor sebesar 36.85 0C.

Kata Kunci : Tabung Fermentor, Gula Pasir, Urea, NPK, Ragi, Air,

Fermentasi, Menghitung Kadar Alkohol

PENDAHULUAN

Di indonesia akan kebutuhan etanol

sangat tinggi, karena etanol memiliki banyak

maanfaat, salah satunya adalah untuk

industri kosmetik, tinta, dan percetakan.

Selain itu etanol juga memiliki sifat yang

tidak beracun maka bahan ini digunakan

sebagai pelarut dalam industri makanan dan

minuman maupun sebagai bahan bakar

alternatif pengganti bensin karena

aman terhadap lingkungan dan manusia.

Etanol yang digunakan selama ini

umumnya diperoleh dari dari minyak bumi,

dimana minyak bumi ini sendiri merupakan

sumber daya alam yang tidak dapat

diperbaharui. Dewasa ini masalah

keterbatasan Bahan Bakar Minyak (BBM) di

dunia terjadi karena bahan baku yang

berasal dari fosil sudah mulai habis.

Semakin berkurangnya sumber bahan bakar

minyak di

Indonesia sedangkan laju

penggunaannya semakin meningkat

mengakibatkan pemerintah harus

memangkas subsidi BBM. Selain

pemangkasan subsidi BBM, pemerintah juga

melakukan langkah-langkah penghematan

energi dan mencari sumber-sumber energi

baru untuk menggantikan minyak bumi.

Karena itu pemerintah mengeluarkan

Perpres No. 5 Tahun 2006 tentang

Kebijakan Energi Nasional, dimana

pemanfaatan BBN (biofuel) ditargetkan 2%

pada tahun 2010 dan 5% pada 2025. Untuk

mengurangi konsumsi BBM jenis bensin,

dapat dilakukan dengan menambahkan 10%

bioetanol.

Bioetanol dapat dengan mudah diproduksi

dari bahan bergula, berpati dan berserat.

Salah satu bahan bergula yang berpotensi

untuk pembuatan etanol yaitu gula pasir,

mengingat gula pasir sangat mudah

diperoleh. Teknolgi pembuatan bioetanol

dari gula pasir melalui proses fermentasi.

Proses ini merupakan salah satu alternatif

dalam rangka mendukung program

pemerintah tentang penyediaan bahan bakar

non migas yang terbarukan yaitu BBN

(Bahan Bakar Nabati) sebagai pengganti

bensin, sehingga perlu dilakukan penelitian

tentang proses pembuatan bioetanol dari

gula pasir melalui proses fermentasi yang

berkualitas baik dan ramah lingkungan.

Pembuatan bioetanol dari gula di buat

melalui proses fermentasi. Fermentasi

bioetanol merupakan proses pembuatan

etanol dengan memanfaatkan aktivitas yeast

(Saccharomyces Cerevisiae) proses

fermentasi etanol ini dilakukan secara

anaerob, yaitu mengubah glukosa menjadi

alkohol tanpa adanya oksigen.

LANDASAN TEORI

Etanol

Etanol adalah alkohol yang paling

sering digunakan dalam kehidupan sehari-

hari. Karena sifatnya yang tidak beracun,

bahan ini banyak dipakai sebagai pelarut

dalam dunia farmasi dan industri makanan

dan minuman. Etanol tidak berwarna dan

tidak berasa tapi memiliki bau yang khas.

Bahan ini dapat memabukkan jika diminum.

Etanol telah digunakan manusia sejak zaman

prasejarah sebagai bahan pemabuk dalam

minuman beralkohol. Residu yang

ditemukan pada peninggalan keramik yang

berumur 9000 tahun dari China bagian utara

menunjukan bahwa minuman beralkohol

telah digunakan oleh manusia prasejarah

dari masa Neolitik. Etanol dan alkohol

membentuk larutan azeotrop. Karena itu

pemurnian etanol yang mengandung air

dengan cara penyulingan biasa hanya

mampu menghasilkan etanol dengan

kemurnian 96%. Etanol murni (absolut)

dihasilkan pertama kali pada tahun 1796

oleh Johan Tobias Lowits yaitu dengan cara

menyaring alkohol hasil destilasi melalui

arang. Lavoisier menggambarkan bahwa

etanol adalah senyawa yang terbentuk dari

karbon, hidrogen dan oksigen.

Cara Pembuatan Etanol

Etanol dapat dibuat melalui proses

fermentasi diikuti kemudian dengan proses

destilasi sehingga serat dan gumpalan gula

dari bahan dasar (jagung, gandum, kentang,

tebu, buah-buahan ataupun sisa sayur-

mayur) ataupun pengotor lainnya terpisah

dari etanolnya. Produksi bioetanol dengan

bahan baku tanaman yang mengandung pati

atau karbohidrat, dilakukan melalui proses

konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa)

larut air dilakukan dengan penambahan air

dan enzim, kemudian dilakukan proses

peragian atau fermentasi gula menjadi etanol

dengan menambahkan yeast atau ragi. Selain

bioetanol dapat diproduksi dari bahan

tanaman yang mengandung selulosa, namun

dengan adanya lignin mengakibatkan proses

penggulaannya menjadi lebih sulit, sehingga

pembuatan bioetanol dari selulosa tidak

direkomendasikan meskipun teknik produksi

bioetanol merupakan teknik yang sudah

lama diketahui, namun bioetanol untuk

bahan bakar kendaraan memerlukan etanol

dengan karakteristik tertentu yang

memerlukan teknologi yang relatif baru di

Indonesia antara lain mengenai neraca

energi (energy balance) dan efisiensi

produksi, sehingga penelitian lebih lanjut

mengenai teknologi proses produksi etanol

masih perlu dilakukan.

