Analisis Dimensional Pada Proses Pencampuran Dalam Static Mixing Reactor (Smr) Untuk Produksi Biodiesel

ANALISIS DIMENSIONAL PADA PROSES PENCAMPURAN
DALAM STATIC MIXING REACTOR (SMR) UNTUK
PRODUKSI BIODIESEL

AKHMAD IRFAN

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa TESIS berjudul Analisis Dimensional
pada Proses Pencampuran dalam Static Mixing Reactor (SMR) untuk Produksi
Biodiesel adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2016
Akhmad Irfan
NIM F151120081

RINGKASAN
AKHMAD IRFAN. Analisis Dimensional pada Proses Pencampuran dalam Static
Mixing Reactor (SMR) untuk Produksi Biodiesel. Dibimbing oleh
ARMANSYAH H TAMBUNAN dan DESRIAL.
Biodisel merupakan bahan bakar pengganti minyak diesel yang diperoleh
dari minyak nabati ataupun hewani. Proses pembuatan biodiesel dikenal dengan
proses transesterifikasi, yaitu merupakan reaksi kimia antara trigliserida dan
alkohol rantai pendek ditambah dengan katalis untuk menghasilkan monoester dan
gliserin. Pembuatan biodiesel dapat dilakukan dengan menggunakan reaktor
berpengaduk statis atau static mixing reactor (SMR). Faktor kunci yang
mempengaruhi aliran dalam reaktor berpengaduk statis adalah pressure drop.
Penggunaan elemen pengaduk yang berbentuk heliks dalam reaktor berpengaduk
statis mampu menimbulkan pressure drop yang besar. Dengan mengestimasi
besarnya pressure drop dapat digunakan untuk perencanaan desain yaitu untuk
menghitung kebutuhan pompa yang akan digunakan.

Faktor-faktor lain yang beprengaruh terhadap aliran di dalam SMR dapat
ditentukan dengan menggunakan analisis dimensional. Analisis dimensional
merupakan metode yang digunakan untuk menyederhnakan gejala fisik. Analisis
dimensional mampu menghilangkan variabel-variabel yang tidak diperlukan,
dengan demikian dari analisis dimensional dapat diperoleh parameter yang benarbenar beprengaruh dalam SMR dan untuk mengoptimalkan energi yang digunakan
dalam pembuatan biodiesel menggunakan SMR kontinyu. Tujuan dari penelitian
ini adalah untuk menganalisis pressure drop akibat dari SMR kontinyu dalam
proses pembuatan biodiesel dan juga mengkaji penghematan kerja yang dapat
dilakukan dalam proses tersebut.
Dengan identifikasi menggunakan metode Gas Cromatography (GC)
terhadap hasil biodiesel dalam proses transesterifikasi menggunakan SMR
kontinyu dengan katalis 0.3% dan 0.5% pada tiap-tiap modul terjadi peningkatan
jumlah metil ester pada tiap modulnya. Penambahan elemen pengaduk di dalam
modul meningkatkan pressure drop yang mengakibatkan peningkatan
irreversibilitas. Persamaan matematis yang diperoleh dari analisis dimensional
terhadap parameter lainnya adalah
(

)

(

)

Total irreversibilitas akibat elemen pengaduk statis adalah 0.237 W, dan dianggap
sebagai nilai ketak-mampu-balikan yang dapat diminimalkan melalui rancangan
elemen pengaduk statik yang lebih baik.

Kata kunci: Static mixing reactor, analisis dimensional, analisis eksergi, pressure
drop

SUMMARY
AKHMAD IRFAN. Dimensional Analysis in Static Mixing Reactor for Biodiesel
Production. Supervised by ARMANSYAH H TAMBUNAN and DESRIAL.

Biodiesel is a subtitution fuel for the diesel oil that derived from vegetable
or animal oil. The process of biodiesel production is known as transesterification
process, which is a chemical reaction between triglycerides and short-chain
alcohol coupled with a catalyst to produce monoester and glycerin. Biodiesel
production can be performed using static mixing reactor (SMR). Key factor that

affect the flow in the static mixing reactor was pressure drop. The use of the
helical mixer elements in the static mixing reactor can caused a large pressure
drop. By estimating the pressure drop can be used for design planning to calculate
the pump needs which will be used.
Other factors that affect the flow in the SMR can be determined using
dimensional analysis. This analysis is a method used to moderate the physical
symptoms. The dimensional analysis can also eliminate variables that are not
needed, thus from the dimensional analysis can be obtained the parameters which
really affect in the SMR and optimize the energy used in the manufacture of
biodiesel using continuous SMR. The purpose of this study was to analyze the
pressure drop as a result of continuous SMR in the process of biodiesel making,
and also examine the labor savings that can be done in the process.
By the identification using Gas Cromatography (GC) method on the
results of biodiesel in a transesterification process using the continuous SMR with
0.3% and 0.5% catalyst in each module happened an increasing number of methyl
ester in each module. The addition of a stirrer element in the module increased the
pressure drop resulting in increased irreversibility. Mathematical equations
derived from dimensional analysis to the other parameters are
(

)

(

)

The total of irreversibility due to static mixer element was 0.237 W, and it was
regarded as irreversibility value that can be minimized through the design of
better static mixer elements.

Keywords: Static mixing reactor, dimensional analysis, exergy analysis, pressure
drop

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB

Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

iii

ANALISIS DIMENSIONAL PADA PROSES PENCAMPURAN
DALAM STATIC MIXING REACTOR (SMR) UNTUK
PRODUKSI BIODIESEL

AKHMAD IRFAN

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR

2016

ii

Penguji pada Ujian Tesis: Dr Ir Edy Hartulistiyoso Msc Agr

iii
Judul
Nama
NIM

: Analisis Dimensional pada Proses Pencampuran dalam Static
Mixing Reactor (SMR) untuk Produksi Biodiesel
: Akhmad Irfan
: F151120081

Disetujui oleh
Komisi Pembimbing

Prof Dr Ir Armansyah H Tambunan, MAgr

Ketua

Dr Ir Desrial, MEng
Anggota

Diketahui oleh

Ketua Program Studi
Teknik Mesin Pertanian dan
Pangan

Dekan Sekolah Pascasarjana

Dr Ir Y Aris Purwanto, MSc

Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr

Tanggal Ujian:
23 Juni 2016

Tanggal Lulus:

iv

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya. Tema yang dipilih dalam penelitian ini ialah ketahanan
energi, dengan judul Analisis Dimensional pada Proses Pencampuran dalam Static
Mixing Reactor (SMR) untuk Produksi Biodiesel.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Prof Dr Ir Armansyah H
Tambunan, MAgr dan Bapak Dr Ir Desrial, MEng selaku pembimbing yang telah
banyak memberi saran, Bapak Dr Ir Edy Hartulistiyoso, Msc Agr selaku dosen
penguji dalam ujian tesis dan juga Bapak Dr Ir Wawan Hermawan, MS selaku
perwakilan Ketua Program Studi TMP pada ujian tesis. Ungkapan terima kasih
juga disampaikan kepada ayah, ibu, istri serta teman-teman TMP 2012, lab.
Pindah Panas & Masa dan Wisma AL Fath atas segala doa dan dukungannya.
Semoga penelitian ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Bogor, Agustus 2016
Akhmad Irfan

v

DAFTAR ISI
DAFTAR ISI

v

DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vii

DAFTAR SINGKATAN

vii

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian

1
1
2
2
2
2

2 TINJAUAN PUSTAKA
Bahan Bakar Biodiesel
Static Mixing Reactor (SMR)
Mekanika Fluida
Analisis Dimensional
Analisis Eksergi

