PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT EKSTRAKSI TEBU SERTA APLIKASINYA DALAM PROSES PENGOLAHAN BIOETANOL ABDUL ROCHMAN / 20406002 Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin ABSTRAKSI Mesin ekstraksi (Ekstraktor) ini, merupakan alat untuk membantu dalam mempermudah proses pemisahan air tebu dari batang tebu yang akan digunakan sebagai bahan dalam pembuatan bioetanol pada proses fermentasi yang akan dilakukan. Selain air tebu, diperlukan pula bahan-bahan seperti urea, npk, ragi, air sebagai campuran proses fermentasi. Proses fermentasi adalah proses untuk mengubah glukosa menjadi etanol dengan menggunakan yeast (ragi). Pada penelitian ini dilakukan proses pembuatan mesin ekstraksi (ekstraktor) sebagai tahap awal pengambilan (pemeras) air tebu fermentasi bioetanol dengan menggunakan tabung fermentor. Peroses fermentasi ini membutuhkan waktu hingga 840 jam untuk mendapatkan 9% kadar alkohol. Di tabung fermentor ditancapkan termometer yang berfungsi untuk mengetahui suhu di dalam tabung fermentor. Perhitungan perpindahan panas menggunakan rumus secara konduksi dan konveksi. Suhu yang mengalir pada dinding bagian dalam tabung fermentor sebesar 25.85 0C. Proses fermentasi dilakukan selama 35 hari. Dalam proses fermentasi ini di lihat kadar alkoholnya dengan menggunakan alkoholmeter. Dari hasil pengamatan yang dilakukan , proses fermentasi selama 35 hari diketahui kadar alkoholnya sebesar 9 %. Semakin panas suhu udara semakin cepat proses fermentasinya.
Perancangan dan pembuatan Mesin Ekstraksi (Ekstraktor), air tebu, Fermentasi, Menghitung Kadar Alkohol
Pada umumnya, etanol yang digunakan selama ini diperoleh dari minyak bumi yang merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Kelangkaan Bahan Bakar Minyak (BBM) terjadi karena bahan baku yang berasal dari fosil sudah mulai habis. Pengguanaan atas BBM yang semakin meningkat mengakibatkan berkurangnya sumber bahan bakar minyak di Indonesia. Pemerintah melakukan penghematan energi dan mencari sumber-sumber energi baru untuk menggantikan minyak bumi serta mengurangi subsidi atas BBM. Untuk mengurangi konsumsi BBM jenis bensin, dapat dilakukan dengan menambahkan 10% bioetanol. [1] Bioetanol adalah etanol yang berasal dari sumber hayati. Bioetanol
PENDAHULUAN Dewasa ini perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi semakin pesat sehingga menjadikannya peranan yang sangat penting dalam setiap aspek kehidupan, khususnya dalam bidang industri. Salah satu kemajuan teknologi dalam bidang industri adalah etanol. Etanol atau lebih dikenal dengan alkohol mempunyai rumus kimia C2H5OH. Etanol sudah ditemukan sejak ratusan tahun lalu yakni pada proses peragian gula menjadi arak (minuman keras). Pada saat ini etanol banyak digunakan sebagai bahan kosmetik, obat-obatan, pembuatan karet sintetis bahkan sebagai bahan bakar motor.
1
bersumber dari gula sederhana, pati dan selulosa. Setelah melalui proses fermentasi dihasilkan etanol. Etanol adalah senyawa organik yang terdiri dari karbon, hydrogen, dan oksigen, sehingga dapat dilihat sebagai turunan senyawa hidrokarbon yang mempunyai gugus hidroksil dengan rumus C2H5OH. [2] . Bioetanol mudah diproduksi dari bahan bergula, berpati dan berserat. Salah satu bahan bergula yang berpotensi untuk pembuatan etanol yaitu air tebu, mengingat air tebu sangat mudah diperoleh. Teknolgi pembuatan bioetanol dari air tebu 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 air tebu melalui proses fermentasi yang berkualitas baik dan ramah lingkungan. Pembuatan bioetanol dari air tebu di buat melalui proses fermentasi. Fermentasi bioetanol merupakan proses pembuatan etanol dengan memanfaatkan aktivitas yeast proses fermentasi etanol ini dilakukan secara anaerob, yaitu mengubah glukosa menjadi alkohol tanpa adanya oksigen. [3]
Alat/mesin ekstraktor dengan pelarut Didalam ekstraktor digunakan bahan pelarut menguap yang berfungsi sebagai bahan ekstraktor, pada dasarnya bahan yang akan diekstraksi dicampur dengan bahan pelarut menguap. Cara kerja mesin ekstraktor dengan pelarut Bahan yang akan diekstraksi dihaluskan terlebih dahulu dengan jalan digiling, kemudian bahan yang telah halus itu dipanasi dengan uap panas, dan dilunakkan dengan gilling pelunak hingga berupa bubur. Bahan berupa bubur tersebut, dialirkan melalui alat pengangkut dan dimasukkan kedalam tangki ekstraktor melalui lubang pemasukkan dan ditampung dalam ember-ember ekstraktor. Ember-ember ekstraktor kemudian berputar karna putaran dua buah roda pemutar.setelah ember ekstraktor yang berisi bahan yang berupa bubur tersebut sampai kedepan lubang pemasukan bahan dasar pelarut menguap, maka ember tersebut akan terisi oleh bahan pelarut menguap, dengan demikian mulailah berlangsung proses ekstraksi pada bahan didalam ember tersebut. Selanjutnya ember-ember ekstraktor yang sudah berisi bubur bahan dan bahan pelarut menguap terus berputar. Pada waktu ember berada pada posisi teratas dari rangkaian ember-ember ekstraktor, bahan yang telah dicampur dengan pelarut menguap tersebut, dan ditampung dalam alat penampung yang sekaligus berfungsi sebagai memisahkan ampas bahan.