Kegunaan Etanol

Kegunaan etanol dalam dunia

industri yaitu:

1. Untuk membuat minuman keras

seperti bir dan wisky

2. Sebagai obat antiseptik pada luka

dengan kadar 70%

3. Untuk membuat barang industri

misalnya zat warna, parfum, essence

buatan dan lainnya.

4. Untuk kepentingan industri dan

sebagai pelarut bahan bakar ataupun

diolah kembali menjadi bahan lain.

5. Untuk kepentingan lain dan alkohol

Syarat Mutu Etanol (SNI 06-3565-1994)

Didalam perdagangan dikenal etanol

menurut kualitasnya yaitu :

a) Alkohol teknis (95,6o GI) terutama

digunakan untuk kepentingan

industry dan sebagai pelarut bahan

bakar

b) Alkohol murni (96-96,5o GI) alkohol

yang lebih murni, digunakan

terutama untuk kepentingan farmasi,

minuman keras dan alkohol.

c) Spritus (88o GI) bahan ini merupakan

alkohol terdenaturasi dan diberi

warna umumnya digunakan untuk

pemanasan dan penerangan.

d) Alkohol absolut atau alkohol adhidra

(99,5 – 99,8o GI) tidak mengandung

air sama sekali. Digunakan untuk

kepentingan farmasi dan untuk bahan bakar kendaraan.

Sifat-Sifat Fisika Etanol

Etanol memiliki banyak manfaat bagi

masyarakat karena memiliki sifat yang tidak

beracun. Selain itu etanol juga memiliki

banyak sifat-sifat, baik secara fisika maupun

kimia. Adapun sifat-sifat fisika etanol dapat

dilihat pada Tabel 2.1.

Sifat-Sifat Kimia Etanol

Etanol selain memiliki sifat-sifat fisika

juga memiliki sifat-sifat kimia. Sifat-sifat

kimia tersebut adalah ;

1. Merupakan pelarut yang baik untuk

senyawa organik

2. Mudah menguap dan mudah terbakar

3. Bila direaksikan dengan asam halida

akan membentuk alkil halida dan air

CH3CH2OH+HC=CH

CH3CH2OCH= CH2 + H2O

4. Bila direaksikan dengan asam

karboksilat akan membentuk ester

dan air

CH3CH2OH+CH3COOH

CH3COOCH2CH3 + H2O

5. Dehidrogenasi etanol menghasilkan

asetaldehid.

6. Mudah terbakar di udara sehingga

menghasilkan lidah api (flame) yang

berwarna biru muda dan transparan

dan membentuk H2O dan CO2.

Fermentor

Fermentor adalah Tangki atau wadah

dimana didalamnya seluruh sel (mikrobia)

mengubah bahan dasar menjadi produk

biokimia dengan atau tanpa produk

sampingan. Fermentor ini sering disebut

juga Bioreaktor. Fungsi dasar fermentor

adalah Menyediakan kondisi lingkungan

yang cocok bagi mikrobia di dalamnya

untuk menghasilkan biomassa,

menghasilkan enzim, menghasilkan

metabolit dsb.

Syarat fermentor

1. Tangki dapat dioperasikan secara

aseptik, agitasi dan aerasi.

2. Energi pengoperasian serendah

mungkin.

3. Temperatur harus terkontrol.

4. Kontrol pH.

5. Tempat pengambilan sampel.

6. Penguapan berlebihan dihindari.

7. Tangki didesain untuk

meminimalkan tenaga kerja

pemanenan, pembersihan dan

perawatan.

8. Peralatan general: permukaan bagian

dalam halus, dihindari banyak

sambungan, murah.

Konstruksi Fermentor

1. Bahan fermentor dibuat

tahan karat untuk mencegah

kontaminasi logam/ion

selama proses.

2. Bahan fermentor harus

tidak beracun dan tidak

mudah terlarut, sehingga

tidak menghambat

pertumbuhan mikrobia.

3. Bahan fermentor harus

kuat untuk sterilisasi

berulang kali pada

tekanan uap tinggi.

4. Sistem stirer dari

fermentor dan lubang

pemasukannya cukup,

sehingga tidak

mengalami stress

mekanik akibat

terlampau rapat.

5. Pemeriksaan secara visual dari

medium & kultur harus tersedia,

dibuat dari bahan transparan.

Fermentasi

Proses fermentasi dimaksudkan untuk

mengubah glukosa menjadi bioetanol

dengan menggunakan yeast (ragi). Alkohol

yang diperoleh dari proses fermentasi ini,

biasanya alkohol dengan kadar 8 sampai

10% alkohol. Sementara itu, bila fermentasi

tersebut digunakan bahan baku gula, proses

pembuatan etanol dapat lebih cepat.

Pertumbuhan etanol dari gula tersebut juga

mempunyai keuntungan lain, yaitu

memerlukan bak fermentasi yang lebih

kecil. Etanol yang dihasilkan proses

fermentasi tersebut perlu ditingkatkan

kualitasnya dengan membersihkan dari zat-

zat yang tidak diperlukan. Alkohol yang

dihasilkan dari proses fermentasi biasanya

masih mengandung gas-gas antara lain CO2

(yang ditimbulkan dari pengubahan glukosa

menjadi bioetanol) dan aldehyde yang perlu

dibersihkan. Gas CO2 pada hasil fermentasi

tersebut biasanya mencapai 35% volume,

sehingga untuk memperoleh bioetanol yang

berkualitas baik, bioetanol tersebut harus

dibersihkan dari gas tersebut. Proses

pembersihan (washing) CO2 dilakukan

dengan menyaring bioetanol yang terikat

oleh CO2, sehingga dapat diperoleh bioetanol

yang bersih dari gas (CO2). Kadar alkohol

yang dihasilkan dari proses fermentasi,

biasanya hanya mencapai 8-10% saja,

sehingga untuk memperoleh etanol yang

berkadar alkohol 95% diperlukan proses

lainnya, yaitu proses destilasi. Proses

destilasi dilaksanakan melalui dua tingkat,

yaitu tingkat pertama dengan beer column

dan tingkat kedua rectifying column.