2
2
5
6
6
7

3 METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Alat dan Bahan
Metode Pengukuran Tekanan
Analisis Dimensional
Analisis Eksergi

8
8
8
13
14
16

4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Produksi Biodiesel dengan SMR Kontinyu
Pengaruh Pengaduk Statis terhadap Pressure Drop (ΔP)
Analisis Dimensional
Analisis Eksergi

17
17
18
21
24

5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran

24
24
25

UCAPAN TERIMA KASIH

25

DAFTAR PUSTAKA

25

LAMPIRAN

29

LAMPIRAN

29

RIWAYAT HIDUP

46

vi

DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8

Kondisi operasi
Lambang dan dimensi parameter yang berpengaruh dalam SMR
Kadar metil ester hasil transesterifikasi dengan menggunakan
konsentrasi katalis yang berbeda.
Pengaruh SMR terhadap sifat fisik dan sifat mekanik campuran minyak
dalam proses transesterifikasi
Substitusi data ke dalam bentuk π
Ln π
Validasi persamaan
Irreversibilitas akibat perubahan tekanan

14
15
18
21
22
22
22
24

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

Persamaan Kimia Reaksi Transesterifikasi
Contoh berbagai disain static mixing
Prototype SMR kontinyu
Tangki
Pompa
Flowmeter
Rangkaian modul reaktor SMR
Elemen pengaduk statis
Elemen pengaduk statis 180o
Control panel
Hybrid recorder
Reaktor yang telah diisolasi
Skematik SMR kontinyu
Satu buah modul reaktor berpengaduk statis
Titik-titik pengambilan data tekanan
Skema sistem dalam SMR
Campuran minyak hasil produksi biodiesel menggunakan SMR kotinyu
Pressure drop yang terjadi pada pipa tanpa pengaduk dan dengan
pengaduk statis (SMR)
Pressure drop yang terjadi di masing-masing modul pada pipa tanpa
pengaduk dan dengan pengaduk statis (SMR)
Perubahan viskositas dinamik akibat penggunaan reaktor berpengaduk
statis (SMR)
hubungan antara dP dengan kadar metil ester hasil transesterifikasi
menggunakan katalis 0.5%
Hubungan antara ΔP dengan Lpn /D
Hubungan antara ΔP dengan 1/Re

3
5
8
9
9
10
11
11
11
12
12
12
13
13
14
16
17
19
19
20
21
23
23

vii

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Perhitungan laju aliran massa dan kebutuhan katalis
Analisis Dimensional
Syarat mutu biodiesel
Desain static mixing reactor
Tabung reaktor
Static mixer
Heater 1
Heater 2
Tangki minyak
Tangki MeOH
Rangka
Belokan
Tangki katalis

DAFTAR SINGKATAN
Ar
: Rasio Lp dengan D
Cf
: Faktor gesekan
D
: Diameter pipa
DG
: Digliserida
ΔP
: Perubahan tekanan atau pressure drop
θ
: Sudut puntiran elemen
Exch : Eksergi kimia
Exkn : Eksergi kinetik
Exph : Eksergi fisika
Expt : Eksergi potesial
FAME : Fatty Acid Methyl Ester
FFA : Free fatty acids
GC
: Gas chromatography
: Entalpi
I
: Eksergi yang digunakan yang diakibatkan oleh irreversibilitas
Le
: Panjang elemen
Lpn
: Panjang reaktor
μ
: Viskositas dinamik
̇
: Laju aliran massa
ME : Methyl ester
MG : Monogliserida
ρ
: Densitas
P
: Tekanan
: Kalor
: Konstanta gas ideal
Re
: Bilangan reynold
: Irreversibilitas
: Entropi
Sgen
: Entropy generation
SMR : Static mixing ractor atau reaktor berpengaduk statis

30
32
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45

viii
T
TG
v

: Suhu
: Trigliserida
: Kecepatan aliran di dalam pipa

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Biodisel merupakan bahan bakar pengganti minyak diesel yang diperoleh
dari minyak nabati ataupun hewani. Minyak jarak dan minyak kelapa sawit
merupakan bahan pembuat biodiesel yang paling banyak tersedia di Indonesia.
Proses pembuatan biodiesel dikenal dengan proses transesterifikasi, yaitu
merupakan reaksi kimia antara trigliserida dan alkohol rantai pendek ditambah
dengan katalis untuk menghasilkan monoester dan gliserin (Moser 2009).
Pembuatan biodiesel dapat dilakukan dengan menggunakan reaktor
berpengaduk statis atau static mixing reactor (SMR). Menurut Alamsyah et al.
(2010) pembuatan biodiesel dengan menggunakan SMR membutuhkan energi
yang lebih kecil (1812.60 kJ/kg) dibandingkan dengan menggunakan blade
agitator (2212.32 kJ/kg). Selain itu laju reaksi transesterifikasi dengan
menggunakan SMR lebih cepat dibandingkan dengan menggunakan blade
agitator pada awal proses. SMR mampu menurunkan penggunaan katalis KOH
menjadi 0.5%. Untuk memperoleh hasil biodiesel dengan kadar metil ester yang
sesuai dengan SNI dengan katalis KOH sebesar 0.5% diperlukan waktu reaksi
selama 44 menit dengan suhu reaksi 60 oC (Panggabean 2011). Dengan katalis
yang sama, penggunaan SMR sistem semi kontinyu menghasilkan biodiesel
berkadar metil ester sesuai dengan SNI jika dilewatkan 4 kali atau setara dengan
menggunakan 8 reaktor dengan masing-masing reaktor terdiri dari 6 elemen
pengaduk (Soolany et al. 2015).
Thakur et al. (2003) menyatakan bahwa faktor kunci yang mempengaruhi
aliran dalam reaktor berpengaduk statis adalah pressure drop. Menurut Song &
Han (2005) penggunaan elemen pengaduk yang berbentuk helix dalam reaktor
berpengaduk statis mampu menimbulkan pressure drop yang besar. Dengan
mengestimasi besarnya pressure drop dapat digunakan untuk perencanaan desain
yaitu untuk menghitung kebutuhan pompa yang akan digunakan.
Faktor-faktor lain yang beprengaruh terhadap aliran di dalam SMR dapat
ditentukan dengan menggunakan analisis dimensional. Analisis dimensional
merupakan metode yang digunakan untuk menyederhnakan gejala fisik. Bridgman
(1922) menyatakan bahwa penggunaan utama dari analisis dimensional untuk
menyimpulkan dari studi dimensi variabel dalam keterbatasan sistem fisik tertentu
pada bentuk hubungan yang mungkin antara variabel. Inti dari analisis dimensi
adalah konsep kesamaan. Analisis dimensional mampu menghilangkan variabelvariabel yang tidak diperlukan, dengan demikian dari analisis dimensional dapat
diperoleh parameter yang benar-benar beprengaruh dalam SMR dan untuk
mengoptimalkan energi yang digunakan dalam pembuatan biodiesel
menggunakan SMR kontinyu.

