Akademi Teknik Soroako
Sorowako, Indonesia
[email protected]
Setyo Wardoyo
Jurusan Teknik Mesin
Akademi Teknik Soroako
Sorowako, Indonesia
[email protected]
Abstrak—Bioetanol merupakan senyawa alkohol yang diperoleh lewat proses fermentasi biomassa dengan bantuan mikroorganisme. Untuk menghasilkan sejumlah cairan bioetanol diperlukan minimal 4 tahapan yang diintegrasikan dalam satu mesin yang terdiri dari proses blender, hidrolisis, permentasi dan distilasi. Mesin ini terdiri atas empat tangki dari bahan stailess steel yang masing- masing dihubungkan dengan pipa dan kran agar cairan bisa langsung masuk ke tangki untuk tahapan berikutnya sedangkan bahan baku bioethanol menggunakan buah Dengen (Dillena Serrata). Tahapan untuk memperoleh cairan bioetanol dimulai dari proses penghancuran buah dengen menjadi bubur dengen di dalam tangki blender dan berakhir pada proses distilasi untuk menghasilkan cairan bioetanol. Sedangkan sumber panas yang diperlukan pada proses hidrolisis dan distilasi menggunakan elemen listrik yang dapat dikontrol temperatur yang dinginkan (70o-80o) Dari hasil pengujian diperoleh bahwa untuk memperoleh 1 liter Bioetanol dari keseluruhan proses selain proses fermentasi diperlukan waktu rata-rata 17 jam untuk pengoperasian baru dan selanjutnya 14 jam per liter.
Kata kunci—bioetanol, mesin, alcohol
I. PENDAHULUAN
Dengan teknologi yang ada sekarang cadangan minyak dunia tidak akan bertahan lebih lama dari 50 tahun, sementara konsumsi dalam negeri terus meningkat. Selain itu penggunaan bahan bakar minyak yang berasal dari fosil sudah diketahui dapat menimbulkan polusi gas rumah kaca (terutama CO2) sehingga dapat mengakibatkan pemanasan global[8]. Gas pembuangan tersebut juga dapat menimbulkan gangguan pernapasan, kanker, bahkan kemandulan[6]. Karena itu sudah saatnya dilakukan pengembangan sumber energi alternatif terbarukan sekaligus ramah lingkungan. Pemakaian bahan bakar alternatif dari sumber daya alam terbarukan memberikan dampak positif, antara lain dapat diperbarui, emisi gas buangnya ramah lingkungan (terutama mengurangi efek rumah kaca), serta potensi untuk pengembangan industri pertanian. Salah satu bahan bakar alternatif yang perlu dikembangkan adalah memperoleh bioetanol dari berbagai tanaman yang terdapat di Indonesia[4]. Banyak tanaman yang dapat dimanfaatkan salah satunya adalah buah-buahan. Pengolahan buah menjadi bioetanol merupakan salah satu alternatif untuk mengantisipasi hasil produksi buah yang melimpah namum tidak dipasarkan dan kurang dimanfaatkan karena mutunya rendah[1]. Saat ini sudah banyak kalangan
yang membuat bioetanol, baik dengan cara tradisional menggunakan drum bekas dan kayu bakar maupun dengan cara modern. Akan tetapi dalam penggunaan kayu bakar dapat menimbulkan masalah polusi udara dan ketersediaan kayu bakar itu sendiri sedangkan dengan cara modern memerlukan mesin penghancur dan beberapa alat yang terpisah mulai dari proses penghancuran bahan baku sampai menghasilkan cairan bioetanol, sehingga memerlukan tempat dan biaya yang lebih besar.
Oleh karena itu pada penelitian ini kami akan membuat mesin pembuat bioetanol yang diintegrasikan dalam satu mesin yang terdiri dari proses blender, hidrolisis, fermentasi, dan distilasi. Dalam hal ini bahan baku yang akan digunakan adalah buah dengen.