Definisi kadar alkohol atau bioetanol dalam

% (persen) volume adalah “volume etanol

pada temperatur 150C yang terkandung

dalam 100 satuan volume larutan etanol

pada tertentu (pengukuran)“. Berdasarkan

Balai Keujian Standar (BKS) Alkohol

Spiritus, standar temperatur pengukuran

adalah 27,5 0C dan kadarnya 95,5 %.

Mekanisme Fermentasi

Di dalam proses fermentasi,

kapasitas mikroba untuk mengoksidasi

tergantung dari jumlah aceptor electron

terakhir yang dapat dipakai. Sel-sel

melakukan fermentasi menggunakan enzim-

enzim yang akan mengubah hasil dari reaksi

oksidasi, dalam hal ini yaitu asam menjadi

senyawa yang memiliki muatan positif,

sehingga dapat menangkap elektron terakhir

dan menghasilkan energi.[8]

Untuk memperoleh hasil fermentasi

yang optimum, persyaratan untuk

pertumbuhan ragi harus diperhatikan, yaitu :

[9]

- pH dan kadar karbohidrat dari

subtrat

- Temperatur selama fermentasi

- Kemurnian dari ragi itu sendiri

Hantaran (Konduksi)

Yang dimaksud dengan hantaran ialah

pengangkutan kalor melalui satu jenis zat.

Sehingga perpindahan kalor secara

hantaran/konduksi merupakan satu proses

pendalaman karena proses perpindahan

kalor ini hanya terjadi di dalam bahan. Arah

aliran energi kalor, adalah dari titik bersuhu

tinggi ke titik bersuhu rendah. Berikut

adalah contoh perpindahan panas konduksi.

Sudah diketahui bahwa tidak semua

bahan dapat menghantar kalor sama

sempurnanya. Dengan demikian,

umpamanya seorang tukang hembus kaca

dapat memegang suatu barang kaca, yang

beberapa cm lebih jauh dari tempat

pegangan itu adalah demikian panasnya,

sehingga bentuknya dapat berubah. Akan

tetapi seorang pandai tempa harus

memegang benda yang akan ditempa dengan

sebuah tang. Bahan yang dapat menghantar

kalor dengan baik dinamakan konduktor.

Penghantar yang buruk disebut

isolator. Sifat bahan yang digunakan untuk

menyatakan bahwa bahan tersebut

merupakan suatu isolator atau konduktor

ialah koefisien konduksi termal. Apabila

nilai koefisien ini tinggi, maka bahan

mempunyai kemampuan mengalirkan kalor

dengan cepat. Untuk bahan isolator,

koefisien ini bernilai kecil.

Pada umumnya, bahan yang dapat

menghantar arus listrik dengan sempurna

(logam) merupakan penghantar yang baik

juga untuk kalor dan sebaliknya. Selanjutnya

bila di contohkan sebatang besi atau

sembarang jenis logam dan salah satu

ujungnya diulurkan ke dalam nyala api.

Dapat diperhatikan bagaimana kalor

dipindahkan dari ujung yang panas ke ujung

yang dingin. Apabila ujung batang logam

tadi menerima energi kalor dari api, energi

ini akan memindahkan sebahagian energi

kepada molekul dan elektron yang

membangun bahan tersebut. Moleku1 dan

elektron merupakan alat pengangkut kalor di

dalam bahan menurut proses perpindahan

kalor konduksi. Dengan demikian dalam

proses pengangkutan kalor di dalam bahan,

aliran elektron akan memainkan peranan

penting .

Persoalan yang patut diajukan pada

pengamatan ini ialah mengapa kadar alir

energi kalor adalah berbeda. Hal ini

disebabkan karena susunan molekul dan

juga atom di dalam setiap bahan adalah

berbeda. Untuk satu bahan berfasa padat

molekulnya tersusun rapat, berbeda dengan

satu bahan berfasa gas seperti udara.

Molekul udara adalalah renggang seka1i.

Tetapi dibandingkan dengan bahan padat

seperti kayu, dan besi , maka molekul besi

adalah lebih rapat susunannya daripada

molekul kayu. Bahan kayu terdiri dari

gabungan bahan kimia seperti karbon, uap

air, dan udara yang terperangkat. Besi

adalah besi. Kalaupun ada bahan asing,

bahan kimia unsur besi adalah lebih banyak.

Rumus Perpindahan Panas Konduksi

Dinyatakan Dengan Rumus :

q = - kA 𝑑𝑇

𝑑𝑥 ......................(2.1)

Dengan :

Q = Laju perpindahan panas (w)

A = Luas penampang dimana

panas mengalir (m2)

dT/dx = Gradien suhu pada

penampang, atau laju

perubahan suhu T terhadap

jarak dalam arah aliran

panas x

k = Konduktivitas thermal

bahan (w/moC)

Aliran (Konveksi)

Yang dimaksud dengan aliran konveksi

adalah pengangkutan kalor oleh gerak dari

zat yang dipanaskan. Proses perpindahan

kalor secara aliran/konveksi merupakan satu

fenomena permukaan. Proses konveksi

hanya terjadi di permukaan bahan. Jadi

dalam proses ini struktur bagian dalam

bahan kurang penting. Keadaan permukaan

dan keadaan sekelilingnya serta kedudukan

permukaan itu adalah yang utama.

Lazimnya, keadaan keseimbangan

termodinamik di dalam bahan akibat proses

konduksi, suhu permukaan bahan akan

berbeda dari suhu sekelilingnya. Dalam hal

ini dikatakan suhu permukaan adalah T1 dan

suhu udara sekeliling adalah T2 dengan

Tl>T2. Kini terdapat keadaan suhu tidak

seimbang diantara bahan dengan

sekelilingnya.