STUDI PUSTAKA Ekstraktor
Ekstraktor adalah alat pemeras, (pemisah zat kandungan cair dari bahan padat yang mengandung sari). Pada penelitian ini digunakan sebagai pemisah zat cair pada batang tebu dimana peroses tersebut juga dinamakan ekstraksi.[4]
Jenis-Jenis Ekstraktor Terdapat 2 (dua) jenis alat ekstraktor dalam proses pemisahan kandungan yang dapat larut sehingga terpisah dari bahan yang tidak dapat larut dengan pelarut cair. [4] 2
Ampas bahan selanjutnya dikeluarkan dari dalam tangki untuk diperoses lebih lanjut, dipisahkan bahan pelarut penguapannya yang terbawa ketempat penampungan bahan pelarut penguap untuk digunakan dalam proses ekstraksi berikutnya bila diperlukan.
Syarat Ekstraktor Mesin dapat dioprasikan dengan mudah. Pemerasan (proses ekstraksi) maksimal. Meningkatkan kinerja untuk proses ekstraksi Proses rancangan yang sederhana. Bahan rancang alat tidak mudah karat.
Ekstraktor mekanik Mesin ekstraksi yang digerakkan tanpa menggunakan bahan pelarut menguap, dan hanya dijalankan dengan proses mekanik, banyak macam pada proses pengekstraksian mekanik ini. Seperti (press ulir, press hidrolik dan alat pemeras buah).[4] Cara kerja alat/mesin ekstraktor press mekanik Hubungkan sumbu alat press dengan rantai/pully dari motor listrik penggerak. Hidupkan motor penggerak. Memasukkan bahan yang akan diekstraksi melalui lubang /celah pengepresan pipa (rooler) pada mesin ekstraksi. Setelah bahan yang akan diekstraksi dimasukkan maka secara otomatis akan terkoyakkoyak hingga cairan bahan akan terpisah dari batang tebu.
Konstruksi Ekstraktor Bagian rangka yang harus kokoh untuk mengimbangi getaran yang ditimbulkan dari mesin penggerak. Membuat mesin tersebut tidak mudah karat dikarnakan bahan yang akan dihasilkan cair, terutama pada bagian yang sangat berpengaruh yaitu pada pipa roll ( press ). Bahan rangka yang kokoh dari besi siku.[4] Ekstraksi Ekstraksi adalah kegiatanpenarikan (pemisahan) kandungan yang dapat larut sehingga terpisah dari bahan yang tidak dapat larut dengan pelarut cair. Ekstraksi merupakan salah satu langkah untuk mendapatkan senyawa dari sistem campuran. Berdasarkan fasanya, ekstraksi dikelompokkan menjadi ekstraksi cair-cair dan padat cair. Ekstraksi cair-cair dilakukan untuk mendapatkan senyawa dalam campuran berfasa cair dengan pelarut lain yang fasanya cair juga. Prinsip dasar pemisahan ini adalah pemisahan senyawa yang memiliki perbedaan kelarutan pada dua 3
berguna, dimana terjadi pemecahan karbohidrat dan asam amino secara anaerob. Peruraian dari kompleks menjadi sederhana dengan bantuan mikroorganisme sehingga menghasilkan energi. 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 810% 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
pelarut yang berbeda. Alat yang digunakan adalah corong pisah. Ekstraksi padat cair dilakukan bila ingin memisahkan suatu komponen dalam suatu padatan dengan menggunakan suatu pelarut cair. Alat yang digunakan adalah ekstraktor soxhlet. Misalnya untuk mengestrak minyak non-atsiri (senyawa yang terdapat pada bahan alam yang tidak mudah menguap).[5] Tebu
Tebu (bahasa Inggris: sugar cane) adalah tanaman yang ditanam untuk bahan baku gula dan vetsin. Tanaman ini hanya dapat tumbuh di daerah beriklim tropis. Tanaman ini termasuk jenis rumputrumputan. Umur tanaman sejak ditanam sampai bisa dipanen mencapai kurang lebih 1 tahun. Di Indonesia tebu banyak dibudidayakan di pulau Jawa dan Sumatra.
Untuk pembuatan gula, batang tebu yang sudah dipanen diperas dengan mesin pemeras (mesin press) di pabrik gula. Sesudah itu, nira atau air perasan tebu tersebut disaring, dimasak, dan diputihkan sehingga menjadi gula pasir yang kita kenal. Dari proses pembuatan tebu tersebut akan dihasilkan gula 5%, ampas tebu 90% dan sisanya berupa tetes (molasse) dan air.
Daun tebu yang kering (dalam bahasa Jawa, dadhok) adalah biomassa yang mempunyai nilai kalori cukup tinggi. Ibuibu di pedesaan sering memakai dadhok itu sebagai bahan bakar untuk memasak, selain menghemat minyak tanah yang makin mahal, bahan bakar ini juga cepat panas.
Dalam konversi energi pabrik gula, daun tebu dan juga ampas batang tebu digunakan untuk bahan bakar boiler, yang uapnya digunakan untuk proses produksi dan pembangkit listrik. [6]
Fermentasi Fermentasi merupakan proses mikrobiologi yang dikendalikan oleh manusia untuk memperoleh produk yang 4
temperatur pengukuran adalah 27,5 0C dan kadarnya 95,5 %.[7]
berasa tapi memiliki bau yang khas,bahan ini dapat memabukkan jika diminum. Dalam kimia, etanol adalah pelarut yang penting sekaligus sebagai stok umpan untuk sintesis senyawa kimia lainnya. Dalam sejarahnya etanol telah lama digunakan sebagai bahan bakar.