II.METODOLOGI PENELITIAN
Alat yang digunakan untuk membuat mesin pembuat bioetanol yaitu mesin- mesin manufaktur (mesin bubut, rolling, mesin bor, mesin milling, plasma cutting dan shearing), mesin las listrik, dan alat- alat perkakas tangan lainnya berupa roll meter, palu plastik, palu besi, penggores, penitik, mistar baja. Selain itu, digunakan pula pHmeter untuk mengukur nila keasaman buah dengen setelah dihancurkan.
TAHAPANPROSESPEMBUATANMESIN 1. Tahap pra desain
Sebelum dilakukan proses rancang bangun, terlebih dahulu ditentukan bahan baku yang akan diproses, yaitu buah Dengen dengan data-data fisik sebagai berikut:
TABEL I. SPESIFIKASI BUAH DENGEN
No Uraian
1. Massa jenis 875kg/m3
2. Keasaman (pH) 2.9
3. Warna kekuningan
4. Rata-rata ukuran karpela masak 45 mm
5. Bentuk Bulat
Untuk melakukan proses permentasi pH yang disyaratkan adalah 4 sampai 5[2][3][7][9],sehingga untuk mencapai hal tersebut diperlukan campuran H2O sekaligus untuk mengurangi kekentalan bubur buah.
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
Berdasarkan eksperimen, diperoleh sejumlah 90% Aquadem (H2O) agar bubur buah mencapai pH 4.9 2. Tahap desain
Proses pembuatan gambar desain dimulai dengan membuat gambar sket diatas kertas kemudian dikonversi ke program gambar Inventory professional 2013 di PC sedangkat pembuatan gambar bagian lengkap menggunakansoftware AutoCad 2013.
GAMBAR I. DESAIN MESIN BIOETANOL
3. Tahap manufaktur
Bahan penelitian berupa 4 buah tabung yang terbuat dari bahan stainless steel untuk setiap proses yang berbeda yaitu blender, hidrolisis, fermentasi, dan distilasi. Komponen yang diperlukan pada table berikut:
TABEL II. KOMPONEN MESIN
No. Nama Komponen Jumlah
1. Poros blender 1 ea
2. Poros pengaduk 1 ea
3. Housing 2 ea
4. Kopling 2 ea
5. Puli 2 ea
flow process tahap permesinan masing- masing komponen: Mulai 1 2 3 4 5 SW SW SW SW SW TU TU TU TU TU MI BO BO BO BR QC Selesai No.Komponen Persiapan Bahan Proses Permesinan Pengendalian Mutu Produk Jadi Ket
flow process pengerjaan pengelasan: Mulai 1 2 3 GR GR SR PC QC Selesai No.Komponen Persiapan Bahan
Proses Perakitan dan Fabrikasi Pengendalian Mutu Produk Jadi Ket Assy. W F
langkah- langkah perakitan adalah:
1. Memasang motor listrik pada
rangka/dudukan.
2. Memasang tabung blender pada
dudukannya.
3. Memasangblade(mata potong) pada poros. 4. Memasang housing dan poros blade pada
tabungblender.
5. Merangkai puli dan sabuk pada poros motor dan porosblade.
6. Memasang elemen pemanas pada tabung hidrolisis dan distilasi.
7. Memasang housing, kopling, motor mesin jahit, dan poros pengaduk pada tutup tabung hidrolisi.
8. Memasang tabung hidrolisis, fermentasi, dan distilasi pada dudukannya masing- masing. 9. Menghubungkan masing- masing tabung
dengan kran.
10. Memasang pipa spiral (kondensor) pada tutup tabung distilasi dan memasang kotak kondensor yang berisi air.
11. Memasang rangkaian listrik. 12. Tes rangkaian listrik.
13. Tes kerja masing- masing tabung. 14. Perbaikan jika perlu.
15. Pengecekan akhir. 16. Clean-up.
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
Sistem Kontrol
GAMBAR II. DIAGRAM KONTROL KELISTRIKAN
Mesin ini terdiri dari beberapa unit dengan fungsi yang berbeda-beda sehingga setiap unit akan dilengkapi dengan system control untuk mengatur pemasukan daya masing unit.