Perpindahan kalor dengan jalan aliran

dalam industri kimia merupakan cara

pengangkutan kalor yang paling banyak

dipakai. Oleh karena konveksi hanya dapat

terjadi melalui zat yang mengalir, maka

bentuk pengangkutan kalor ini hanya

terdapat pada zat cair dan gas. Pada

pemanasan zat ini terjadi aliran, karena

massa yang akan dipanaskan tidak sekaligus

di bawa kesuhu yang sama tinggi. Oleh

karena itu bagian yang paling banyak atau

yang pertama dipanaskan memperoleh

massa jenis yang lebih kecil daripada bagian

masa yang lebih dingin. Sebagai akibatnya

terjadi sirkulasi, sehingga kalor akhimya

tersebar pada seluruh zat. Berikut adalah

contoh perpindahan panas secara konveksi.

Gambar 2.5 Perpindahan panas konveksi [10]

Pada perpindahan kalor secara

konveksi, energi kalor ini akan dipindahkan

ke sekelilingnya dengan perantaraan aliran

fluida. Oleh karena pengaliran fluida

melibatkan pengangkutan massa, maka

selama pengaliran fluida bersentuhan

dengan permukaan bahan yang panas, suhu

fluida akan naik. Gerakan fluida melibatkan

kecepatan yang seterusnya akan

menghasilkan aliran momentum. Jadi massa

fluida yang mempunyai energi termal yang

lebih tinggi akan mempunyai momentum

yang juga tinggi. Peningkatan momentum

ini bukan disebabkan masanya akan

bertambah. Malahan massa fluida menjadi

berkurang karena kini fluida menerima

energi kalor.

Fluida yang panas karena menerima

kalor dari permukaan bahan akan naik ke

atas. Kekosongan tempat masa bendalir

yang telah naik itu diisi pula oleh masa

fluida yang bersuhu rendah. Setelah masa ini

juga menerima energi kalor dari permukan

bahan yang kalor dasi, massa ini juga akan

naik ke atas permukaan meninggalkan

tempat asalnya. Kekosongan ini diisi pula

oleh massa fluida bersuhu renah yang lain.

Proses ini akan berlangsung berulang-ulang.

Dalam kedua proses konduksi dan konveksi,

faktor yang paling penting yang menjadi

penyebab dan pendorong proses tersebut

adalah perbedaan suhu. Apabila perbedaan

suhu terjadi maka keadaan tidak stabil

termal akan terjadi. Keadaan tidak stabil ini

perlu diselesaikan melalui proses

perpindahan kalor.

Dalam pengamatan proses

perpindahan kalor konveksi, masalah yang

utama terletak pada cara mencari metode

penentuan nilai h dengan tepat. Nilai

koefisien ini tergantung kepada banyak

faktor. Jumlah kalor yang dipindahkan,

bergantung pada nilai h. Jika kecepatan

medan tetap, artinya tidak ada pengaruh luar

yang mendoromg fluida bergerak, maka

proses perpindahan kalor berlaku.

Sedangkan bila kecepatan medan

dipengaruhi oleh unsur luar seperti kipas

atau peniup, maka proses konveksi yang

akan terjadi merupakan proses perpindahan

kalor konveksi paksa. Yang membedakan

kedua proses ini adalah dari nilai koefisien

h-nya.

Rumus Perpindahan Panas Konveksi

Dinyatakan Dengan Rumus :

q = h A (ΔT) ...................(2.2)

Dengan :

q = Laju perpindahan panas

konveksi (w)

h = Koefisien perpindahan

panas konveksi (w/m2 0

C)

A = Luas penampang (m2)

∆T = Perubahan atau perbedaan suhu

(0C;

0F)

Reaksi Endoterm

Reaksi Endoterm adalah Reaksi yang

memerlukan energi atau menyerap energi

dari lingkungan ketika reaksi terjadi.

Umumnya reaksi ini menghasilkan suhu

dingin. Contoh reaksi endoterm adalah

membakar mimyak tanah di kompor minyak

dan nyala api unggun di saat kemping. Pada

reaksi endoterm, sistem menyerap energi.

Oleh karena itu, entalpi sistem akan

bertambah. Artinya entalpi produk (Hp)

lebih besar daripada entalpi pereaksi (Hr).

Akibatnya, perubahan entalpi, merupakan

selisih antara entalpi produk dengan entalpi

pereaksi (Hp-Hr) bertanda positif.

Prosedur Penelitian

Dalam pelaksanaan suatu kegiatan

penelitian, biasanya selalu diawali dengan

penetapan tahapan atau langkah-langkah

penelitian. Berikut ini akan dijelaskan

mengenai metode penelitian yang dilakukan

dari awal penelitian hingga akhir, yang

ditunjukkan melalui sebuah diagram alir

atau flowchart.

Diagram pada gambar 3.1 menggambarkan

langkah suatu proses yang dilakukan dalam

melakukan metode penelitian sehingga

memperoleh hasil dari penelitian yang sesuai

dengan literatur pustaka. Langkah-langkah

prosesnya berupa yaitu terminal yang

menyatakan mulai dan selesai dari suatu

proses, pengolahan yang menyatakan suatu

proses yang berlangsung, dan keputusan

untuk menyatakan dalam mengambil

keputusan dari proses yang telah diolah

dengan cara membandingkan.

Perancangan Pembuatan Tabung

Fermentor

Alat yang digunakan dalam proses

fermentasi yaitu tabung fermentor. Tabung

Fermentor ini fungsinya untuk

keberlangsungan proses fermentasi bahan

dasar menjadi produk yang diinginkan.