2

Perumusan Masalah
Reaksi transeserifikasi pada pembuatan biodisel secara katalitik
membutuhkan pengadukan untuk meningkatkan frekuensi tumbukan sehingga
FFA/trigliserida dan metanol/etanol mampu bereaksi dengan baik. Pengadukan
dengan static mixer diharapkan mampu menghasilkan biodiesel yang sesuai
dengan standar SNI dan dapat bekerja secara kontinyu. Panggabean (2011)
menyatakan bahwa penggunaan static mixing reactor mampu menurunkan
penggunaan katalis. Pada penelitian tersebut reaksi transesterifikasi dapat
dilakukan dengan baik dengan menggunakan katalis KOH 0.4%. Dalam
Nitamiwati (2013) dinyatakan bahwa pada penggunaan elemen sudut puntiran
240o lebih efektif dibandingkan dengan elemen sudut puntiran 120o dan 180o.
Untuk lebih memahami pencampuran pada penggunaan static mixing reactor
dalam produksi biodiesel maka penelitian ini dilakuan.

Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pressure drop akibat dari static
mixing reactor kontinyu dalam proses pembuatan biodiesel dan juga mengkaji
penghematan kerja yang dapat dilakukan dalam proses tersebut.

Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan mampu menghasilkan prototype static
mixing reactor yang dapat menghasilkan biodiesel secara kontinyu yang sesuai
dengan standar SNI dan diperoleh parameter-parameter dimensional yang
berpengaruh di dalamnya sehingga dapat menjadi acuan dalam pembuatan
biodiesel dengan menggunakan SMR dalam skala industri.

Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dari penelitian ini adalah melakukan analisis terhadap proses
pencampuran yang terjadi di dalam static mixing reactor.

2 TINJAUAN PUSTAKA
Bahan Bakar Biodiesel
Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif untuk motor diesel yang
dihasilkan dari reaksi kimia minyak nambati atau lemak hewani dengan alkohol.
Alkohol yang paling sering digunakan dalah metanol dan etanol. Alkohol lain
yang dapat digunakan meliputi propanol, butanol, isopropanol, dan oktanol,
namun biaya penggunaan alkohol tersebut jauh lebih tinggi. Penggunaan metanol

3

dibandingkan etanol didasarkan pada biayanya yang lebih murah, lebih reaktif dan
asam lemak metil ester (FAME) yang dihasilkan lebih volatil dibandingkan
dengan asam lemak etil ester (FAEE). Karakteristik FAME dan FAEE memiliki
sedikit perbedaan yaitu FAEE memiliki fiskositas yang sedikit lebih tinggi
dibandingkan dengan FAME dan juga memiliki titik kabut yang seikit lebih
rendah (Bozbas 2008). Biodiesel lebih aman dalam penanganannya dan dalam
pendistribusiannya karena biodegradable seperti gula dan memiliki titik nyala
tinggi dibandingkan dengan bahan bakar diesel dari minyak bumi. Biodiesel dapat
digunakan sendiri atau dicampur dengan minyak solar. Campuran yang paling
umum adalah campuran dari 20% biodiesel dengan minak solar 80%, atau B20,
namun untuk aplikasi komersial digunakan biodiesel maksimum 5.75%
(Demirbas 2007).
Minyak nabati atau lemak hewani umumnya merpakan ester dari asam
monokarboksilat jenuh dan tidak jenuh dengan trihydric alcohol glyceride. Ester
ini disebut juga trigliserida yang dapat bereaksi dengan alkohol engan adanya
katalis yang dikenal juga sebagai reaksi transesterifikasi. Bentuk sederhana dari
reaksi transesterifikasi disajikan dalam Gambar 1 dengan R1, R2 dan R3 adalah
hidrokarbon rantai panjang atau rantai asam lemak. Ma dan Hanna (1999)
menyatakan bahwa jika trigliserida diubah bertahap menjadi digliserida,
monogliserida dan akhirnya menadi gliserol, terdapat 1 mol ester dibebaskan
dalam setiap langkah.

Gambar 1 Persamaan Kimia Reaksi Transesterifikasi (Ma dan Hanna
1999)
Trigliserida dalam proses transesterfkasi berubah menjadi gliserol dalam tiga
tahapan proses yaitu tahap pertama trigliserida bereaksi dengan metanol akan
membentuk digliserida dan FAME (Persamaan 1), selanjutnya digliserida bereaksi
dengan metanol menghasilkan monogliserida dan FAME (Persamaan 2), dan
tahap ke-3 monogliserida bereaksi dengan metanol menghasilkan gliserol dan
FAME (Persamaan 3). Reaksi secara keseluruhan dari proses transesterifikasi
ditunjukkan seperti pada Persamaan 4.
TG + MeOH
DG + ME
(1)
DG + MeOH

MG + ME

(2)

MG + MeOH

GL + ME

(3)

4

TG + 3 MeOH

3FAME + Gliserol

(4)

Reaksi transesterifikasi dapat ditingkatkan dengan meningkatkan suhu
reaksi dan pengadukan yang kuat. Peningkatakn suhu akan meningkatkan laju
reaksi secara eksponensial dan dapat memungkinkan reaktan menjadi lebih larut
(miscible). Namun demikian suhu operasi dibatasi oleh titik didih alkohol yang
digunakan sebagai reaktan (Helwani et al. 2008). Dalam studi yang dilakukan
Darnoko dan Cheryan (2000) mengenai kinetika transesterifikasi minyak sawit
dalam reaktor batch menunjukkan bahwa laju proses transesterifikasi meningkat
dengan meningkatnya suhu. Kinetika reaksi bergantung pada konstanta nilai
individu untuk konversi dari trigliserida menjadi digliserida, monogliserida dan
alkohol ester. Konversi trigliserida menjadi digliserida terjadi paling lambat dalam
transesterifikasi berdasarkan nilai konstantanya. Waktu yang dibutuhkan untuk
transfer massa terjadi lebih singkat dengan meningkatnya suhu yang mengarah
pada tingkat transesterifikasi yang lebih tinggi.
Metode produksi biodiesel yang paling umum adalah dengan metode
katalitik. Pemilihan katalis tergantung dari jumlah asam lemak bebas (FFA) yang
terdapat pada minyak. Secara umum katalis terdiri dari tiga jenis yaitu katalis
asam, basa dan enzim. Untuk trigliserida dengan FFA yang rendah, katalis basa
memberikan konversi yang lebih baik dan waktu yang lebih singkat sedangkan
trigliserida dengan kandungan FFA yang tinggi lebih cocok menggunakan katalis
asam. Berdasarkan reaksi stoikiometri pada transesterifikasi membutuhkan 1 mol
trigliserida dan 3 mol alkohol, namun penggunaan alkohol dilebihkan untuk
menggerakkan reaksi bolak-balik ke depan dan juga meningkatkan hasil dari alkil
ester dan juga membantu pemisahan gliserol (Schuchardta et al. 1998).
Saat ini umumnya produksi biodiesel dilakukan menggunakan reaktor
batch. Pabrik yang menggunakan reaktor ini mampu menghasilkan antara 500
sampai dengan 1000 ton biodiesel per tahun. Jumlah ini dapat ditingkatkan
dengan menerapkan pengolahan secara kontinyu. Produksi biodiesel secara
kontinyu mampu menghasilkan biodiesel dengan jumlah yang lebih besar dan
lebih murah namun produksi secara batch lebih murah dalam membangun pabrik
dan lebih mudah dalam mengubah bahan baku dan juga reaksi dalam reaktor.
Namun demikian produksi secara kontinyu dapat menjamin keberlanjutan
pasokan dan biaya produksi yang lebih rendah dengan meningkatkan volume
produksi (Helwani et al. 200).
Pengadukan yang kuat dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan laju
tumbukan antar reaktan untuk menghomogenkan campuran. Pengadukan yang
kuat dapat meningkatkan laju perpindahan massa dengan mendispersikan tetesan
halus alkohol dalam fase trigliserida sehingga meningkatkan luas permukaan
kontak antara dua reaktan yang immiscible (Stamenkovic et al. 2007). Dalam
sebuah studi tentang pengaruh kecepatan impeller (300-700 rpm) dan suhu reaksi
(25 dan 65°C) pada transesterifikasi minyak bunga matahari selama periode 1
menit, diperoleh bahwa pembentukan metil ester meningkat dengan meningkatnya
kecepatan impeller dari 300 s.d. 600 rpm. Konversi trigliserida mencapai nilai
maksimum pada 600 rpm. Tingkat pembentukan metil ester juga meningkat
karena dengan meningkatnya suhu reaksi dari 25 hingga 65° C (Vicente et al.
2005).

