## RANCANG BANGUN ALAT DEHYDRATOR BIOETANOL UNTUK MENGHASILKAN
FUEL GRADE ETHANOL (FGE)
Rochmad Winarso Fakultas Teknik, Program Studi  Teknik Mesin Universitas Muria Kudus Email: boswin2001@gmail.com

## Bahtiar Setya Nugraha
Fakultas Teknik, Program Studi  Teknik Mesin Universitas Muria Kudus Email: setyanugraha_72@yahoo.co.id

## ABSTRAK
Bioethanol  merupakan  salah  satu  bahan  bakar  alternatif  dengan  sumber  bahan  baru  yang  dapat diperbarui. Bioethanol dapat menjadi bahan bakar alternatif bila mempunyai konsentrasi lebih dari 99% yang  dikenal  dengan  nama  Fuel  Grade  Ethanol.  Proses  pembuatan  Fuel  Grade  Ethanol  menggunakan metode  pemisahan  lanjut  diantaranya  adalah  dengan  metode  distilasi  azeotrop,  pervorasi  membran,  dan adsorbsi.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  melakukan  pengujian  mesin  dehydrator  bioethanol  yang bekerja dengan  metode absorbsi. Mesin dehydrator ini  menggunakan zeolit syntetis dengan ukuran 3  A yang  sebelumnya  telah  dikembangkan.  Pengembangan  ini  dilakukan  melalui  tiga  tahapan,  yaitu:  (1) Tahap perancangan (desain) alat dehydrator biorthanol; (2) Tahap pembuatan alat dehydrator berdasarkan spesifikasi  yang telah ditetapkan ; (3) Pengujian alat dehydrator yang  berorientasi hasil  yaitu bioetanol minimal  berkadar  sekitar  99%.  Mesin    destilator  bioetanol  yang  telah  dikembangkan  mempunya spesifikasi  sebagai  berikut:  dimensi  tangki  bahan  baku  tingginya  adalah  250  mm  dengan  diameter  300 mm, Bagian tabung I terbuat dari pipa stainless steel dengan diameter 100 mm dan tinggi 600 mm. Tebal dari pipa tersebut adalah 2 mm. Tabung II terbuat dari stainless steel yang mempunyai diamater 100 mm dan tinggi 300 mm dengan ketebalan 2 mm. Kondensor berdiameter 100 mm dan tinggi 600 mm. Hasil penelitian  ini  menunjukkan  bahwa  mesin  yang  sudah  dikembangkan  ini  mampu  menghasilkan Fuel Grade Ethanol dengan kadar lebih dari 99%.
Kata kunci: dehydrator, bioethanol, fuel grade ethanol, bahan bakar alternatif.

## ABSTRACT
Bioethanol is one of the alternative fuels with new sources of renewable materials. Bioethanol can be  an  alternative  fuel  when  a  concentration  of  more  than  99%,  known  as  Fuel  Grade  Ethanol.  Fuel Grade  Ethanol  making  processes  using  advanced  separation  methods  such  as by  azeotropic  distillation method,  the  sprocket  membrane  and  adsorption.  The  purpose  of  this  study  was  to  test  bioethanol dehydrator  machine  that  works  with  the  absorption  method.  This  dehydrator  machine  using  zeolite syntetis  with  a  size  of  3  A  that  had been previously  developed.  This  development  is  done  through  three stages, namely: (1) Phase design (design) tool biorthanol dehydrator; (2) Stage of dehydrator tool based on established specifications; (3) Testing dehydrator result-oriented tool that bioethanol yield of at least about  99%.  Bioethanol  distillation  machines  which  have  been  developed  possessed  the  following specifications: dimensions of the tank material is 250 mm high with a diameter of 300 mm, Part I tube is made of stainless steel pipe with a diameter of 100 mm and a height of 600 mm. Thickness of the pipe is 2 mm.  II  tube  is  made  of  stainless  steel  having  a  diameter  of  100  mm  and  a  height  of  300  mm  with  a thickness of 2 mm. Condenser diameter of 100 mm and a height of 600 mm. These results indicate that the engine that has been developed is capable of producing Fuel Grade Ethanol with levels over 99%.
Keywords: dehydrator, bioethanol fuel grade ethanol, alternative fuels.