Tabung fermentor ini terbuat dari bahan

fiberglass. Dalam pembuatan tabung

fermentor mula-mula membuat cetakan

terlebih dahulu dari plat seng. Plat seng

dengan tebal 1 mm dibentuk seperti tabung

dengan panjang 65 cm dan diameternya 40

cm. Setelah itu membuat penutup bagian

bawah dengan diameter 40 cm dan penutup

bagian atas. Untuk penutup bagian atas

dibuat seperti kerucut dengan diameter 40

cm. Pada bagian penutup tambahkan katup

dibagian atas penutup. Katup ini gunanya

untuk saluran pengeluaran cairan bioetanol

yang terdapat di dalam tabung fermentor.

Setelah cetakan selesai dibuat. Cetakan

tersebut kemudian dibuat dengan bahan

dasar fiberglass. Hasil cetakan dari bahan

fiberglass mempunyai ketebalan 3 mm.

Berikut gambar hasil pembuatan tabung

fermentor dengan bahan dasar fiberglass.

Gambar 3.2 Tabung fermentor

Pengertian bahan fiberglass itu

sendiri adalah bahan paduan atau campuran

beberapa bahan kimia (bahan komposit)

yang bereaksi dan mengeras dalam waktu

tertentu. Bahan ini mempunyai beberapa

keuntungan dibandingkan bahan logam,

diantaranya : ringan, mudah dibentuk, dan

murah. Berikut adalah bahan-bahan

pembuatan tabung fermentor dari bahan

fiberglass :

1. Resin

Resin adalah bahan kimia yang

berbentuk cair, menyerupai minyak

goreng , tetapi agak kental. Jenis

resin bermacam-macam. Untuk

bahan aksesoris fiberglas, umunya

menggunakan resin bening atau resin

keruh. Resin bening digunakan untuk

bentuk yang menonjolkan

kebeningannya, seperti untuk

aksesoris visor, kap lampu dll

sebagai pengganti mika, namun

penggunaan resin bening yang ada

dipasaran untuk pengganti mika,

masih belum menghasilkan kualitas

yang memuaskan. Sedangkan resin

jenis keruh lebih banyak digunakan

untuk pembuatan aksesoris,

disamping harganya murah, resin ini

dapat dengan mudah dibeli di toko-

toko kimia. Berikut adalah gambar

jenis resin keruh untuk fiberglass.

2. Katalis

Cairan ini biasanya dibilang

pendamping setia resin, cairan ini

biasanya berwarna bening dan

berbau agak menyengat. Cairan ini

berfungsi untuk mempercepat proses

pengerasan adonan mengeras tetapi

hasilnya kurang bagus. Cairan ini

jika mengenai kulit akan terasa

panas, seperti cairan zuur. Berikut

adalah gambar katalis untuk

campuran resin.

3. Matt/Serat Fiber

Matt merupakan bahan serat kaca.

Bahan ini berfungsi sebagai serat

penguat dari adonan fiberglass ketika

akan dicetak, agar hasilnya menjadi

lebih kuat dan tidak mudah pecah.

Bentuk matt bermacam-macam, ada

yang mirip bihun, kain karung dan

sarang lebah. Tetapi yang banyak

dijumpai dipasaran yang berbentuk

seperti bihun. Berikut adalah gambar

matt/serat fiber.

4. Wax (Mold Release)

Bahan ini sepintas mirip

mentega/keju ketika masih di dalam

wadahnya. Berfungsi sebagai pelicin

pada tahap pencetakan yang

menggunakan mal/molding, agar

antara molding dengan hasil cetakan

tidak saling merekat, sehingga

dengan mudah dapat dilepaskan.

Berikut adalah gambar wax (mold

release).

Langkah-Langkah Pembuatan Tabung

Fermentor

Berikut adalah langkah-langkah

dalam proses pembuatan tabung fermentor :

1. Membuatan cetakan fermentor

Dalam proses membuat cetakan

fermentor, bahan yang dipakai adalah

plat seng. Plat seng ini dibentuk

sedemikian rupa seperti tabung.

2. Penambahan wax pada cetakan

fermentor

Setelah cetakan fermentor sudah

selesai dibuat, oleskan wax pada

cetakan fermentor. Gunanya agar

antara cetakan dengan hasil cetakan

tidak saling merekat, sehingga dengan

mudah dapat dilepaskan.

3. Penambahan resin, katalis dan serat

fiber

Resin dan katalis dicampurkan

kemudian diaduk hingga rata setelah

itu oleskan cairan resin ke cetakan

tabung fermentor, kemudian

tempelkan serat fiber ke cetakan

fermentor. Lakukan secara berulang-

ulang agar hasil cetakannya lebih tebal

dan lebih kuat.

Bahan Percobaan Pembuatan Bioetanol

Bahan yang dipakai untuk pembuatan bioetanol yaitu gula pasir, urea, npk, ragi, dan air.

Dalam proses fermentasi dibutuhkan tabung untuk melakukan fermentasi yang disebut juga

tabung fermentor. Berikut perhitungan dasar dan bahan-bahan pembuatan bioetanol.

1. Perhitungan dasar pembuatan bioetanol

- Massa gula : 2 kg

- Kadar gula dalam larutan : 15%

- Volume dalam larutan : 2/0.15 = 13.4 liter

- Jumlah air : 13.4 – 2 = 11.4 liter air

- Jumlah alkohol : 0.511 x 2 x 0.85 = 0.8687 kg

2. Bahan-bahan pembuatan bioetanol

- Gula pasir : 2 kg

- Ragi : (2/70) x 320 gr = 9.1 gr

- Urea : (2/70) x 700 gr = 20 gr

- NPK : (2/70) x 80 gr = 2.286 gr

Berikut adalah komposisi hasil perhitungan

dasar dan bahan-bahan pembuatan bioetanol

diatas. Komposisi bahan-bahan tersebut

ditunjukkan pada tabel 3.4

Adapun alat-alat yang digunakan dalam

proses fermentasi tersebut adalah :

1. Tabung fermentor

Tabung fermentor ini digunakan untuk

fermentasi bioetanol. Bahan yang

digunakan untuk membuat tabung

fermentor yaitu bahan fiberglass.