Perawatan
Perawatan untuk merawat mesin pembuat bioetanol tidaklah terlalu rumit. Hal- hal yang perlu dilakukan untuk proses perawatan yaitu: 1. Memberikan pelumas pada bagian- bagian
yang mudah berkarat dan bagian yang berputar yaitu bearing,housing,dan kopling. 2. Membersihkan tabung/tangki setiap setelah digunakan agar tidak berbau dan kotor sehingga tidak mempengaruhi hasil dari bioetanol.
III.TEORI DASAR A. Etanol dan Bioetanol
Etanol adalah senyawa organik yang terdiri dari karbon, hidrogen, dan oksigen sehingga dapat dilihat sebagai derivat senyawa hidrokarbon yang mempunyai gugus hidroksil dengan rumus C2H5OH. Etanol merupakan zat cair, tidak berwarna, berbau spesifik, mudah terbakar dan menguap, dapat bercampur dengan air dengan segala perbandingan. Bioetanol merupakan senyawa alkohol yang diperoleh lewat proses fermentasi biomassa (tumbuhan) dengan bantuan mikroorganisme[7].
Pada umumnya buah-buahan dapat dijadikan sebagai bahan baku bioetanol karena mengandung gula dan vitamin C. Buah yang dapat diolah menjadi bioetanol banyak terdapat di Indonesia dan selalu tumbuh setiap musimnya, akan tetapi pengolahan dan pemanfaatannya oleh masyarakat masih kurang sehingga buah tersebut seringkali dibiarkan membusuk. Oleh karena itu pengolahannya menjadi bioetanol sangat bermanfaat. Adapun buah yang pernah diteliti sebagai bahan baku pembuatan bioetanol adalah sebagai berikut: 1. Buah salak
Dari hasil penelitian didapatkan bioetanol dengan kadar 54,16% dengan penambahan ragi 7,5%[9]
2. Buah pepaya
Dari hasil penelitian didapatkan bioetanol dengan kadar 60% dengan penambahan ragi 2%[2]
Secara singkat teknologi proses produksi bioetanol tersebut dapat dibagi dalam beberapa tahap, yaitu[2][3][7][9]:
1. Persiapan bahan baku
Persiapan bahan baku beragam tergantung pada bahan bakunya, seperti pembuatan bubur dengan menggunakanblender.
2. Hidrolisis
Hidrolisis adalah suatu proses antara reaktan dengan air agar suatu senyawa pecah terurai. Salah satu proses hidrolisis yaitu hidrolisis asam, di mana katalisatornya menggunakan asam. Asam berfungsi sebagai katalisator dengan mengaktifkan air. Di dalam industri asam yang dipakai adalah H2SO4dan HCl. HCl lebih menguntungkan karena lebih efektif dibandingkan H2SO4.
3. Fermentasi
Proses fermentasi bertujuan untuk mengubah glukosa menjadi etanol/ bioetanol dengan menggunakan ragi (yeast). Pada tahap ini, tepung berubah menjadi gula sederhana (glukosa dan sebagian fruktosa). Proses selanjutnya melibatkan penambahan enzim berupa ragi agar dapat bekerja pada suhu optimum. Proses fermentasi ini menghasilkan etanol dan CO2.
4. Distilasi
Distilasi merupakan suatu proses pemisahan campuran senyawa yang didasarkan pada perbedaan titik didihnya. Alat yang digunakan dinamakan dengan distilator. Distilasi dilakukan untuk memisahkan etanol daribeer(sebagian besar adalah air dan etanol). Umumnya distilasi berlangsung pada tekanan atmosfer. Titik didih etanol murni adalah 78ºC sedangkan air adalah 100ºC (kondisi standar). Dengan memanaskan larutan pada rentang suhu 78ºC -100ºC akan mengakibatkan sebagian besar etanol menguap dan melalui unit kondensasi akan bisa dihasilkan etanol.