5

Static Mixing Reactor (SMR)
Ide awal dari static mixer berasal dari transformasi Baker dengan
mengulang pemotongan, menyesuaikan kembali, dan menumpuk material untuk
memperoleh potongan yang bertumpuk-tumpuk. Static mixer merupakan pipa
silinder dengan elemen mixing di dalamnya. Mixing elemen dibentuk spiral
memutar yang masing-masing membagi pipa menjadi dua saluran berbentuk
setengah lingkaran memutar. Aliran dalam pipa dikendalikan oleh gradien tekanan
(Galaktionov et al. 2003). Gambar beberapa disain static mixer tersaji pada
Gambar 2.
Alamsyah et al. (2010) melakukan penelitian mengenai kombinasi
penggunaan static mixer dengan blade agitator untuk pembuatan biodiesel. Static
mixer berfungsi untuk mempermudah kerja katalis dalam mempercepat terjadinya
reaksi antara trigliserida dan metanol melalui proses pengadukan yang dilakukan
oleh elemen statis. Cara kerja SMR adalah dengan meningkatkan turbulensi aliran
campuran trigliserida dan metanol sehingga partikel-partikel dari campran
menjadi lebih kecil dan lebih mudah bercampur. Semakin besar tumbukan yang
terjadi, maka reaksi antar partikel juga semakin besar, dan kontak antar bidang
permukaan partikel akan semaking sering (Panggabean 2011).
Mekanisme pencampuran fluida dengan static mixer terdiri dari: splitting
(pembagian), stretching (peregangan), reordering (pembalikan), dan recombine
(pencampuran) (Kandhai et al. 1999). Jumlah lapisan yang terbentuk oleh static
mixer setara dengan 2n dengan n adalah jumlah elemen mixer, jika dalam 1 reaktor
terdapat 6 elemen mixer maka akan terbentuk sebanyak 32 lapisan.

Gambar 2 Contoh berbagai disain static mixing, A: “standard” susunan
kanan-kiri dengan puntiran blade 180o (RL-180); B:
susunan kanan-kanan dengan arah puntiran blade yang
sama (RR-180); C: (RL-120) susunan kanan kiri dengan
puntiran blade 120o (Galaktionov et al. 2003).
Fluida yang mengalir terus-menerus melewati elemen static mixer akan
mengalami pencampuran dan pengadukan seolah-olah telah mengalami
pengadukan secara batch konvensional dalam tangki (Admix 2014). Keberhasilan
proses pencampuran tergantung pada beberapa variabel antara lain sifat fluida,

6

diameter dalam tabung, jumlah elemen, dan disain. Disain geometrik alat yang
tepat dapat menghasilkan pola pembagian aliran dan pencampuran radial
sekaligus.

Mekanika Fluida
Mekanika fluida adalah bidang ilmu yang mengkaji perilaku dari zat-zat cair
dan gas dalam keadaan diam ataupun bergerak sedangkan fluida merupakan zat
yang berdeformasi terus-menerus selama dipengaruhi suatu tegangan geser.
Kajian mengenai mekanika fluida melibatkan hukum-hukum dasar fisika seperti
hukum Newton tentang gerak, kekekalan massa, dan hukum pertama & kedua
termodinamika. Mekanika fluida secara umum dibagi menjadi dua yaitu statika
fluida dan dinamika fluida. (Munson et al. 2004). Pencampuran antara trigliserida
dan metanol dapat dikaji dengan mekanika fluida seperti kecepatan aliran fluida
dalam proses pencampuran, viskositas, dan pressure drop.
Aliran fluida dapat dibedakan menjadi 2 (dua) macam yaitu aliran laminar
yang merupakan aliran dengan gerak secara teratur menurut lintasan lurus dan
aliran turbulen dengan gerak aliran secara tidak teratur. Menurut Reynolds, ada
tiga faktor yang mempengaruhi keadaan aliran yaitu kekentalan zat cair (μ), rapat
masa zat cair (ρ), dan diameter pipa (D). Reynodls menunjukan bahwa aliran
dapat diklasifikasikan berdasarkan suatu angka tertentu yang disebut dengan
angka Reynolds seperti yang diformulakan pada persamaan 5 (Triatmojo 1996).
(5)
Viskositas merupakan kemampuan fluida menahan geseran atau tergeser
terhadap lapisan-lapisannya. Pada fluida yang berbeda, makin viskos fluida
tersebut maka semakin besar gaya yang diperlukan. Pada zat cair, viskositas
disebabkan oleh gaya kohesi antar molekul. Sedangkan pada gas, viskositas
disebabkan oleh tumbukan antar molekul (Giancoli 2005). Fluida yang berbeda
memiliki viskositas yang berbeda pula. Viskositas dipengaruhi oleh temperatur,
viskositas cairan menurun dengan naiknya temperatur (Munson et al. 2004).
Pada aliran fluida yang mengalir dalam pipa akan terjadi penurunan tekanan
atau pressure drop. Pressure drop (ΔP) dipengaruhi oleh gaya gesek yang
disebabkan oleh tahanan di dalam pipa. Faktor utama yang mempengaruhi
tahanan terhadap aliran adalah kecepatan aliran dan viskositas fluida (Bell dan
Muller 2001).

Analisis Dimensional
Analisis dimensi merupakan metode yang digunakan untuk
menyederhnakan gejala fisik. Bridgman (1969) menyatakan bahwa penggunaan
utama analisis dimensi untuk menyimpulkan dari studi dimensi variabel dalam
keterbatasan sistem fisik tertentu pada bentuk hubungan yang mungkin antara
variabel. Inti dari analisis dimensi adalah konsep kesamaan. Dalam konsep fisika,
kesamaan mengacu pada beberapa kesetaraan antara dua hal atau fenomena yang
berbeda.