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.[7] Untuk memperoleh hasil fermentasi yang optimum, persyaratan untuk pertumbuhan ragi harus diperhatikan, yaitu : [7] pH dan kadar karbohidrat dari subtrat Temperatur selama fermentasi Kemurnian dari ragi itu sendiri
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. [7]
Etanol Etanol, adalah sejenis cairan yang mudah menguap, mudah terbakar, tak berwarna, dan merupakan alkohol yang paling sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Senyawa ini merupakan obat dapat ditemukan psikoaktif dan pada minuman beralkohol dan termometer modern. Etanol adalah salah satu obat rekreasi yang paling tua. Fermentasi gula (air tebu) menjadi etanol merupakan salah satu reaksi organik paling awal yang pernah dilakukan manusia. Efek dari konsumsi etanol yang memabukkan juga telah diketahui sejak dulu. Pada zaman modern, etanol yang ditujukan untuk kegunaan industri dihasilkan dari produk sampingan pengilangan minyak bumi.
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
Etanol banyak digunakan sebagai pelarut berbagai bahan-bahan kimia yang ditujukan untuk konsumsi dan kegunaan manusia dikarnakan sifatnya yang tidak beracun. Contohnya adalah pada parfum, perasa, pewarna makanan, dan obatobatan,etanol tidak berwarna dan tidak 5
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.[7]
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 2.1.4 Berat Molekul Titik Lebur Titik Didih Densitas Indeks Bias Viskositas 20 0C Panas Penguapan Tidak Berwarna Larut Dalam Air dan Eter Memiliki Bau Khas
Manfaat Etanol Manfaat etanol dalam dunia industri yaitu: Untuk membuat minuman keras seperti bir dan lain-lain yang bersifat beralkohol. Sebagai obat antiseptik pada luka dengan kadar 70%. Untuk membuat barang industri misalnya zat warna, parfum, essence buatan dan lainnya. Untuk kepentingan industri dan sebagai pelarut bahan bakar ataupun diolah kembali menjadi bahan lain. Untuk kepentingan lain dan alkohol. [7]
46.07 gr/grmol -112 0C 78.4 0C 0.7893 gr/ml 1.36143 cP 1.17 cP 200.6 kal/gr
Sifat-Sifat Kimia Etanol Etanol selain memiliki sifat-sifat fisika juga memiliki sifat-sifat kimia. Sifat-sifat kimia tersebut adalah ; Merupakan pelarut yang baik untuk senyawa organik Mudah menguap dan mudah terbakar Bila direaksikan dengan asam halida akan membentuk alkil halida dan air + HC=CH CH3CH2OH CH3CH2OCH= CH2 + H2O Bila direaksikan dengan asam karboksilat akan membentuk ester dan air + CH3COOH CH3CH2OH CH3COOCH2CH3 + H2O Dehidrogenasi etanol menghasilkan asetaldehid. Mudah terbakar di udara sehingga menghasilkan lidah api (flame) yang berwarna biru muda dan transparan dan membentuk H2O dan CO2. [8]
Syarat Mutu Etanol (SNI 06-35651994) Didalam perdagangan dikenal etanol menurut kualitasnya yaitu : Alkohol teknis (95,6o GI) terutama digunakan untuk kepentingan industri dan sebagai pelarut bahan bakar Alkohol murni (96-96,5o GI) alkohol yang lebih murni, digunakan terutama untuk kepentingan farmasi, minuman keras dan alkohol. Spritus (88o GI) bahan ini merupakan alkohol terdenaturasi dan diberi warna umumnya digunakan untuk pemanasan dan penerangan. Alkohol absolut atau alkohol adhidra (99,5 – 99,8o GI) tidak mengandung air sama sekali. Digunakan untuk kepentingan farmasi dan untuk bahan bakar [7] kendaraan.
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
6
menghasilkan biomassa, menghasilkan enzim, menghasilkan metabolit dsb.[9]
Syarat fermentor Tangki dapat dioperasikan secara aseptik, agitasi dan aerasi. Energi pengoperasian serendah mungkin. Temperatur harus terkontrol. Kontrol pH. Tempat pengambilan sampel. Penguapan berlebihan dihindari. Tangki didesain untuk meminimalkan tenaga kerja pemanenan, pembersihan dan perawatan. Peralatan general: permukaan bagian dalam halus, dihindari banyak sambungan, murah.[9]
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 .
Konstruksi Fermentor Bahan fermentor tahan karat untuk mencegah kontaminasi logam/ion selama proses. Bahan fermentor harus tidak beracun dan tidak mudah terlarut, sehingga tidak menghambat pertumbuhan mikrobia. Bahan fermentor harus kuat untuk sterilisasi berulang kali pada tekanan uap tinggi. Sistem stirer dari fermentor dan lubang pemasukannya cukup, sehingga tidak mengalami stress mekanik akibat terlampau rapat. Pemeriksaan secara visual dari medium & kultur harus tersedia, dibuat dari bahan transparan. [9] 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.
7
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.