Berikut adalah gambar tabung

fermentor.

2. Termometer Digital

Termometer ini digunakan untuk

mengetahui suhu di dalam fermentor

dalam proses fermentasi. Termometer

ini di tancapkan ke dalam tabung

fermentor. Berikut adalah gambar

termometer jenis digital.

3. Termometer suhu udara

Termometer ini digunakan untuk

mengetahui suhu udara sekitar dalam

proses fermentasi. Berikut adalah

gambar termometer untuk mengukur

suhu udara.

4. Alkoholometer

Alkoholometer berfungsi untuk

mengukur kadar alkohol setelah proses

fermentasi selesai dilakukan. Berikut

adalah gambar alkoholometer.

Langkah-Langkah Pembuatan Biotanol

Berikut adalah langkah-langkah

dalam proses pembuatan bioetanol :

1. Pencampuran gula pasir dengan air

Larutkan 2 kg gula pasir dengan 11.4

liter air kemudian di aduk hingga

tercampur rata. Kadar gula dalam

larutan sebesar 15%. Volume air

kurang lebih 13.4 liter, kemudian

masukan ke dalam tabung fermentor.

2. Penambahan urea dan NPK

Dalam proses pembuatan bioetanol ini

diperlukan penambahan Urea dan

NPK ke dalam larutan gula.

Penambahan Urea sebanyak 20 gr dan

NPK sebanyak 2.286 gr. Urea dan

NPK ini berfungsi sebagai nutrisi

ragi.

3. Penambahan ragi roti (fermipan)

Bahan aktif ragi roti adalah khamir

saccharomyces cereviseae yang dapat

memfermentasikan gula menjadi

etanol. Ragi roti diberi air hangat

secukupnya, kemudian diaduk-aduk

perlahan hingga tampak sedikit

berbusa. Setelah itu ragi dimasukkan

ke dalam fermentor, kemudian

fementor ditutup rapat.

Proses Fermentasi Bioetanol

Proses fermentasi bioetanol

merupakan proses pembuatan etanol dengan

memanfaatkan aktivitas yeast (

Saccharomyces Cerevisiae ) atau disebut

juga ragi roti. Proses fermentasi etanol ini

dilakukan secara anaerob, yaitu mengubah

glukosa menjadi alkohol tanpa adanya

oksigen. Proses fermentasi dilakukan

melalui 2 proses. Proses pertama dilakukan

di dalam ruangan, sedangkan proses kedua

dilakukan di luar ruangan.

Proses fermentasi akan berjalan

beberapa jam setelah semua bahan

dimasukkan ke dalam fermentor. Kalau

menggunakan fermentor yang tembus

padang (dari kaca misalnya), maka akan

tampak gelembung-gelembung udara kecil-

kecil dari dalam fermentor. Gelembung-

gelembung udara ini adalah gas CO2 yang

dihasilkan selama proses fermentasi.

Kadang-kadang terdengar suara gemuruh

selama proses fermentasi ini. Salah satu

tanda bahwa fermentasi sudah selesai adalah

tidak terlihat lagi adanya gelembung-

gelembung udara. Kadar etanol di dalam

cairan fermentasi kurang lebih 7% – 10 %.

Perbandingan Energi Panas Yang

Diperlukan Untuk Fermentasi Di dalam

dan Di luar Ruangan Dalam Pembuatan

Bioetanol

Dalam proses fermentasi bioetanol

energi panas sangat berpengaruh untuk

keberlangsungan proses fermentasi. Pada

proses fermentasi di dalam ruangan energi

panas yang mengalir pada dinding tabung

fermentor sebesar 79 W. Dalam proses

fermentasi di dalam ruangan ini diperlukan

waktu fermentasi selama 2 minggu untuk

menghasilkan 9 % kadar alkohol. Sedangkan

pada proses fermentasi di luar ruangan

energi panas yang mengalir pada dinding

tabung fermentor sebesar 119.4 W. Dalam

proses fermentasi di luar ruangan hanya

membutuhkan waktu selama 1 minggu untuk

menghasilkan 9 % kadar alkohol. Dari hasil

tersebut energi panas sangat berpengaruh

dalam proses fermentasi bioetanol. Semakin

besar energi panas yang mengalir pada

dinding fermentor, semakin cepat proses fermentasi boietanol.

Proses Fermentasi Di Dalam Ruangan

Pada proses fermentasi pertama

dilakukan di dalam ruangan. Suhu di dalam

fermentor 240C, suhu di dalam ruangan

300C. Proses fermentasi ini berlangsung

selama 2 minggu. Proses fermentasi

dilakukan tiap variabel waktu fermentasi

yaitu 48; 96; 144; 192; 240; 288; 336 jam.

Berikut tabel hasil proses fermentasi pada

berbagai variabel waktu.

Setelah diamati dari tabel 4.1 proses

fermentasi di dalam ruangan baru diketahui

kadar alkohol setelah 2 minggu proses

fermentasi. Kadar alkoholnya menghasilkan

9 % alkohol.

Proses Fermentasi Di Luar Ruangan

Pada proses fermentasi kedua

dilakukan di luar ruangan. Suhu di dalam

fermentor 300C, suhu di luar ruangan 39

0C.

Pada proses fermentasi tahap kedua lebih

cepat dibandingkan proses fermentasi tahap

pertama. Proses tahap kedua ini berlangsung

selama 1 minggu. Pada proses fermentasi

yang kedua sama seperti proses fermentasi

yang pertama dilakukan tiap variabel waktu

fermentasi yaitu 24; 48; 72; 96; 120; 144;

168 jam. Berikut tabel hasil proses

fermentasi tahap kedua pada berbagai

variabel waktu.