## 1. PENDAHULUAN
Bioetanol (C2H5OH) merupakan salah satu bahan bakar alternatif dengan sumber bahan baru yang dapat diperbarui. Bioethanol dapat dihasilkan dari berbagai macam bahan baku yang banyak terdapat di Indonesia  sehingga  sangat  potensial  untuk  diolah  dan  dikembangkan  karena  bahan  bakunya  sangat
dikenal  masyarakat.  Tumbuhan  yang  potensial  untuk  menghasilkan  bioetanol  antara  lain  tanaman  yang memiliki kadar karbohidrat tinggi, seperti: tebu, nira, aren, sorgum, ubi kayu, jambu mete (limbah jambu mete), garut, batang pisang, ubi jalar, jagung, bonggol jagung, jerami dan bagas [1]
Bioetanol  berwujud  cairan  yang  dihasilkan  dari  proses  fermentasi  gula  dari  sumber  karbohidrat dengan  bantuan  mikroorganisme.  Bahan  baku  pembuatan  bioetanol  ini  dibagi  menjadi  tiga  kelompok yaitu:  bahan  sukrosa  (nira,  tebu,  nira  nipah,  nira  sargum  manis,  nira  kelapa,  nira  aren,  dan  sari  buah mete),  bahan  berpati  (bahan  yang  mengandung  pati  atau  karbohidrat  seperti  tepung  ubi,  tepung  ubi ganyong,  sorgum  biji,  jagung,  cantel,  sagu,  ubi  kayu,  ubi  jalar,  dan  lain–lain,  dan  bahan berselulosa/lignoselulosa (tanaman yang mengandung selulosa /serat seperti kayu, jerami, batang pisang, dan lain-lain [2].
Penggunaan  bioetanol  sebagai  campuran  BBM  dapat  mengurangi  emisi  karbon  monooksida  dan asap  lainnya  dari  kendaraan.  Hal  ini  sudah  dibuktikan  oleh  beberapa  negara  yang  sudah  lebih  dulu mengaplikasikannya, seperti  Brazil dan Jepang. Perkembangan bisnis bioetanol di Indonesia  seharusnya juga  bisa  menyamai  kedua  negara  tersebut.  Dengan  melimpahnya  bahan  baku,  seharusnya  kita  bisa menggantikan  sebagian  pemakaian  BBM  yang  sudah  semakin  langka  dengan  bioetanol.  Selain  untuk bahan  bakar  ( Fuel  Grade  Ethanol ),  Bioethanol  dapat  digunakan  untuk  industri  kimia,  farmasi, kedokteran, kosmetik, bahan baku aneka minuman, dll [3]
Proses pembuatan bioethanol dengan bahan baku ketela pohon dilaksanakan dengan 4 tahapan yaitu tahap  persiapan  bahan  baku,  tahap  likuifikasi,  tahap  sakarifikasi,  tahap  destilasi  dan  tahap  dehidrasi. Tahap  persiapan  bahan  baku  merupakan  tahap  awal  yang  terdiri  dari  proses  pengupasan  ketela  pohon, pencucian  dan  pemarutan  ketela  pohon  dan  proses  perebusan  ketela  pohon.  Tahapan  berikutnya  adalah proses  likuifikasi  yaitu  proses  mencairkan  kembali  larutan  ketela  tersebut  setelah  mengental.  Proses likuifikasi  tersebut  menggunakan  enzym  alfa  amilasi  pada  temperatur  900C  sampai  950C.  Proses likuifikasi  tersebut  dilaksanakan  selama  2  jam.  Tahap  berikutnya  adalah  tahap  sakarifikasi  yaitu penambahan  enzym  gluco  amylase  pada  larutan  ketela  pada  suhu  600C  sampai  dengan  66  0C.  Tahap berikutnya  adalah  proses  fermentasi  yang  bertujuan  untuk  mengkonversi  glukosa  (gula)  menjadi  etanol dan  CO2,  dengan  mencampurkan  Ragi  (yeast)  kedalam  larutan  ethanol  pada  suhu  ruang.  Tahap berikutnya adalah proses distilasi untuk memisahkan alkohol dari broth dengan pemanasan pada suhu 78 oC yang akan menguapkan alkohol menuju ke kondensor. Setelah itu dilanjutkan dengan proses distilasi dengan alat distilator sehingga mendapatkan bioethanol dengan kadar lebih dari 90%. Bioethanol dengan kadar 90% ini belum dapat digunakan sebagai bahan bakar karena kandungan airnya masih cukup tinggi. Oleh  karena  itu  bioethanol  dengan  kadar  90%  ini  perlu  dikeringkan  lagi  dengan  mesin  dehydrator sehinnga  didapat  bioethanol  dengan  kadar  minimal  99%  yang  disebut  dengan  Fuel  Grade  Bioethanol. Diagram alir proses pembuatan bioethanol sebagaimana gambar 1.
Enzim Alpha-Amylase Enzim Gluco-Amylase Dikupas Dicuci Digiling Liquifaksi 90-95 derajat C
Selama 2 jam Sakarifikasi Awal
60-66 derajat c selama 3 jam
Sakarifikasi Lanjut dan Fermentasi (SSF) 32 derajat c, 36 jam Pemisahan Serat dan Destilasi Dehidrasi (Molecular Sieve) Yeast, S, serevisiae Uap Kadar Etanol 90-92% Kadar Etanol 10% Air