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. [10] Rumus Perpindahan Panas Konduksi Dinyatakan Dengan Rumus :
q = - kA 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)
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
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 8
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. [10] Rumus Perpindahan Panas Konveksi Dinyatakan Dengan Rumus :
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. BAHAN DAN PERCOBAAN Perancangan Mesin Ekstraksi Dalam perancangan mesin ekstraksi (ekstraktor) ini dibuat karena adanya kebutuhan untuk memisahkan kandungan air tebu dari batang tebu tersebut, dimana pada percobaan pengolahan bioetanol ini memakai bahan air tebu untuk difermentasikan. Pembuatan mesin ekstraksi (ekstraktor) ini dirancang untuk memudahkan penggunanya dalam mengoprasikan mesin ekstraksi (ekstraktor) tebu, sehingga dapat memisahkan kandungan air tebu dari batang tebu tersebut dengan maksimal. Rancang Bangun (Ekstraktor)
q = h A (∆T)
Rangka Penyanggah
Dengan : q= Laju perpindahan panas konveksi (w) h= Koefisien perpindahan panas konveksi (w/m2 0C) A= Luas penampang (m2) ∆T= Perubahan atau perbedaan suhu (0C; 0 F)
9
Mesin
Ekstraksi
Dimana : Pd = daya rencana (kW) P = daya rata- rata fc = faktor koreksi (1,0 – 1,5 untuk daya normal) Jika momen puntir (disebut juga sebagai momen rencana) adalah torsi maka (T / 1000)(2πn / 60) Pd = 102 Sehingga, Pd T1 = 9,74 × 105 n1 Dimana : T = torsi (kg mm) n = putaran
Tiang penompang pipa penghancur batang
Pipa penghancur batang tebu
Perhitungan Perencanaan Dalam perhitungan pada mesin ekstraksi (ekstraktor), dihitung untuk mengetahui daya rencana pada motor pada persamaan 3.1, angka transmisi, dan menghitung momen puntir (torsi) pada persamaan 3.3. Diketahui : 1HP = 0,746 kW P = 1,5 HP = 1,119 kW
Rancangan mesin ekstraksi (ekstraktor)
n1
= 3600 rpm
i
= 35:14 = 2.5
fc = 1,2 (untuk penggerak arus bolak- balik dengan momen normal dan jumlah jam kerja 2 – 3 jam per hari) Perhitungan rencana daya pada motor Pd = fc x P = 1,2 x 1,119 kW = 1,343 kW
Spesifikasi motor penggerak Diketahui dari data yang telah ada pada spesifikasi motor penggerak yang digunakan.
Perhitungan angka transmisi Perencanaan Daya Rencana dan Torsi Jika P adalah daya rata- rata yang diperlukan maka harus dibagi dengan efisiensi mekanis ࣁ dari sistem transmisi untuk mendapatkan daya penggerak mula yang diperlukan.
i=
n1 n2 n1 i 3600rpm = = 1440 rpm 2 .5
n2 =
Pd=fc x P 10
Perhitungan rencana momen puntir (torsi) Pd T1 = 9,74 × 105 n1
juga menyiapkan pipa (rooler) yang sudah dipotong dengan ukuran 20 cm sebanyak dua buah dan membubutnya sesuai dengan yang sudah direncanakan, selanjutnya memasang batang AS pada poros pipa tersebut juga mengelasnya, setelah proses 1,343 kW = 363,36 kg .mm = 9,74 × 105 bubut selesai dan AS sudah terpasang 3600 rpm center pada poros pipa, kemudian memasang plat boardest pada permukaan atas bagian rangka yang telah dibuat, 5 Pd pengeboran dilakukan sesuai dengan T2 = 9,74 × 10 n1 rancangan yang sudah direncanakan, tahap berikutnya memasang pipa rooler yang 1,343 kW = 908,39sudah = 9,74 × 105 kg.mm diberi AS dan terpasang pada klaher 1440 rpm juga per pada tiang penyangga dan mengguncinya dengan baut keseluruhan pada lubang-lubang yang telah dibor, AS yang sudah terhubung pada pipa (rooler) Pembuatan Mesin Ekstraksi dipasangkan gear (berdiameter lebih besar) (Ekstraktor) pada sisi ujung AS yang terletak di luar Dalam pembuatan mesin ekstraksi dari tiang penyangga, dan kemudian (ekstraktor) terdapat bahan-bahan yang proses selanjutnya adalah pemasangan digunakan dalam proses pengerjaannya. motor penggerak yang mana motor bahan-bahan yang digunakan dalam penggerak tersebut sudah diberi gear proses penelitian dan percobaan (berdiameter lebih kecil), pada fermentasi ini yaitu pembuatan ekstraktor pemasangan motor penggerak diperlukan (pemisah cairan pada tebu), ekstraktor penyesuaian agar tinggi juga jarak gear yang dibuat berfungsi sebagai pemisah yang sudah terpasang pada motor juga AS cairan tebu dari batang tebu tersebut pada pipa (rooler) center, dan selanjutnya hingga mendapatkan air tebu sebagai pemasangan rantai pada gear yang bahan utama pada peroses penelitian. terpasang juga akan center dan dapat menghantarkan daya yang dikeluarkan motor penggerak berjalan lancar untuk selanjutnya menggerakkan pipa (rooler) dengan lancar pula. Pada proses awal dari penelitian ini terlebih dahulu difokuskan untuk membuat ekstraktor. untuk membuat ekstraktor tersebut, membutuhkan bahan-bahan yang diperlukan, adapun bahan dan fungsinya seperti; Pembuatan mesin ekstraktor mulamula membuat kaki-kaki penyanggah Besi siku terlebih dahulu dari bahan besi siku. Besi Besi siku digunakan untuk siku dipotong dan dilas dengan panjang 50 membuat kedudukan (rangka bawah) pada cm, lebar 40 cm dan tinggi 60 cm. setelah alat ekstraktor yang akan dibuat. peroses pengelasan kaki-kaki penyanggah selesai, selanjutnya mengukur tiang sebagai tempat rumah klaher
11
putar penggerak.
Untuk ukuran besi siku tersebut tanpa ditambah penompang mesin motor penggerak adalah; Panjang : 50 Cm Lebar : 40 Cm Tinggi : 60 Cm
(klaher) dan gear juga motor
Bearing dan rumah bearing (bantalan) Bearing pada mesin ekstraktor berfungsi sebagai penompang besi AS yang terdapat pada poros pipa (Roller), agar AS tidak mudah aus. untuk meletakkan bearing (bantalan) pada rangka yang terbuat dari siku maka menggunakan rumah bearing sedangkan untuk ukuran diameter bearing disesuaikan dengan ukuran AS nya.
Untuk ukuran lebar besi siku setelah ditambah kaki-kaki yang berfungsi sebagai penompang mesin (motor penggerak) adalah; Panjang : 50 Cm Lebar : 70 Cm Tinggi : 60 Cm
Gear Dan Rantai Berfungsi sebagai penghubung dari motor penggerak ke AS, maka digunakan 2 buah Gear yang berbeda ukuran, juga sebuah rantai yang berfungsi untuk menghubungkan gear pada motor penggerak dengan gear pada AS yang terhubung di pipa rooler.