Di tabel 4.2 ini proses fermentasi di

lakukan di luar ruangan. Hasil fermentasi di

luar ruangan ternyata lebih cepat

dibandingkan di dalam ruangan. Untuk

menghasilkan kadar alkoholnya 9 % hanya

membutuhkan waktu selama 1 minggu. Jadi

proses fermentasi di luar ruangan lebih cepat

dibandingkan di dalam ruangan. Sudah bisa

di ukur kadar alkohol dengan menggunakan

alkoholometer.

Analisa Perhitungan Perpindahan Panas

Di Tabung Fermentor

Dalam proses fermentasi ini tabung

fermentor bagian dalam di hitung suhunya

berapa 0C dengan mengggunakan persamaan

2.1 perpindahan panas konduksi.

Berikut adalah perhitungan

perpindahan panas secara konduksi dan

konveksi pada tabung fermentor. Di bawah

ini contoh gambar perhitungan tabung

fermentor.

Gambar 4.1 Sketsa tabung fermentor

Perhitungan Temperatur Pada Proses

Fermentasi Di dalam Ruangan

Di bawah ini menjelaskan tentang

perhitungan perpindahan panas pada tabung

fermentor secara konduksi dan konveksi

pada proses fermentasi di luar ruangan.

1. Perhitungan perpindahan panas

secara konduksi

Diketahui : T1 = 30 0C

T2 = 28.6 0C ( Di asumsikan )

T3 = 24 0C

k = 0.048 w/m0C

A = 2 πrt

= 2 x 3.14 x 0.2 m x

0.66 m

= 0.82896 m2

dx = 3 mm = 0.003 m

T1 – T3 :

q = - kA dT

dX

= 0.048 w/m0C x

0.82896 m2 x

30 0C – 24 0C

0.003 m

= 79.6 W

T1 – T2 :

q = - kA dT

dX

= 0.048 w/m0C x

0.82896 m2 x

30 ℃ − 28.7 ℃

0.003 m

= 17.2 W

Dari hasil perhitungan di atas dapat

kita lihat bahwa suhu yang mengalir dari T1

– T3 sebesar 79.6 w, sedangkan dari T1 – T2

sebesar 18.5 w.

2. Perhitungan perpindahan panas

secara konveksi.

Di bawah ini menghitung bagian

dalam dinding fermentor dengan

menggunakan persamaan 2.2 perpindahan

panas secara konveksi.

Diketahui : h = 5.05 w/m2 0

C Pr (

Prandtl ) = 2.95 x 10-3

A = 0.82896 m2

Gr (

Grashof ) = 4 x 108

T2 = 28.6 0C k

Cairan = 0.50319 w/m2

0C

T3 = 24 0C

- Untuk mencari nilai h mnggunakan

rumus nussel yaitu :

* Nux = ℎ𝑥 . 𝑘

𝑥

Nux = 0.508 Pr1/2

(0.952 + Pr)-1/4

Gr1/4

= 0.508 x (2.95 x 10-3

)1/2

x

(0.952 + 2.95 x 10-3

)-1/4

4 x 108

= 0.508 x (0.05) x (1.01)

(141.4)

Nux = 3.62

* hx = 𝑁𝑢𝑥 . 𝑘

𝑥

= 3.62 𝑥 0.50319 𝑤/m0C

0.36 m

= 1.82 w/m℃

0.36 m

= 5.05 w/m2 0C

Setelah menghitung nilai h dengan

menggunakan rumus nusselt. Nilai h

mempunyai nilai sebesar 5.05 w/m2 0C. Di

bawah ini menghitung nilai T2 – T3 dengan

menggunakan rumus perpindahan panas

secara konveksi.

T2 – T3 :

q = h A (ΔT)

= 5.05 w/m2

0C x

0.82896 m2 x (28.7

0C – 24

0C)

= 4.18 w x 4.6

= 19.6 W

Berikut adalah tabel hasil perhitungan

perpindahan panas secara konduksi dan

konveksi pada dinding tabung fermentor :

Setelah diamati melalui perhitungan

untuk nilai T2, temperatur yg mengalir untuk

T2 adalah 28.56 0C. Nilai ini didapatkan dari

hasil perhitungan secara konduksi dan

konveksi. Diantara angka-angka yang

terdapat di tabel 4.3 angka yang paling

mendekati antara nilai konduksi dan

konveksi adalah 28.56 0C. Jadi arus yang

mengalir dari T3-T2 sebesar 28.56 0C.

Perhitungan Temperatur Pada Proses

Fermentasi Di Luar Ruangan

Di bawah ini menjelaskan tentang

perhitungan perpindahan panas pada tabung

fermentor secara konduksi dan konveksi

pada proses fermentasi di luar ruangan.

1. Perhitungan perpindahan panas

secara konduksi

Diketahui : T1 = 39 0C

T2 = 37 0C ( Di

asumsikan )

T3 = 30 0C

k = 0.048 w/m0C

A = 2 πrt

= 2 x 3.14 x 0.2 m x

0.66 m

= 0.82896 m2

dx = 3 mm = 0.003 m

T1 – T3 :

q = - kA dT

dX

= 0.048 w/m0C x

0.82896 m2 x

39 0C – 300C

0.003 m

= 119.4 W

T1 – T2 :

q = - kA dT

dX

= 0.048 w/m0C x

0.82896 m2 x

39 ℃ − 37 ℃

0.003 m

= 26.5 W

Dari hasil perhitungan di atas dapat

kita lihat bahwa suhu yang mengalir dari T1

– T3 sebesar 119.4 w, sedangkan dari T1 – T2

sebesar 26.5 w.

2. Perhitungan perpindahan panas

secara konveksi.

Di bawah ini menghitung bagian

dalam dinding fermentor dengan

menggunakan persamaan 2.2 perpindahan

panas secara konveksi.