7

Keuntungan dari penggunaan analisi dimensi adalah mampu menghemat
waktu dan biaya. Analisis dimensi mampu menghilangkan variabel-variabel yang
tidak diperlukan sehingga variabel-variabel tersebut tidak perlu dianalisis. Selain
itu analisis dimensi juga mampu memberikan hukum penyekalaan yang dapat
mengalihkan data dari model kecil yang murah ke informasi rancang bangun
untuk membuat prototype yang besar dan mahal.
Teorema pi atau Buckingham -  merupakan salah satu metode analisis
dimensi. Pi diambil dari notasi matematika π, yang berarti perkalian variabelvariabel. Kelompok-kelompok bilangan tak berdimensi yang didapatkan dari
teorem ini berupa perkalian pangkat yang dinyatakan dengan π1, π2, π3, dan
seterusnya. Dalam teorema pi terdapat n besaran dengan m dimensi, dengan
besaran-besaran tersebut dapat diatur dalam n-m parameter tanpa-dimensi yang
bebas. Jika besaran-besaran yang bersangkutan dalam sebuah fenomena adalah A1,
A2, A3, ... , An maka dapat dihubungkan dalam hubungan fungsional menjadi
F(A1 , A 2 , A 3 , ... , A n ) = 0
(6)
Jika π1, π2, π3, ... , menunjukkan kelompok-kelompok tanpa dimensi dari besaranbesaran A1, A2, A3, ... , maka dengan tersangkutnya m dimensi, terdapat
persamaan yang berbentuk
f ( 1 ,  2,  3 , ... ,  n -m) = 0

(7)

Untuk menentukan parameter-parameter π dipilih m buah besaran A dengan
diensi-dimensi yang berlainan dengan diantaranya terkandung m dimensi tersebut.
Parameter π dapat disusun sebagai
(8)
sampai dengan

Dalam persamaan-persamaan ini pangkat-pangkat
sedemikian hingga tiap π tidak berdimensi.

harus

ditentukan

Analisis Eksergi
Hukum Termodinamika I menjelaskan tentang konsep kekekalan enenrgi.
Energi tidak dapat dimusnahkan tapi dapat dirubah dari suatu bentuk ke bentuk
lain. Hukum Termodinamika II merupakan penjelasan dari hukum pertama yang
meliputi xergy dan entropi. Eksergi merupakan kerja maksimu teoritis yang
mampu diperoleh saat sistem tersebut berinteraksi dalam mencapai kesetimbangan
(Moran dan Shapiro 2004). Analisis eksergi merupakan alat yang sangat berguna
untuk menyajikan perbedaan antara kehilangan energi dengan irreversibilitas
dalam suatu proes (Utlu dan Hepbasli 2009). Analisis eksergi merupakan alat
yang telah banyak digunakan untuk menilai status energi dari proses termal dari
sudut pandang termodinalika (Tambunan et al. 2010). Eksergi total dari sebuah
sistem dapat diperoleh dari empat komponen yang meliputi eksergi fisika (Ex ph),

8

eksergi kinetik (Exkn), eksergi potesial (Expt) dan eksergi kimia (Exch) (Utlu dan
Hepbasli 2007).
(9)
Eksergi tidak dapat dikekalkan namun dimusnahkan oleh irreversibilitas.
Suatu keadaan batas adalah jika seluruh eksergi dimusnahkan. Hal ini dapat
terjadi jika suatu sistem dibiarkan mengalami perubahan spontan ke keadaan mati
tanpa kemampuan memperoleh kerja (Moran dan Shapiro 2004). Besarnya eksergi
yang digunakan dalam suatu proses yang diakibatkan oleh irreversibilitas
disajikan sebagai
(

)

Dengan Sgen adalah entropy generation.

3 METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Januari 2015 hingga Juni 2015.
Pengujian dan analisis laboratorium dilakukan di Laboratorium Pindah Panas dan
Masa, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor.

Alat dan Bahan
Peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah prototipe SMR
kontinyu dengan 5 modul yang masing-masing modulnya memiliki 12 elemen
pengaduk berbentuk heliks 180o sebagaimana tersaji pada Gambar 3. Skematik
SMR yang digunakan dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 13.

Gambar 3 Prototype SMR kontinyu

9

Static mixing reaktor (SMR) terdiri dari beberapa bagian utama meliputi: 1)
tangki, 2) pompa, 3) flowmeter, 4) reaktor, 5) heater, 6) control panel dan
termostat digital, 7) termokopel dan hybrid recorder dan 8) isolator
Tangki bahan terdiri dari dua buah tangki yaitu tangki minyak dan tangki
metanol. Tangki ini berfungsi sebagai temat untuk mengumpulkan bahan sebelum
dialirkan menuju reaktor untuk dicampur. Tangki ini terbuat dari bahan SS 304
(Gambar 4).

Gambar 4 Tangki
Pompa berfungsi untuk mengalirkan bahan dari tangki ke reaktor. Pompa
minyak menggunakan pompa FIRMAN tipe FWP 81 SS dengan daya 600 W
berkapasitas kapasitas 53 l/menit sedangkan pompa metanol menggunakan pompa
FIRMAN tipe FWP 61 SS dengan daya 200 W berkapasitas 40 l/menit (Gambar
5).

Gambar 5 Pompa

10

Flowmeter yang digunakan adalah flowmeter tipe rotameter dengan skala
minimum yang dapat terbaca 2 l/menit dan skala maksimum 20 l/menit.
Flowmeter digunakan untuk mengukur debit minyak yang dialirkan ke dalam
reaktor. Flowmeter dipasang pada kedua saluran tangki (Gambar 6).

Gambar 6 Flowmeter
Reaktor berfungsi sebagai tempat bereaksinya trigliserida/FFA dengan
metanol secara katalitik dengan katalis KOH. Reaktor yang digunakan (Gambar 7)
berupa pipa dengan diameter dalam 36 mm dengan panjang pipa 648 mm, terbuat
dari pipa SS304. Elemen mixer yang terangkai di dalam reaktor berjumlah 12
elemen berbentuk heliks dengan sudut puntiran 180o yang berdiameter 36 mm
dengan bahan SS304 (Gambar 8). Reaktor berjumlah 5 buah yang disusun secara
seri. Pada tiap ujung keluaran reaktor terdapat kran untuk mengambil sampel hasil
pencampuran dan pipa untuk dihubungkan ke alat ukur tekanan guna mengukur
head loss dalam reaktor.

11

Gambar 7 Rangkaian modul reaktor SMR

Gambar 8 Elemen pengaduk statis

Gambar 9 Elemen pengaduk statis 180o (Fourcade et al. 2001)
Heater berfungsi untuk menyediakan panas yang dibutuhkan dalam proses
transesterifikasi. Pemanas yang digunakan berupa selimut (band heater) yang
menyelubungi dan dipasang pada pipa pemasukan sebelum menuju reaktor.
Termostat digital berfungsi sebagai pengatur heater dalam penyediaan panas
untuk reaktor. Termostat digital ini disusun di dalam control panel (Gambar 10).

12

Control panel juga terdiri dari saklar untuk menyalakan dan mematikan pompa
dan juga heater.

Gambar 10 Control panel
Termokopel berfungsi sebagai sensor temperatur pada reaktor. Termokopel
yang digunakan adalah tipe C/C dan tipe K. Hybrid Recorder berfungsi untuk
membaca data suhu termokopel (Gambar 11).

Gambar 11 Hybrid recorder

Gambar 12 Reaktor yang telah diisolasi
Isolator digunakan dengan menyelimuti reaktor untuk mengurangi
kehilangan panas ke lingkungan. Bahan yang digunakan adalah glass wool dan
sumbu kompor (Gambar 12).

13

Gambar 13 Skematik SMR kontinyu (T1: tangki minyak, T2: tangki metanol,
P1: pompa minyak, P2: pompa metanol, V1: flowmeter minyak,
V2: flowmeter metanol, Q: heater, Le: Panjang elemen
pengaduk, Lp: Panjang pipa)

Gambar 14 Satu buah modul reaktor berpengaduk statis
Peralatan penunjang yang digunakan dalam penelitian ini meliputi
manometer air, viscometer ostwald, kamera digital dan botol sampel. Bahan yang
digunakan pada penelitian ini adalah minyak kelapa sawit (Refined Bleached
Deodorized Palm Olein-RBDPO), metanol (MeOH), katalis kalium hidroksida
(KOH), aquades, hexan dan alkohol teknis.