Pipa (Roller) dan AS Bahan tersebut diperlukan sebagai penghancur secara langsung pada batang tebu yang akan diambil airnya. Pipa yang digunakan memakai ukuran 3in dengan ketebalan kurang lebih 5 mm, berbahan stainlis agar pipa roller tersebut tidak mudah karat ini dikarnakan pipa (rooler) tersebut akan terlalu sering langsung tekena air tebu pada saat proses ekstraksi . Selanjutnya pipa di bubut untuk dimodifikasi, tujuannya agar tebu yang akan di ekstraksi lebih mudah hancur. Sedangkan AS dipasang sebagai penghubung pipa roller tersebut keroda
Plat boardeast Pemasangan plat boardeast ini bertujuan sebagai tatakan untuk menyimpan wadah air tebu yang sudah 12
diekstraksi, ukurannya pun menyesuaikan pada rangka panjang 50cm dan lebar 40cm Per Per berfungsi sebagai pengatur jarak naik turunnya antara kedua celah pipa untuk mempermudah proses awal penghancuran dari batang tebu kepipa (rooler) penghancur yang ada pada bagian mesin ekstraksi, dengan adanya per tersebut maka kita dapat menyesuaikan jarak celah pipa dengan diameter batang tebu yang akan di ekstraksi.
Percobaan Pembuatan Bioetanol Dari Ekstrak Tebu Percobaan dalam pembuatan bioetanol dari ekstrak tebu ini dilakukan setelah bahan-bahan dan alat yang diperlukan sudah lengkap dan dianggap siap untuk memulai proses fermentasi. Tabung Fermentor Tabung fermentor ini digunakan untuk proses fermentasi bioetanol. Dibawah ini adalah gambar tabung fermentor, lampu sebagai sumber panas untuk malam hari.
Baut 17 Baut berfungsi sebagai pengikat untuk menahan dua obyek bersama, pada mesin ekstraktor ini menggunakan baut dengan ukuran 17 agar lebih kokoh.
Motor pengerak Pemakaina motor penggerak adalah sebagai sumber tenaga yang digunakan untuk menggerakkan atau menjalankan konstruksi mesin pipa (rooler) dengan batang AS pada poros pipa yang telah dihubungkan dengan gear dan rantai ke motor penggerak tersebut, motor dapat dibagi dalam beberapa klasifikasi seperti motor listrik, motor bensin, motor diesel, dan jenis mesin penggerak lainnya. Seperti dalam hal pengekstrak tebu, tenaga atau daya yang digunakan untuk mengekstraksi tebu ini berasal dari motor penggerak seperti motor bensin.
Bahan Percobaan Pembuatan Bioetanol Dari Ekstrak Tebu Pada saat percobaan bahan-bahan yang digunakan untuk pembuatan bioetanol yaitu Air Tebu, urea, npk, ragi, dan air. Dalam proses uji coba dibutuhkan tabung atau ruang kedap udara agar terjadi proses fermentasi, alat untuk melakukan uji coba disebut juga dengan tabung fermentor. Perhitungan dasar pembuatan bioetanol Massa air tebu : 4 kg Kadar air tebu dalam larutan : 15% 13
proses fermentasi. Berikut adalah gambar termometer untuk mengukur suhu udara.
Volume dalam larutan : 2/0.15 = 13.4 liter Jumlah air : 13.4 – 2 = 11.4 liter air Jumlah alcohol : 0.511 x 2 x 0.85 = 0.8687 kg Bahan-bahan pembuatan bioetanol Air Tebu : 4 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
Alkoholometer Alkoholometer berfungsi untuk mengukur kadar alkohol setelah proses fermentasi selesai dilakukan. Berikut adalah gambar alkoholometer.
Berikut adalah komposisi hasil perhitungan dasar dan bahan-bahan pembuatan bioetanol dari hasil perhitungan diatas. Komposisi bahanbahan tersebut ditunjukkan pada tabel 3.1 dan 3.2 Bahan Dasar Air Tebu
Komposisi
Urea
0.02 kg
NPK
2.286 x 10-3 kg
Ragi
0.01 kg
Air
4 kg
0.0114 m
Langkah-Langkah Pembuatan Bioetanol
3
Berikut adalah langkah-langkah dalam proses pembuatan bioetanol :
Adapun alat-alat yang digunakan dalam proses fermentasi tersebut adalah : Termometer Termometer ini digunakan untuk mengetahui suhu di dalam tabung fermentor dalam proses fermentasi. Termometer ditempelkan pada dinding tabung fermentor.
Pencampuran Air Tebu dengan air Larutkan 4 kg Air Tebu dengan 11.4 liter air kemudian di aduk selama ± 15 menit hingga bahan-bahan tercampur rata. Kadar Air Tebu dalam larutan sebesar 15%, kemudian masukan bahan tersebut ke dalam tabung fermentor. Penambahan urea dan NPK Dalam proses pembuatan bioetanol ini diperlukan penambahan Urea dan NPK ke dalam larutan Air Tebu. Penambahan Urea sebanyak 20 gr dan NPK sebanyak 2.286 gr. Urea dan NPK ini berfungsi sebagai nutrisi ragi.