Diketahui : h = 5.05 w/m2 0

C Pr (

Prandtl ) = 2.95 x 10-3

A = 0.82896 m2

Gr (

Grashof ) = 4 x 108

T2 = 37 0C k

Cairan = 0.50319 w/m2 0C

T3 = 30 0C

- Untuk mencari nilai h mnggunakan

rumus nussel yaitu :

* Nux = ℎ𝑥 . 𝑘

𝑥

Nux = 0.508 Pr1/2

(0.952 + Pr)-1/4

Gr1/4

= 0.508 x (2.95 x 10-3

)1/2

x

(0.952 + 2.95 x 10-3

)-1/4

4 x 108

= 0.508 x (0.05) x (1.01)

(141.4)

Nux = 3.62

* hx = 𝑁𝑢𝑥 . 𝑘

𝑥

= 3.62 𝑥 0.50319 𝑤/m0C

0.36 m

= 1.82 w/m℃

0.36 m

= 5.05 w/m2 0C

Setelah menghitung nilai h dengan

menggunakan rumus nusselt. Nilai h

mempunyai nilai sebesar 5.05 w/m2

0C. Di

bawah ini menghitung nilai T2 – T3 dengan

menggunakan rumus perpindahan panas

secara konveksi.

T2 – T3 :

q = h A (ΔT)

= 5.05 w/m2

0C x

0.82896 m2 x (37

0C – 30

0C)

= 4.18 w x 7

= 29.3 W

Berikut adalah tabel hasil perhitungan

perpindahan panas secara konduksi dan

konveksi pada dinding tabung fermentor :

Setelah diamati melalui perhitungan

untuk nilai T2, temperatur yang mengalir

untuk T2 adalah 36.85 0C. Nilai ini

didapatkan dari hasil perhitungan secara

konduksi dan konveksi. Diantara angka-

angka yang terdapat di tabel 4.4 angka yang

paling mendekati antara nilai konduksi dan

konveksi adalah 36.85 0C. Jadi arus yang

mengalir dari T3-T2 sebesar 36.85 0C.

Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian pengaruh

temperatur terhadap proses fermentasi

pembuatan bioetanol, maka dapat diambil

beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Proses fermentasi dilakukan di luar

ruangan lebih cepat dibandingkan di

dalam ruangan. Sudah bisa di ukur

kadar alkoholnya dengan

menggunakan alkoholometer.

2. Hasil fermentasi bioetanol dari gula

pasir dilakukan di luar ruangan

membutuhkan waktu selama 1

minggu dan menghasilkan 9 %

alkohol, sedangkan di dalam ruangan

membutuhkan waktu yang lebih

lama untuk menghasilkan 9 %

alkohol yaitu selama 2 minggu.

3. Dalam proses fermentasi temperatur

sangat berpengaruh, jika

temperaturnya rendah maka proses

fermentasi akan berjalan lebih lama,

sebaliknya jika dalam proses

fermentasi temperaturnya tinggi

maka proses fermentasi akan lebih

cepat prosesnya dan bisa diketahui

kadar alkoholnya berapa %.

4. Berdasarkan hasil perhitungan

perpindahan panas di dinding tabung

fermentor secara konduksi dan

konveksi pada proses fermentasi di

dalam ruangan nilainya sebesar

28.56 0C, sedangkan proses

fermentasi di luar ruangan sebesar

36.85 0C. Dari hasil perhitungan

menyatakan bahwa proses

perpindahan panas pada proses

fermentasi di luar ruangan lebih

besar dibandingkan di dalam

ruangan.

Saran

Berdasarkan penelitian yang telah

dilakukan, maka dapat disampaikan

beberapa saran, baik untuk para pembaca,

maupun untuk pengembangan penelitian di

masa yang akan datang.

1. Dalam pembuatan tabung fermentor

harus diperhatikan. Fermentor harus

dibuat hampa udara tidak ada udara

yang masuk sedikitpun ke dalam

tabung fermentor, jika masih ada

udara yang masuk ke dalam tabung

fermentor akan mempengaruhi hasil

proses fermentasi tersebut.

2. Pada penelitian yang telah dilakukan,

pengambilan sempel cairan bioetanol

harus dilakukan setiap hari untuk

mengecek apakah cairan tersebut

sudah diketahui kadar alkoholnya

apa belum, jika sudah ada kadar

alkoholnya proses fermentansi telah

selesai dilakukan.

[1] http;//www.biotek.lipi.co.id.,2010.

Etanol Bahan Bakar Masa Depan.

[2] Dhewanto, Wawan, (21 September

2008),”Bioetanol dan Swasembada

Energi”, Harian Bisnis Indonesia,

Jakarta.

[3] http://www.ristek.co.id., 2010.

[4] Nurdiyastuti,I.,2008. Prospek

Pengembangan Biofuel Sebagai

Substitusi Bahan Bakar Minyak.

http://www.sinarharapan.com

[5] Perry, Jhon H.(Ed). 1999. Perry’s

Chemical Engeneers’ Handbook. Edisi

ketujuh, Mc Graw-Hand Book

Company, New York.

[6] http://ilmy.blog.com/2010/10/01/23/fe

rmentor/.

[7] Wasito, 2005. Proses Pembuatan

Etanol,

http://www.suaramerdeka.co.id

[8] Winarno, F. G.dan D. Ferdiaz, 1990.

Biofermentasi dan Biosintesa Protein.

Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.

[9] Winarno, F. G., S. Fardiaz, 1980.

Pengantar Teknologi Pangan.

Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.

[10] Masyitnah, Zuhrina dan Haryanto,

Bode. Buku Ajar Perpindahan Panas.

Departemen Teknik Kimia Fakultas

Teknik. Universitas sumatra Utara.

Medan 2006.

[11] Jasfi E. 1984. Terjemahan :

Perpindahan Kalor Edisi Kelima.

Southem Methodis University.

Penerbit Erlangga.

[12] Yudiarto M. Arif dan Adiyoso

Himawan. Bioetanol Untuk Industri

dan Bahan Bakar. Pelatihan Produksi

Bioetanol Industri Majalah Trubus.