B. Pengelasan
Berdasarkan definisi dari DIN (Deutch Industrie Normen) las adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair. Dari definisi tersebut dapat dijabarkan lebih lanjut bahwa las adalah sambungan setempat dari beberapa batang logam dengan menggunakan energi panas[10].
Sampai pada waktu ini banyak sekali cara-cara pengklasifikasian yang digunakan dalam bidang las, ini disebabkan karena belum adanya kesepakatan dalam hal tersebut. Secara konvensional cara pengklasifikasian tersebut pada waktu ini dapat dibagi dalam dua golongan, yaitu klasifikasi berdasarkan cara kerja dan klasifikasi berdasarkan energi yang digunakan. Klasifikasi pertama membagi las dalam kelompok las cair, las tekan, las patri
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
dan lain- lainnya. Sedangkan klasifikasi yang kedua membedakan adanya kelompok- kelompok seperti las listrik, las kimia, las mekanik, dan seterusnya. Bila diadakan klasifikasi tersebut di atas akan terbaur dan terbentuk kelompok- kelompok yang banyak sekali[10]. Pengelasan Baja Tahan Karat (Stainless Steel)
Baja tahan karat termasuk dalam baja paduan tinggi yang tahan terhadap korosi, suhu tinggi, dan suhu rendah. Di samping itu juga mempunyai ketangguhan dan sifat mampu potong yang cukup. Karena sifatnya, maka baja ini banyak digunakan dalam reaktor atom, turbin, mesin jet, pesawat terbang, alat rumah tangga dan lain- lainnya. Pengelasan dengan las elektroda terbungkus, las MIG dan las TIG adalah cara yang banyak digunakan dalam pengelasan baja tahan karat. Di samping itu, kadang- kadang digunakan juga las busur rendam, las sinar elektron dan las resistansi listrik[10].
Pengelasan Galvanis
Pengelasan galvanis dilakukan hampir sama dengan pengelasan baja biasa pada umumnya mulai dari proses pengelasan, pengaturan ampere, volt, dan lain- lain. Akan tetapi, pada prosesnya membutuhkan waktu dan biaya yang lebih tinggi karena galvanis merupakan bahan yang mudah meleleh dan mengeluarkan banyak asap saat proses pengelasan sehingga keterampilan seorang welder sangat dibutuhkan. Elektroda las yang baik digunakan untuk pengelasan galvanis adalah elektroda yang sedikit mengandung silikon. Bila mengandung banyak silikon dapat menyebabkan seng menembus logam lasan dan menyebabkan keretakan. Elektroda tipe penembusan tidak boleh digunakan pada saat pengelasan baja galvanis[10].
C. Rumus-rumus yang digunakan volume tabung[10]
=
. .(
)
(1)rasio putaran puli[5]
=
=
∅∅ (2)
gaya keliling[5]
=
( )
(3)kecepatan linier sabuk[5]
=
. ..
( / )
(4)panjang keliling sabuk[5]
= 2 + ( + ) + ( − ) (5) tegangan bengkok[5]
=
/
(6) momen punter[5]= 9550
.( .