Metode Pengukuran Tekanan
Pembuatan biodiesel dengan menggunakan SMR sistem kontinyu dilakukan
denggan suhu operasi 65 oC dan katalis KOH 0.5%. Rasio molar antara minyak
dan metanol sebesar 1:6 yang merupakan rasio optimum dalam proses
transesterifikasi (Freedman et al. 1986; Vicente et al. 2004; Darnoko dan Cheryan
2000; Knothe et al. 2005). Pengoperasian reaktor dilakukan dalam dua kondisi
yaitu pada reaktor tanpa elemen pengaduk statis yang akan digunakan sebagai
kontrol dan dengan menggunakan pengaduk statis sebagai bagian yang akan diuji.
Perlakuan lain yang diberikan terhadap keduanya sama (Tabel 1). Tekanan yang
diukur adalah tekanan yang berada pada awal dan akhir modul (Gambar 15) yang
dilambangkan dengan data ke-1, 2, 3, 4, 5 dan data ke-6.

14

Tabel 1 Kondisi operasi
Kondisi operasi
Nilai
Debit minyak sawit
9
Debit metanol
2.5
Katalis KOH
0.5
Suhu operasi
65

Satuan
l/menit
l/menit
%
o
C

Pada suhu di atas 65 oC methanol telah menguap. Agar reaksi terjadi dalam
satu fase yaitu fase cair maka suhu operasi yang digunakan dalam penelitian ini 65
o
C. Untuk mencapai suhu tersebut maka laju aliran masa campuran minyak yang
dilewatkan heater 9.9 kg/menit sehingga debit minyak yang digunakan 9 l/menit
dan debit metanolnya 2.5 l/menit.
Manometer yang digunakan untuk mengabil data tekanan adalah manometer
air yang dibuat dari selang transparan berukuran ¼ in. Pengambilan data tekanan
dilakukan dengan kamera untuk mengurangi terjadinya paralaks. Pada setiap titik
pengambilan data tekanan juga diambil data suhu dan juga sampel minyak. Dari
sampel minyak yang diambil nantinya diperoleh data berat jenis (ρ), viskositas
dinamik (μ) dan viskositas kinematik (υ) campuran minyak.

Gambar 15 Titik-titik pengambilan data tekanan

Analisis Dimensional
Menurut Song & Han (2005) faktor-faktor yang berpengaruh dalam SMR
adalah pressure drop (ΔP), faktor gesekan (Cf), bilangan Reynold (Re) dan aspect
ratio (AR) sehingga dalam persamaan matematis dapat dituliskan sebagai
f(ΔP, D, Lpn, Le, μ, ρ, v) = 0
(11)
dengan Lp adalah panjang reaktor, Le adalah panjang elemen, D adalah diameter
reaktor, Ar adalah rasio Le dengan D dan v adalah kecepatan aliran di dalam pipa.
Dari persamaan matematis tersebut maka ditentukan dimensi-dimensi dari
parameter-parameter tersebut yang tersaji pada Tabel 2.

15

Tabel 2 Lambang dan dimensi parameter yang berpengaruh dalam SMR
Parameter
Lambang
Dimensi (MLT)
Pessure drop
ΔP
M L-1 T-2
Diameter reaktor
D
L
Panjang n modul
Lpn
L
Panjang elemen pengaduk
Le
L
Viskositas kinematik campuran minyak μ
M L-1 T-1
Berat jenis campuran minyak
ρ
M L-3
Kecepatan aliran
v
L T-1
Sudut puntiran
θ
L/L
Pemodelan yang digunakan dalam analisis dimensional ini adalah dengan
metode Buckingham (Phi-Theorema). Dari parameter-parameter pada Tabel 2
ditentukan jumlah grup tak berdimensi (π) dengan menggunakan persamaan
i=n-r
(12)
dengan i adalah jumlah grup tak berdimensi, n adalah jumlah variabel yang
terlibat dan r adalah rank dari makriks dimensional. Dalam model ini terdapat 5
grup tak berdimensi sehingga akan terbentuk π1, π2, π3, π4 dan π5. Persamaan
masing-masing grup tak berdimensi tampak pada persamaan 13 sampai dengan
persamaan 17 dan Lampiran 2.
π1 = ΔP ρ-1 v-2
(13)
π2 = Lpn D-1

(14)

π3 = Le D-1

(15)

π4 = μ v-1 ρ-1 D-1

(16)

π5 =1

(17)

Dari grup-grup tak berdimensi tersebut jika disubstitusikan ke dalam persamaan
11 maka dapat diperoleh persamaan sebagai berikut:
f(π1, π2, π3, π4, π5) = 0
(18)
f(ΔP ρ-1 v-2, Lpn D-1, Le D-1, μ v-1 ρ-1 D-1, 1) = 0

(19)

ΔP ρ-1 v-2 = f(Lpn D-1, Le D-1, μ v-1 ρ-1 D-1)

(20)

ΔP ρ-1 v-2 = f(Lpn D-1, Ar, Re-1)

(21)
(22)

Nilai C, a, b, dan c diperoleh menggunakan regresi linier. Data-data yang
telah diperoleh dalam percobaan disubstitusikan ke dalam bentuk π (persamaan 13
s.d. 17) dan selanjutnya dirubah ke dalam bentuk ln π untuk melinearkan
persamaan 22 dan dilakukan regresi linear sehingga diperoleh nilai-nilai C, a, b,
dan c.

16

Perlakuan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah melewatkan minyak
melalui 1 modul, 2 modul, 3 modul, 4 modul dan 5 modul yang mewakili
perubahan panjang reaktor.

Analisis Eksergi
Untuk menganalisis persamaan keseimbangan eksergi aliran di dalam
reaktor perlu digambarkan diagram atau skema dari sistem (Gambar 16). Langkah
pertama dalam menentukan perubahan eksergi adalah dengan menyusun
persamaan kesetimbangan energi aliran minyak.
̇ h= ̇ h
(23)
Dengan ̇ adalah laju massa aliran minyak dalam reaktor dan h adalah entalpi.