Termometer suhu udara Termometer ini digunakan untuk mengetahui suhu udara di sekitar dalam 14
Penambahan ragi roti (fermipan) Bahan aktif ragi roti yang digunakan adalah fermipan yang dapat memfermentasikan Air Tebu menjadi etanol. Ragi roti diberi sedikit air hangat, diaduk-aduk perlahan hingga tampak berbusa. Kemudian ragi dan semua bahanbahan dimasukkan ke dalam tabung fermentor, kemudian tabung fementor ditutup rapat dan pastikan tabung kedap udara dan juga tidak ada kebocoran. 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 dengan menggunakan 4 buah lampu. Proses fermentasi akan berjalan beberapa jam setelah semua bahan dimasukkan ke dalam fermentor. Jika menggunakan tabung fermentor yang tembus padang (misal: kaca atau akrilik), 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 proses fermentasi sedang berlangsung.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Aplikasi Alat Ekstraksi Tebu (Ekstraktor) Alat ekstraksi diaplikasikan pada proses fermentasi yang dilakukan guna mempermudah dalam pemisahan air tebu, pada peroses pengekstraksian (pemisahan), ekstraktor dapat berjalan dan dapat bekerja pada fungsinya. Kendala yang
didapati saat proses pengekstraksian berlangsung, suara yang ditimbulkan sangat bising karena penggunaan rantai dan gear. dan proses kerja pada bagian pipa penghancur tidak maksimal. Untuk pengembangan alat ekstraktor yang telah dibuat rantai dan gear sebagai penghubung motor dan mesin diganti dengan pemakaian pully dan belt, agar mengurangi kebisingan yang ditimbulkan mesin ekstraksi. Penambahan gear gigi pada bagian as penggerak kedua pipa penghancur memungkinkan proses pengekstraksian dapat berjalan maksimal. Pemanfaatan Ekstrak Tebu Dalam Proses Pembuatan Bioetanol Pemanfaatn dari air tebu yang telah diekstraksi maka akan digunakan sebagai bahan utama pada proses fermentasi yang akan dilakukan. Proses Ekstraksi Tebu Menggunakan Ekstraktor Pada peroses ini dilakukan untuk pengambilan atau pemisahan cairan tebu yang akan digunakan sebagai bahan utama dari proses fermentasi, mulai dari langkah pertama yaitu pemilihan batang tebu sampai mendapatkan cairan dari batang tebu tersebut. Langkah proses pengekstraksian tebu dengan mesin ekstraktor : Memilih batang tebu Pada pemilihan batang tebu yang akan diambil airnya guna sebagai bahan utama pada proses fermentasi, sebaiknya memilih batang tebu yang tua, agar menghasilkan air tebu yang banyak. Normalnya, semakin tua umur tebu tersebut maka akan menghasilkan air tebu yang banyak, sehingga proses ekstraksi tersebut mendapat hasil maksimal.
15
Memotong dan mengupas kulit tebu Setelah kita mendapatkan tebu yang akan kita ekstraksi, sebelumnya batang tebu tersebut kita kupas kulitnya dan di potong kurang lebih 50 hingga 70 cm. memotong bagian salah satu uiung dari tebu hingga membentuk runcing untuk mempermudah tahap awal saat tebu tersebut kita masukkan diantara celah dari pipa rooler di mesin ekstraksi,dan mencucinya.
Cara Kerja Mesin Ekstraksi (Ekstraktor) Pada AS (poros) motor penggerak, dipasang gear pertama, (gear berdiameter kecil) untuk meneruskan daya dan putaran yang ditimbulkan dari motor penggerak. selanjutnya dihubungkan dengan menggunakan rantai pada gear kedua (gear berdiameter lebih besar), gear kedua terletak di poros AS penggerak pipa (Rooler) sebagai penghancur tebu yang akan diambil airnya, pada kedua AS di bagian pipa telah diberi bantalan (kelaher) agar putarannya dapat berjalan secara halus dan langsung otomatis menggerakkan pipa (rooler) sebagai penghancur tebu yang akan di ekstraksi.
Menghidupkan dan menjalankan motor penggerak mesin ekstraktor untuk memulai proses ekstraksi Pada awal peroses ini mulanya menyiapkan wadah (ember), wadah (ember) berfunmgsi sebagai tempat penampungan air tebu yang sudah terpisah dari batang tebunya, setelah itu batang tebu pada bagian ujung yang runcing di masukkan ke antara selah kedua pipa (rooler) yang sedang bergerak sambil didorong kedepan agar batang tebu masuk dan dapat mudah dipress oleh pipa (rooler) untuk pemisahan air tebu dari batang tebunya, agar mendapat kan hasil yang maksimal dapat dilakukan secara berulang-ulang hingga sampai memang benar-benar air yang terkandung pada batang tebu tersebut habis.
Proses Fermentasi Pada proses fermentasi, Tabung fermentor dipasang 4 buah lampu pada setiap sisi tabung. Suhu didalam tabung fermentor sekitar 25 0C, sedangkan suhu di luar tabung 30 0C. setiap harinya suhu pada tabung fermentor dicek dan pengambilan data dilakukan pada waktu siang hari diatas pukul (10:00 - 15:00), setelah bahan-bahan etanol di fermentasikan dalam tabung fermentor 16
maka dapat dilihat kadar alkohol yang terdapat di dalamnya, setiap satu kali dalam sehari kadar alkohol dilihat apakah sudah dapat kandungan kadar alkohol yang ditetapkan. Pada uji coba yang dilakukan, pengambilan sampel di ambil pada hari ke4 sampai dengan hari ke-14 atau sekitar 336 jam belum terdapat kadar alkohol, selanjutnya pada hari ke-15 atau saat 360 jam kadar alkohol di ukur dan kemudian mendapatkan hasil ± 1%, hingga pada hari ke-18 atau 432 jam kadar alkohol di ukur kembali telah mencapai 3% alkohol. Selanjutnya sample kembali diambil dan diukur pada hari ke-22 atau 528 jam kadar alkohol naik hingga mencapai 4%, dilanjutkan pada pengambilan sample untuk hari ke-27 atau 648 jam pada alat tes pengukur alkoholmeter menunjukkan angka ± 6% alkohol, setelah 4 hari berlalu pengambilan sampel di hari ke-31 atau 744 jam alkoholmeter menunjukkan 7% alkohol, dan pada akhirnya pada hari ke-35 atau 840 jam sampel diambil lalu diukur hingga alkoholmeter telah menunjukkan kadar alkohol pada proses fermentasi sebesar 9%. Dapat dilihat pada tabel berikut hasil dari proses fermentasi.
dalam dihitung suhunya dengan menggunakan rumus perpindahan panas konduksi pada persamaan 2.1 telah dijelaskan perhitungan secara konduksi. Berikut dibawah ini adalah perhitungan perpindahan panas secara konduksi dan konveksi pada tabung fermentor. Dibawah ini contoh gambar perhitungan tabung fermentor.