## Gambar 1. Diagram Alir Pembuatan Bioethanol
Fuel grade ethanol adalah alkohol murni yang bebas air ( anhydrous alcohol ) dan berkadar lebih dari 99,5%.  Penggunaan  bioetanol  sebagai  bahan  bakar  kendaraan  bermotor  bervariasi  antara  blend  hingga bioetanol  murni.  Bioetanol  sering  disebut  dengan  notasi  “Ex”,  dimana  x  adalah  persentase  kandungan bioetanol dalam bahan bakar. Beberapa contoh penggunaan notasi “Ex” antara lain:
1. E100, bioetanol 100% atau tanpa campuran
2. E85, campuran 85% bioetanol dan bensin 15%
3. E5, campuran 5% bioetanol dan bensin 95%
Bioetanol dengan kandungan 100% memiliki nilai oktan (octane) RON 116 – 129, yang relatif lebih tinggi  dibandingkan  bahan  bakar  premium  dengan  nilai  oktan  RON  88.  Karena  nilai  oktan  yang  tinggi, bioetanol  dapat  digunakan  sebagai  pendongkrak  oktan  ( octane  booster )  untuk  bahan  bakar  beroktan rendah. Nilai oktan yang lebih tinggi pada bioetanol juga berpengaruh positif terhadap efisiensi dan daya mesin [4].
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  melakukan  rancang  bangun  mesin dehydrator bioethanol  yang mampu menghasilkan Fuel Grade Ethanol dengan menggunakan zeolit sintetis sebagai absorben.

## 2. BAHAN DAN METODE
Rancang  bangun  mesin  ini  dilakukan  melalui  tiga  tahapan,  yaitu:  (1)  Tahap  perancangan  (desain) alat  dehydrator  biorthanol;  (2)  Tahap  pembuatan  alat  dehydrator  berdasarkan  spesifikasi  yang  telah ditetapkan  ;  (3)  Pengujian  alat  dehydrator  yang    berorientasi  hasil  yaitu  bioetanol  minimal  berkadar sekitar 99%
Tahap satu yaitu tahap perancangan alat dehydrator , dilakukan kegiatan sebagai berikut: Mendesain bentuk,  dimensi  dan  material  yang  digunakan  untuk  tangki  pengisian  bahan  baku  model  bath  dengan kapasitas  10  liter.  Mendesain  bentuk,  dimensi  dan  material  yang  digunakan  untuk  kolom  dehydrasi  dua tingkat  dengan  kapasitas  zeolyt  syntetis  seberat  5  kg.  Mendesain  bentuk,  dimensi  dan  material  yang digunakan  untuk  kondensor.  Mendesain  bentuk,  dimensi  dan  material  yang  digunakan  untuk  rangka penopang.  Tahap  dua  yaitu  tahap  pembuatan    alat  dehydrator,  dilakukan  kegiatan  sebagai  berikut: Melakukan proses pembuatan dehydrator sesuai dengan spesifikasi yang sudah ditetapkan melalui proses permesinan  (pemotongan,  pembentukan,  penyambungan,  perakitan  dan finishing ).  Tahap  tiga  yaitu pengujian alat dehydrator hasil pengembangan  yang berorientasi  hasil  yaitu bioetanol  minimal berkadar sekitar 99% dilakukan kegiatan sebagai berikut:
Bahan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Bioethanol berkadar 93% hasil dari proses destilasi.  Absorben  yang  digunakan  adalah  Zeolit  sintetis  dengan  ukuran  3  Angstrom.  Alat  yang digunakan  adalah  mesin dehydrator yang  telah  selesai  dibuat  dengan  bentuk  dan  dimensi  sebagaimana gambar 2.
Proses  pengujian    dilakukan  dengan  tahapan  sebagai  berikut:  memasang  regulator  gas  elpiji  dan memastikan tidak ada kebocoran gas. Setelah itu memasang selang “A” dari tabung kondensor ke output pompa air (otomatis). Dan kemudia memasang dan menempatkan selang “B” diatas drum plastik dekat pompa  air.  Dilanjutkan  dengan  membuka  kran  pada  pompa  air,  lalu  menyalakan  pompa.  Biarkan  air mengalir dari drum ke kondensor dan balik lagi ke drum melalui selang “B”. Setelah itu mematikan kran, sampai pompa mati dengan sendirinya (otomatis). Pastikan tidak ada kebocoran air pada tiap sambungan selang  di  tabung  kondensor.  Memasukan  5  liter    atau  10  liter  bahan  ethanol  kadar  90-92  %  ke  dalam tangki,  lalu  menutup  kencang  menggunakan  kunci  pengencang.  Menyalakan  kompor,  untuk  awal pemanasan  agak  besar  apinya.  Selang  15-20  menit,  ketika  jarum  termometer  “B”  mulai  naik,  segera kecilkan api kompor, lalu buka kran pompa air ½ sampai  ¾-nya. Ethanol akan  mulai keluar dari output tabung kondensor, mempertahankan posisi suhu pada termometer sekitar 55-57°C. Di suhu tersebut kadar ethanol akan 99-100%. Pada akhir waktu penyulingan, suhu akan berkisar di 60-62°C. Di suhu ini, kadar ethanol akan sedikit menurun sekitar 97-98°C.
Proses pengujian dilaksanakan sebanyak dua kali dengan data sebagai berikut:
Pengujian I Bahan ethanol 92 %
: 10 liter
Banyak Zeolit : 5 kg Lama pemanasan awal : 18-20 menit Pengujian II
Bahan ethanol 92 % : 6 liter Banyak Zeolit
: 3 kg
Lama pemanasan awal : 10-15 menit

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Proses rancang bangun ini telah mengasilkan propotipe alat distilator bioethanol dengan kapasitas 10 liter.  Absorben  yang  digunakan  adalah  Zeolit  sintetis  dengan  ukuran  3  Angstrom.  Setelah  dilaksanakan pengujian pertama didapatkan data data sebagai berikut: Setelah mesin distilator dijalankan selama ± 20 menit,  temperatur  di  titik  B  sebesar  57-58°C  dan  dititik  A  67-68°C  mesin  menghasilkan  bioethanol sebanyak 1 liter dengan kadar 100 %. Setelah mesin distilator dijalankan selama ± 20 menit berikutnya, temperatur di titik B sebesar 57-58°C dan dititik A 67-68°C mesin menghasilkan bioethanol sebanyak 1 liter dengan kadar 100 %. Setelah mesin distilator dijalankan selama ± 20 menit berikutnya, temperatur di titik  B  sebesar  57-58°C  dan  dititik  A  67-68°C  mesin  menghasilkan  bioethanol  sebanyak  1  liter  dengan kadar  100  %.  Setelah  mesin  distilator  dijalankan  selama  ±  20  menit  berikutnya,  temperatur  di  titik  B sebesar 57-58°C dan dititik A 67-68°C mesin menghasilkan bioethanol sebanyak 1 liter dengan kadar 100 %.  Setelah  mesin  distilator  dijalankan  selama  ±  20  menit  berikutnya,  temperatur  di  titik  B  sebesar  57- 58°C dan dititik A 67-68°C mesin menghasilkan bioethanol sebanyak 1 liter dengan kadar 100 %. Setelah mesin distilator dijalankan selama ± 20 menit berikutnya, temperatur di titik B sebesar 59°C dan dititik A 68-69°C  mesin  menghasilkan  bioethanol  sebanyak  1  liter  dengan  kadar  100  %.  Setelah  mesin  distilator dijalankan selama ± 20 menit berikutnya, temperatur di titik B sebesar 60°C dan dititik A 69-70°C mesin menghasilkan bioethanol sebanyak 1 liter dengan kadar 100 %. Setelah mesin distilator dijalankan selama ±  20  menit  berikutnya,  temperatur  di  titik  B  sebesar  60°C  dan  dititik  A  69-70°C  mesin  menghasilkan bioethanol  sebanyak  1  liter  dengan  kadar  100  %.  Dan  setelah  mesin  distilator  dijalankan  selama  ±  20 menit  berikutnya,  temperatur  di  titik  B  sebesar  62°C  dan  dititik  A  72-79°C  mesin  menghasilkan bioethanol sebanyak 1 liter dengan kadar 100 %. Hasil lengkap pengujian sebagaimana Tabel 1.

## Tabel 1. Hasil pengujian yang dilakukan
Waktu (Menit) Temperatur (0C) Hasil Titik A (Tangki) Titik B (Kondensor) Kadar (%) Vol (Liter) 20 67 – 68 57 - 58 100 1 40 67 – 68 57 - 58 100 1 60 67 – 68 57 - 58 100 1 80 67 – 68 57 - 58 100 1 100 67 – 68 57 - 58 100 1 120 67 – 68 58 - 59 100 1 140 69 – 70 59 - 60 100 1 160 69 – 70 59 - 60 99,5 1 180 70 – 78 60 - 61 98 1 99,72 9

## 4. KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  ini  dapat  disimpulkan  bahwa  telah  dikembangkan  alat  dehydrator  bioethanol dengan  spesifikasi  sebagai  berikut:  diameter  tangki  300  mm,  tinggi  tangki  250  mm,  terbuat  dari  bahan stainles  steel  A304  dengan  ketebalan  2  mm.  Bagian  tabung  I  terbuat  dari  pipa  stainless  steel  dengan diameter  100  mm  dan  tinggi  600  mm.  Tebal  dari  pipa  tersebut  adalah  2  mm.  Tabung  II  terbuat  dari stainless steel yang mempunyai diamater 100 mm dan tinggi 300 mm dengan ketebalan 2 mm. Kondensor dirancang  berdiameter  100  mm  dan  tinggi  600  mm.  Berdasarkan  hasil  pengujian  yang  dilakukan menunjukkan bahwa mesin dehydrator tersebut mampu menghasilkan bioethanol berkadar 99,72%..

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  terutama  ditujukan  Direktorat  Pendidikan  Tinggi  yang  telah  mendanai penelitian ini. Ucapan terima kasih dapat juga disampaikan kepada pihak Universitas Muria Kudus yang membantu pelaksanaan penelitian.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Hambali, Eliza, dkk, 2007, Teknologi Bioenergi, Jakarta, ArgoMedia Pustaka Putra, P, Y, D, 2010, Analisa  perbandingan  unjuk  kerja  motor  berbahan  bakar  premium  dan  campuran  premium bioethanol (BE30, BE50, BE70, BE90),Fakultas Teknik, Universitas Panca Sakti, Tegal.
[2] Puji Lestari, dkk, 2007, Pengaruh Penggunaan Bahan Bakar Bioetanol Terhadap Emisi  Gas Buang Kendaraan  Bermotor  Mesin  Bensin  (otto)  Pada  Siklus  Urban  (UC)  dan  Ekstra  Urban  (EUC), Departemen  Teknik  Lingkungan  dan  Teknik  Mesin,  Institut  Teknologi  Bandung  (ITB), BandungWei-Dong Hsieh, Rong;Hong Chen, Tsung;Lin Wu, Ta;Hui Lin,  Engine Performance and Pollutant  Emission  of  an  SI  Engine  Using  EthanolD  Gasoline  Blended  Fuels,  Atmospheric Environment 2002; 36 : 403;410
[3] Andriko D, haholongan, 2009, Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk kerja Motor Bakar Berbahan Bakar  Primium  Dengan  Campuran  Premium-bioetanol  (Gasohol  BE-35  Dan  BE-40),  Departemen Teknik  Mesin,  Fakultas  Teknik,  Universitas  Sumatra  Utara,  MedanSusilo,  Sigit,  2009,  Rancangan dan uji kinerja alat distilasi etanol dengan metode rektifikasi, Departemen Teknik Pertanian, Institut Pertanian Bogor, Bogor.
[4] Devanta  Bayu  Prasetyo,  Fajar  Patriayudha,  Pemakaian  Gasohol  sebagai  Bahan  Bakar  Pada Kendaraan  Bermotor,  Jurusan  Teknik  Kimia,  Universitas  Diponegoro,  Semarang  Prasetyo,  D, B,dkk,  2009,  Pemakaian  Gasohol  sebagai  bahan  bakar  pada  kendaraan,  Jurusan  Teknik  Kimia, Universitas Diponegoro, Semarang.