Gambar 16 Skema sistem dalam SMR
Pada kasus ini Q yang merupakan energi dari pemanas diabaikan karena analisis
hanya dilakukan terhadap pengaruh ΔP saja. Selanjutnya disusun persamaan
keseimbangan entropi yaitu:
̇
̇
(24)

S merupakan entropi sistem dan σ adalah entropi yang dibangkitkan oleh proses.
Eksergi merupakan besaran dari kualitas energi sehingga eksergi adalah
energi dikurangi dengan entropi yang dikalikan dengan suhu ruang. Dengan
demikian persamaan kesetimbangan eksergi dari sistem dapat dituliskan sebagai:
̇
̇
̇
̇
(25)
̇

̇

̇

̇

(26)

(27)

Untuk analisis eksergi yang diakibatkan oleh ΔP maka dh dianggap nol
karena diasumsikan tidak terjadi reaksi, sehingga persamaan 27 berubah menjadi:
̇
(28)

Selanjutnya digunakan persamaan T dS agar perhitungan entropi dapat
dilakukan dengan data yang lebih banyak dan lengkap.
(29)
(30)
∫

(31)

17

Jika persamaan gas ideal dimasukkan ke dalam persamaan 31 maka akan
diperoleh persamaan
∫

(32)

Sehingga persamaan irreversibilitas untuk sistem ini adalah:
̇

(33)

4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Produksi Biodiesel dengan SMR Kontinyu
Produksi biodiesel menggunakan SMR kontinyu dilakukan dengan
menggunakan bahan minyak kelapa sawit dan metanol dengan tambahan katalis
basa berupa KOH dengan suhu operasi 65 oC. Biodiesel yang dihasilkan dari
tahap ini adalah biodiesel yang masih bercampur dengan gliserol, sabun dan juga
sisa katalis yang nantinya akan disebutkan sebagai campuran minyak. Campuran
minyak yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 17.
Untuk menghasilkan biodiesel murni maka campuran minyak tersebut
memerlukan proses selanjutnya yaitu proses pemisahan. Pemisahan yang
dilakukan meliputi pemisahan biodiesel dari campuran minyak yang dilanjutkan
dengan pencucian menggunakan aquades untuk menghilangkan sisa katalis yang
tersisa dan setelah itu dilakukan evaporasi untuk menghilangakn metanol untuk
menghasilkan biodiesel.
Dengan identifikasi menggunakan metode Gas Cromatography (GC)
terhadap hasil biodiesel dalam proses transesterifikasi menggunakan SMR
kontinyu dengan katalis 0.3% dan 0.5% diperoleh kadar metil ester seperti tersaji
pada Tabel 3.

Gambar 17 Campuran minyak hasil produksi biodiesel menggunakan
SMR kotinyu

18

Tabel 3 Kadar metil ester hasil transesterifikasi dengan menggunakan
konsentrasi katalis yang berbeda.
Modul
ke1
2
3
4
5

Konsentrasi metil ester (%)
KOH 0.3%
KOH 0.5%
12.12
52.95
22.27
40.20
23.36
88.86
50.91
87.47
92.52
88.89

Dari Tabel 3 tampak bahwa terjadi peningkatan jumlah metil ester pada tiap
modul. Penambahan jumlah elemen pengaduk meningkatkan hasil metil ester
yang terbentuk yang diakibatkan oleh meningkatnya pengadukan. Hal ini sesuai
dengan fungsi reaktor berpengaduk statis yaitu untuk meningkatkan pengadukan
yang mengakibatkan peningkatakn tumbukan antar molekuk minyak yang
dicampur. Pangabean (2011) menyatakan bahwa energi kinetik dapat ditingkatkan
melalui pengadukan. Syarat agar reaksi dapat terjadi adalah energi kinetik total
molekul harus sama atau melampaui energi aktivasi atau dengan kata lain,
molekul-molekul yang bertumbukan harus memiliki energi yang cukup untuk
memutuskan ikatan-ikatan kemudian bereaksi.

Pengaruh Pengaduk Statis terhadap Pressure Drop (ΔP)
Hasil pengukuran terhadap pipa tanpa pengaduk dan dengan pengaduk statis
menunjukkan bahwa pressure drop yang terjadi pada pipa berpengaduk statis
lebih besar dibandingkan dengan pipa tanpa pengaduk. Dari hasil pengukuran
tekanan ini tampak bahwa dengan adanya elemen pengaduk statis di dalam pipa
maka akan meningkatkan pressure drop aliran. Bakker et al. (2000) menyatakan
bahwa tekanan terbesar yang terjadi pada elemen berpengaduk statis terdapat pada
bagian ujung elemen dan daerah dengan tekanan yang rendah terjadi ketika fluida
meninggalkan elemen.
Pressure drop pada tiap modul untuk reaktor tanpa pengaduk lebih kecil
dibandingakn dengan reaktor berpengaduk (Gambar 19). Pressure drop reaktor
tanpa pengaduk mendekati linear terutama untuk modul ke-2, 3 dan 5 sedangkan
pada modul dengan elemen pengaduk pressure drop yang terjadi mengalami
penurunan. Adanya elemen pengaduk di dalam reaktor meningkatkan kinetika
reaksi melalui peningkatan tumbukan sehingga proses reaksi yang terjadi lebih
cepat. Dengan adanya reaksi ini maka mengakibatkan terjadinya perubahan
viskositas campuran minyak (Gambar 20) yang berakibat terhadap penurunan
pressure drop pada tiap modul. Jika aliran minyak diteruskan lagi dengan
menambahkan jumlah modul maka viskositas campuran minyak akan menurun
dan setelah reaksi maksimum maka viskositas campuran minyak menjadi konstan.
Pada kondisi viskositas yang konstan ini maka perubahan presure drop juga
konstan dan pada kondisi ini penggunaan elemen pengaduk sudah tidak
dibutuhkan.

19

Gambar 18 Pressure drop yang terjadi pada pipa tanpa pengaduk dan dengan
pengaduk statis (SMR)
Alamsyah et al. (2010) menyatakan bahwa laju reaksi transesterifikasi
dengan menggunakan SMR lebih cepat dibandingkan dengan menggunakan blade
agitator pada awal proses. Hal ini tampak sebagaimana pada Gambar 20 dan 21.
Pada awal proses reaksi transesterifikasi terjadi lebih cepat sehingga perubahan
viskositas dan peningkatan nilai metil ester terjadi lebih besar.

Gambar 19 Pressure drop yang terjadi di masing-masing modul pada pipa
tanpa pengaduk dan dengan pengaduk statis (SMR)
Hubungan ΔP dengan jumlah modul berbentuk logaritmik dengan
persamaan
(34)

20

Modul maksimum yang dapat digunakan dengan kondisi operasi seperti yang
dilakukan dalam penelitian ini adalah 7 modul. Jika ditambahkan menjadi 8
modul maka pressure drop yang terjadi bernilai negatif dan aliran di dalam pipa
tidak akan terjadi.

Gambar 20 Perubahan viskositas dinamik akibat penggunaan reaktor
berpengaduk statis (SMR)
Pressure drop yang terjadi di dalam reaktor berpengaduk statis berpengaruh
terhadap hasil metil ester yang diperoleh. Gambar 21 menunjukkan hubungan
pressure drop terhadap hasil metil ester yang berupa grafik logaritmik. Dari
Gambar 20 tampak bahwa semakin besar pressure drop yang terjadi maka metil
ester yang dihasilkan semakin besar sampai akhirnya pada suatu titik di mana
pressure drop tidak terlalu berpengaruh terhadap hasil metil ester. Pressure drop
yang terjadi menggambarkan tumbukan yang terjadi di dalam reaktor
berpengaduk statis dengan semakin tinggi pressure drop yang terjadi maka
tumbukan di dalam reaktor berpengaduk statis semakin besar pula. Fenomena ini
menunjukkan bahwa semakin besar tumbukkan yang terjadi meningkatkaan hasil
metil ester dalam proses transesterifikasi.

21

Gambar 21 hubungan antara ΔP dengan kadar metil ester hasil
transesterifikasi menggunakan katalis 0.5%
Analisis Dimensional
Terjadinya proses transesterifikasi di dalam reaktor berpengaduk statis
mengakibatkan perubahan sifat fisik dan sifat mekanik dari campuran minyak
kelapa sawit dengan metanol (Tabel 4).
Tabel 4 Pengaruh SMR terhadap sifat fisik dan sifat mekanik campuran
minyak dalam proses transesterifikasi
Data ke1
2
3
4
5
6

P
(Pa)
102168.49
101864.44
101619.24
101481.93
101364.23
101325.00

T
μ
v
C (N.s/m2) (mm2/s)
59
0.0267 30.8235
55
0.0065 7.6161
55
0.0018 2.2099
65
0.0041 4.8065
56
0.0037 4.3016
50
0.0027 3.2385
o

ρ
(kg/m3)
865.00
852.00
795.33
854.00
869.33
842.67

v
(m/s)
0.187
0.190
0.204
0.190
0.186
0.192

Re
218.8847
899.3794
3320.4675
1421.7694
1560.6035
2138.5473

Data-data yang diperoleh selanjutnya di substitusikan ke dalam bentuk π
(persamaan 13 s.d. persamaan 17) dan diubah menjadi bentuk ln π.

22

Tabel 5 Substitusi data ke dalam bentuk π
Modul

ΔP

ρv2

1
2
3
4
5

304.048
549.248
686.56
804.256
843.488

30.381
30.845
33.042
30.773
30.230

Modul
1
2
3
4
5

Ln π1
ΔP/ρv2
2.303
2.880
3.034
3.263
3.329

π1
π2
2
ΔP/ρv Lpn /D
10.008 18.00
17.807 36.06
20.778 54.03
26.135 71.97
27.903 89.92

Tabel 6 Ln π
Ln π2
Lpn /D
2.890
3.585
3.989
4.276
4.499

π3
AR
1.50
1.47
1.56
1.47
1.53

Ln π3
AR
0.405
0.387
0.442
0.387
0.424

π4
1/Re
1.112 x 10-03
3.012 x 10-04
7.033 x 10-04
6.408 x 10-04
4.676 x 10-04

Ln π4
1/Re
-6.802
-8.108
-7.260
-7.353
-7.668

Dengan menggunakan pendugaan regresi linear terhadap ln π maka
didapatkan nilai C = 1.5747, a = 0.624, b = -1.089, dan c = -0.074. Dari nilai
konstanta dan koefisien tersebut diperoleh persamaan matematis hubungan antara
pressure drop dengan parameter lainnya sebagai berikut:
(35)
Tabel 7 Validasi persamaan
Modul
1
2
3
4
5

ΔPaktual
(Pa)
304.048
549.248
686.56
804.256
843.488

ΔPhitung
(Pa)
309.358
544.785
664.360
791.168
878.017

Error
(%)
1.72
0.82
3.34
1.65
3.93

Validasi model dilakukan dengan mensubtitusikan kembali data-data yang
ada ke dalam persamaan yang telah diperoleh (persamaan 35). Dari hasil validasi
tersebut diperoleh nilai error seperti pada Tabel 7. Nilai error yang terjadi masih
di bawah 10% sehingga model dapat diterima.

23

Gambar 22 Hubungan antara ΔP dengan Lpn /D
Hubungan ΔP dengan Lpn/D berupa garis linear dengan gradien positif
(Gambar 22), yang berarti penambahan Lpn/D diikuti kenaikan ΔP. Gardien
hubungan ΔP dengan Lp/D bernilai 7.42 sehingga apabila Lpn/D dinaikkan
sebesar 1 satuan maka ΔP akan meningkat sebesar 7.42 Pa.

Gambar 23 Hubungan antara ΔP dengan 1/Re
Hubungan ΔP dengan 1/Re berupa parabola yang terbuka ke bawah dengan
titik puncak (791.67, 806.69). Dari hubungan ini tampak bahwa ΔP meningkat
pada 1/Re lebih kecil dari 791.67 dan menurun pada 1/Re lebih besar dari 791.67.
Pada persamaan 35 tampak bahwa pangkat dari 1/Re jauh dari 1 dan mendekati
nilai nol sehingga hubungan 1/Re dengan ΔP tidak linear.

24

Analisis Eksergi
Analisis eksergi yang dilakukan merupakan analisis eksergi akibat
perubahan tekanan di dalam pipa. Pada analisis ini penambahan panas oleh
pemanas dan juga eksergi yang diakibatkan oleh reaksi dianggap nol. Dengan
mensubstitusikan hasil pengukuran tekanan ke dalam persamaan 33 maka
diperoleh nilai irreversibilitas pada Tabel 8.

Tabel 8 Irreversibilitas akibat perubahan tekanan
σmixer σtanpa mixer
Δσ
Δσ
Modul
(W)
(W)
(W)
(%)
1
0.141
0.05
0.091 180.73
2
0.255
0.073
0.182 248.99
3
0.319
0.096
0.223 232.52
4
0.374
0.133
0.241 182.12
5
0.392
0.156
0.236 152.36
Tabel 8 menunjukkan besarnya irreversibilitas akibat perubahan tekanan
yang terjadi di dalam pipa kosong dan pipa berpengaduk statis. Semakin besar
perubahan tekanan yang terjadi di dalam pipa mengakibatkan peningkatan nilai
irreversibilitas, hal ini mengakibatkan irreversibilitas SMR lebih besar
dibandingkan dengan pipa tanpa pengaduk.
Selisih irreversibilitas antara SMR dengan pipa tanpa pengaduk merupakan
irreversibilitas akibat penggunaan elemen pengaduk statis. Total irreversibilitas
akibat elemen pengaduk statis adalah 0.237 W, dan dianggap sebagai nilai ketakmampu-balikan yang meningkat akibat adanya elemen pengaduk statis di dalam
pipa, dan dapat diminimalkan melalui optimasi rancangan elemen pengaduk statik
yang lebih baik.

5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Pada SMR hubungan pressure drop dengan rasio panjang modul dan
diameter dalam modul berupa garis linear dengan gradien positif 7.42 sehingga
apabila rasio panjang modul dan diameter dalam modul dinaikkan sebesar 1
satuan maka pressure drop akan meningkat sebesar 7.42 Pa. Hubungan pressure
drop dengan 1/Re pada SMR berupa parabola yang terbuka ke bawah dengan titik
puncak (791.67, 806.69).
Irreversibilitas akibat elemen pengaduk statis pada SMR dengan 5 modul
adalah 0.237 W, dan dianggap sebagai nilai peningkatan ketak-mampu-balikan
yang diakibatkan oleh keberadaan elemen pengaduk dan dapat diminimalkan
melalui optimasi rancangan SMR yang lebih baik.

25

Saran
1. Proses produksi biodiesel yang dilakukan hanya dilakukan masing-

masing satu kali percobaan. Untuk meningkatkan ketelitian maka
diperlukan pengulangan percobaan.
2. Hasil metil ester yang diperoleh dalam penelitian ini masih di bawah
standar SNI, hal ini terjadi dikarenakan suhu reaksi yang kurang
optimum. Untuk meningkatkan hasil metil ester dapat dilakukan dengan
menyeragamkan panas dalam proses reaksi.

UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Direktorat Jenderal Pendidikan
Tinggi Republik Indonesia yang sudah mendukung penelitian ini dalam
Penelitian Hibah Kompetensi tahun ketiga sesuai kontrak nomor:
157/SP2H/PL/DI.LITABMAS/2/2015 Tanggal 5 Februari 2015.

DAFTAR PUSTAKA
Admix 2014. Sizing The Admixer Static Mixer and Sanitary Static Blender.
[diunduh
pada
2014
Maret
13].
Tersedia
dari:
http://www.admix.com/LiteratureRetrieve.aspx?ID=229715.
Alamsyah R, Tamb