Perhitungan Temperatur Pada Proses Fermentasi Pada proses perhitungan temperatur tabung fermentor, di jelaskan perpindahan panas secara konduksi dan konveksi. 1.Perhitungan perpindahan panas secara konduksi = 30 0C = 29 0C ( Di asumsikan ) = 25.85 0C = 0.048 w/m0C = 2 πrt = 2 x 3.14 x 0.2 m x 0.65 m = 0.8164 m2 dx = 3 mm = 0.003 m • T1 – T2 :
Diketahui : T1 T2 T3 k A
Tabel 4.2 Hasil proses fermentasi air tebu berbagai variabel waktu (jam) Waktu Kadar Fermentasi Alkohol ( jam ) (%) 96 0% 336 0% 360 1% 432 3% 528 4% 648 6% 744 7% 840 9%
q = - kA = 0.048 w/m0C x 0.8164 m2 x
= 13.06 W
Dari hasil perhitungan di atas dapat dilihat bahwa suhu yang mengalir dari T1 – T2 sebesar 13.06 W.
Analisa Perhitungan Perpindahan Panas Dalam Tabung Fermentor Setelah kadar alkohol didapat angka kemudian tabung fermentor bagian 17
2.Perhitungan perpindahan panas secara konveksi. Setelah hasil dari perhitungan panas secara konduksi didapat, berikut dibawah ini menghitung bagian dalam dinding fermentor dengan menggunakan persamaan 2.2 perpindahan panas secara konveksi.
Dari hasil perhitungan perpindahan panas secara konduksi dan konveksi maka seluruh nilai dapat di lihat pada tabel dibawah ini. Berikut adalah tabel hasil perhitungan perpindahan panas secara konduksi dan konveksi pada dinding tabung fermentor:
Diketahui : h = 5.05 w/m2 0C Pr ( Prandtl ) = 2.95 x 10-3 A = 0.8164 m2 Gr ( Grashof ) = 4 x 108 T2 = 29 0C k Cairan= 0.50319 w/m2 0C T3 = 25.85 0C Untuk mencari nilai h menggunakan rumus nusselt, yaitu :
N o
T2 (0C)
q kondu ksi (W)
1 2
24.5 24.0 2 24.5 29
19.6 12.8
* Nux = 1/2
-1/4
3 4
1/4
Nux = 0.508 Pr (0.952 + Pr) Gr = 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 =
2.06 12.97
4.47 0.09
Dari hasil pengamatan dan perhitungan perpindahan panas dapat dilihat pada tabel 4.3 maka dapat disimpulkan nilai yang mengalir untuk T2 sebesar 29 0C. Analisa Perbandingan Waktu Fermentasi Menggunakan Bahan Dasar Molase Dan Ekstrak tebu Dari hasil tabel perhitungan yang telah di dapat secara perhitungan dengan konduksi dan konveksi, maka dapat dibandingkan dengan proses fermentasi yang menggunakan bahan dasar molase dan air tebu. Berikut adalah hasil dari perhitungan dengan menggunakan bahan dasar molase pada proses fermentasi. bahan molase membutuhkan waktu hingga 504 jam untuk menghasilkan alkohol hingga mencapai 8%, sedangkan di tabel 4.5 terlihat proses fermentasi dengan bahan air tebu membutuhkan waktu lebih lama dibandingkan dengan proses fermentasi di luar ruangan yang membutuhkan waktu 840 jam untuk menghasilkan alkohol hingga mencapai angka 9%. Didalam proses fermentasi
= = = 5.05 w/m2 0C Dari hasil perhitungan di atas dengan menggunakan rumus nusselt, maka di dapat hasil untuk nilai h sebesar 5.05 w/m2 0C. Berikut di bawah ini perhitungan untuk nilai T2 – T3 dengan menggunakan rumus perpindahan panas secara konveksi. •
6.53 13.06
q [∆T2] (0C) konvek (q si konduk (W) si – q konvek si) -2.06 21.6 0.08 12.7
T2 – T3 :
q = h A (∆T) = 5.05 w/m2 0C x 0.8164 m2 x (29 0C – 25.85 0C) = 4.12 w x 3.15 = 12.97 W 18
dengan menggunakan bahan dasar molase waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan alkohol lebih cepat, pada kisaran waktu 528 fermentasi dari bahan air tebu hanya menghasilkan nilai 4% alkohol, yang dibutuhkan pada saat proses fermentasi dengan menggunakan bahan dasar molase hingga 21 hari dan mendapatkan kadar alkohol sebesar 8%, sedangkan yang dibutuhkan untuk proses fermentasi menggunakan bahan dasar air tebu membutuhkan waktu hingga 35 hari, hingga mendapat kadar alkohol sebesar 9%. Dari hasil pengamatan dan analisa perhitungan yang telah dilakukan, maka dapat dibandingkan pada kedua proses fermentasi tersebut yang menggunakan bahan dasar molase lebih cepat mendapatkan kadar alkohol dibandingkan dengan proses fermentasi yang menggunakan bahan dasar air tebu.
PENUTUP Kesimpulan Setelah dilakukan pembuatan, percobaan dan penelitian maka dapat diambil beberapa kesimpulan dari hasil percobaan fermentasi dengan menggunakan bahan dasar air tebu, yang kemudian dibandingkan dengan fermentasi menggunakan bahan dasar molase. Berdasarkan hasil perancangan, pembuatan mesin ekstraksi (ekstraktor), penelitian pengaruh temperatur terhadap proses fermentasi pembuatan bioetanol, kesimpulan sebagai berikut: 1.Mesin ekstraksi (ekstraktor) ini berfungsi sebagai alat pemisah cairan tebu dari batang tebu. 2.Pada peroses pengekstraksian air tebu, alat tidak dapat menghasilkan cairan yang maksimal, dikarnakan pipa pada mesin ekstraksi tidak berjalan sempurna. 3.Suara yang dihasilkan dari mesin ekstraksi cukup mengganggu, pemakaian rantai dan gear sebagai penghubung rangkaian dari motor penggerak kepipa sebagai penghancur batang tebu adalah penyebabnya. 4.Proses fermentasi yang dilakukan dengan menggunakan bahan dasar air tebu lebih lama dibandingkan dengan proses fermentasi menggunakan bahan dasar molase. 5.Hasil dari proses fermentasi yang menggunakan bahan dasar air tebu kadar alkoholnya di dapat mencapai angka 9% membutuhkan waktu hingga 35 hari (840 jam), sedangkan proses fermentasi menggunakan bahan dasar molase didapat angka 8% dan membutuhkan waktu hingga 21 hari (504 jam), sedangkan pada proses fermentasi dengan menggunakan bahan air tebu pada angka kisaran 528 jam kadar alkohol hanya muncul sebesar 4% . 6.Berdasarkan hasil perhitungan perpindahan panas pada dinding tabung fermentor secara konduksi dan konveksi, proses fermentasi dengan temperatur yang dibutuhkan sebesar 29 0C.
PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP PROSES FERMENTASI Saat terjadinya proses fermentasi bahan-bahan yang telah dicampur dan dimasukan kedalam tabung fermentor lalu didalam tabung tersebut akan timbul gelembung-gelembung kecil, proses tersebut menandakan bahwa fermentasi sedang berlangsung. Ketika proses fermentasi berlangsung dibutuhkan panas sebagai sumber energi, panas dari luar yang kemudian di serap tabung disebut dengan konduksi dan panas pada tabung yang diteruskan ke dalam tabung disebut dengan konveksi. Perpindahan panas secara konduksi maupun secara konveksi sangat berpengaruh terhadap proses fermentasi, jika tidak ada panas yang diserap maka proses fermentasi akan menjadi lebih lama. Fiber glass dipilih sebagai bahan untuk pembuatan tabung fermentor karena memiliki daya serap yang baik terhadap panas, selain itu fiber glass lebih murah dan juga lebih mudah dibentuk dibandingkan dengan menggunakan bahan plat besi atau akrilik. 19
7.Dari hasil analisa perbandingan fermentasi yang menggunakan bahan dasar air tebu lebih lama membutuhkan waktu untuk menghasilkan kadar alkohol sebesar 8% dari pada proses fermentasi molase. 8.Bahan dasar tebu lebih efisien dan mudah didapat dibandingkan dengan molase untuk fermentasi.
DAFTAR PUSTAKA [1] http;//www.biotek.lipi.co.id.,2010. Etanol Bahan Bakar Masa Depan. [2] www.energi.lipi.go.id [3] Dhewanto, Wawan, (21 September 2008),”Bioetanol dan Swasembada Energi”, Harian Bisnis Indonesia, Jakarta. [4] http://ipb.ac.id/bitstream/Darsam_M esin Ekstraktor. [5] http://labkd.blog.ugm.ac.id/ Pengertiana Ekstraksi. [6] http://id.wikipedia.org/wiki/Tebu [7] Duryatmo, Sardi. Trubus. “Metamorfosis Limbah Tetes Tebu”. Lampung, 2007. http://www.ristek.co.id., 2010. [8] Wasito, 2005. Proses Pembuatan Etanol, http://www.suaramerdeka.co.id [9] http://id.wikipedia.com>.2006. [10] http://ilmy.blog.com/2010/10/01/23/ fermentor/. [11] Manualbook engine honda spesification, /http:engine.honda.com [12] Yunia N., Apri Ansyah. “Pengaruh Temperatur Terhadap Proses Fermentasi Pembuatan Bioetanol Dengan Menggunakan Lampu Sebagai Sumber Panas”, 2011. [13] Holman J.P, Jasjfi E. 1984. Terjamahan: “Perpindahan Kalor (Head Transfer)”. Edisi Kelima. Southem Methodis University. Penerbit Erlangga.
Saran Berdasarkan hasil dari penelitian yang telah dilakukan, maka dapat disampaikan beberapa saran, baik untuk para pembaca, maupun untuk pengembangan penelitian di masa yang akan datang. Sebaiknya untuk lebih memaksimalkan cara kerja alat ekstraksi (ekstraktor) yang telah dibuat maka perlu adanya tambahan gigi gear untuk mengghubungkan antara kedua pipa penghancur tersebut, sehingga dapat memudahkan proses pengekstraksian pada batang tebu yang akan diekstraksi. 1.Untuk mengurangi kebisingan suara yang ditimbulkan dari mesin ekstraksi (ekstraktor), maka disarankan untuk pengembangan dimasa yang akan datang agar menggunakan belt dan pully sebagai penghubung dari motor penggerak kepipa sebagai penghancur batang tebu yang akan di ekstraksi. 2.Pada penelitian yang telah dilakukan, pengambilan sempel cairan bioetanol harus dilakukan setiap hari atau tiga hari sekali untuk mengecek apakah cairan tersebut sudah diketahui kadar alkoholnya apa belum, jika sudah ada kadar alkoholnya proses fermentansi telah selesai dilakukan. 3.Usahakan dalam proses fermentasi suhu pada saat siang hari dan malam hari harus tetap stabil, agar proses berlangsung lebih cepat dan kadar alkohol dapat cepat diukur.
20