)
(7) momen gabungan[5] = + 0,75 ( . ) ( . ) (8) tegangan bengkok ijin[5]′ =
βk
=
,
(
)
(9)kebutuhan kawat las[10]
= (10)
IV. HASILDANPEMBAHASAN
Gambar III menunjukkanprototype Mesin Bioetanol yang dibuat berdasarkan hasil perancangan dengan spesifikasi sebagai berikut:
TABEL IV. SPESIFIKASIMESINBIOETANOL
No. Spesifikasi Kapasitas Jumlah
1 Dimensi total 100 cm x 72 cm x 150 cm 2 Unit utama - Blender - Tabung Hydrolisis - Tabung Fermentasi - Distilator 10 kg/Jam 12 ltr 12 ltr 12 ltr 1 bh 1 bh 1 bh 1 bh 3 Motor listrik 1 phasa 0.5 HP 1 bh 4 Motor listrik 1 phasa 100 W 1 bh
5 Heater element 600 W 2 bh
6 Termometer digital 100 W 2 ea
7 Thermocontroller 450 W 2 ea
8 Biaya Produksi Rp. 5.000.000 GAMBAR III. Mesin Bioetanol
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
GRAFIK I. Grafik waktu terhadap kenaikan suhu
GRAFIK II. Grafik waktu terhadap produksi
Dari kedua grafik terlihat bahwa pengoperasian unit distilator pada Satu jam pertama belum menghasilkan cairan Bioetanol sedangkan Satu jam berikutnya, sejumlah tetesan keluar dari pipa aliran. Hal ini terjadi karena pada 2 jam pertama pengoperasian, masih terjadi proses pemanasan bahan baku dalam tabung dari temperature awal 28oC menuju temperature yang ditetapkan yang diatur menggunakan controller sebesar 80oC. Selama rentang waktu tersebut belum terjadi penguapan hingga temperature hampir mencapai 80oC (Temperatur penguapan Bioetanol adalah 78.4oC[7]). Pada jam-jam berikutnya, unit distilator telah menunjukkan performanya. Dari grafik terlihat bahwa setelah 3 jam beroperasi, dan temperature telah konstan di 80oC, sejumlah 40.5 ml cairan keluar dari pipa aliran, dan pada jam ke-4 dan ke-5 berturut-turut 50.0 dan 60.0. perbedaan ini terjadi karena sejumlah uap dari dalam tabung belum mencapai pipa aliran hingga pada jam ke-5. Jam ke-6 dan seterusnya Produksi telah konstan yaitu 70 ml setiap jam. Sehingga untuk memproduksi sejumlah 1 liter cairan Bioetanol dari distilator, diperlukan waktu selama 17 jam untuk pengoperasian baru dan selanjutnya 14 jam per liter.
V. KESIMPULAN
Dari hasil penelitan dapat disimpulkan bahwa: 1. pembuatan bioethanol yang terdiri dari beberapa
tahapan, dapat dibuat dengan satu mesin yang terintegrasi dengan temperatur yang dapat dikontrol
2. Kapasitas alat yang dibuat adalah 7 kg bahan baku dengen
3. Kapasitas Produksi bioethanol adalah 70 ml per jam
DAFTARPUSTAKA
[1] Anonomous, Online http://puspiptek.ristek.go.id, 60 jenis tanaman bisa jadi alternatif pengganti BBM, diakses Maret 2014.
[2] Fauzi, Achmad Faikar Ali. 2011. Pemanfaatan Buah Pepaya (Carica papaya) sebagai Bahan Baku Bioetanol dengan Proses Fermentasi dan Distilasi. Semarang
[3] Fitriana, Lila. 2009. Analisis Kadar Bioetanol Hasil Fermentasi dari Pati Sagu Asal Papua. Manokwari
[4] La Ode M. Abdul Wahid, Pemanfaatan Bio-Ethanol sebagai Bahan bakar Kendaraan Berbahan Bakar Premium, online, www.oocities.com, diakses Maret 2014
[5] Mott, Robert L. 2009. Elemen-Elemen Mesin dalam Perancangan Mekanis. Andi. Yogyakarta
[6] Nanny Kusminingrum, 2008, Bahan bakar Nabati sebagai salah satu alternative untuk mendukung penggunaan bahan bakar ramah lingkungan
[7] Risa Fahmi Sukmawati dan Salimatul Milati. 2009. Pembuatan Bioetanol dari Kulit Singkong. Surakarta.
[8] Sugiono, Agus. 2006, Pengembangan Bahan Bakar Nabati untuk Mengurangi dampak Pemanasan Global, Jakarta
[9] Wijayanti, Yurida Tri. 2011. Pembuatan Bioetanol dari Buah Salak dengan Proses Fermentasi dan Distilasi. Semarang
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi