Analisis Konfigurasi Lubang Obstacle Terhadap Laju Reaksi Pembentukan Biodiesel pada Bubble Column Reactor

ANALISIS KONFIGURASI LUBANG OBSTACLE TERHADAP
LAJU REAKSI PEMBENTUKAN BIODIESEL PADA
BUBBLE COLUMN REACTOR

YAYAN FITRIYAN

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul “Analisis Konfigurasi
Lubang Obstacle Terhadap Laju Reaksi Pembentukan Biodiesel pada Bubble
Column Reactor” 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 skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Juni 2014
Yayan Fitriyan
NIM F14080130

iii

ABSTRAK
YAYAN FITRIYAN. Analisis Konfigurasi Lubang Obstacle Terhadap Laju
Reaksi Pembentukan Biodiesel pada Bubble Column Reactor. Dibimbing oleh
DYAH WULANDANI dan AHMAD INDRA SISWANTARA.
Salah satu cara produksi biodiesel non-katalitik adalah metode
Superheated Methanol Vapor. Kelemahan dalam metode ini adalah reaksi laju
produksi biodiesel yang rendah. Laju reaksi produksi biodiesel dipengaruhi oleh
luas permukaan kontak antara gelembung uap metanol dan minyak, sedangkan
luas kontak permukaan dipengaruhi oleh distribusi ukuran gelembung yang
dihasilkan dari lubang obstacle. Penelitian ini bertujuan untuk mencari
konfigurasi lubang obstacle terbaik untuk meningkatkan laju reaksi produksi
biodiesel pada bubble column reactor dari tiga skenario yang di uji coba

sehingga didapatkan hasil biodiesel secara non-katalitik yang terbesar. Disain
obstacle yang di ujicoba berbentuk plat lingkaran berlubang yang dihubungkan
oleh sebuah poros dimana ketiga skenario ini diberi nama obstacle tipe TO(X)
yang memiliki arti Triple Obstacle dengan lambang (X) adalah jumlah lubang
yang terdapat pada obstacle diantaranya TO(123), TO(100), dan TO(68), ketiga
disain tersebut dianalisis melalui proses simulasi menggunakan metode
computational fluid dynamics. Desain terbaik dari hasil simulasi adalah TO(100).
Hasil ini didasarkan pada nilai luas permukaan kontak tertinggi hasil simulasi
CFD sebesar 0.0205 m2 dan dibuktikan dengan hasil percobaan diperoleh laju
produksi biodiesel tertinggi yaitu sebesar 0.0114 gram/menit.
Kata kunci: Biodiesel, Bubble column reactor, Computational fluid dynamics,
Obstacle, Superheated methanol vapor.

ABSTRACT
YAYAN FITRIYAN. Analysis of Obstacle Hole Configuration to the Rate of
Biodiesel Production Reaction within the Bubble Column Reactor. Supervised by
DYAH WULANDANI and AHMAD INDRA SISWANTARA.
One of the non catalytic biodiesel production method is the Superheated
Methanol Vapor in the Bubble column reactor. However, the weakness of this
method is the low of rate of biodiesel production. The rate of biodiesel

production was influent by the surface area between the methanol vapor bubble
and oil, while the surface area was affected by the distribution of bubble size
which produced from the obstacle hole. The objective of the study was to
determine the best configuration of obstacle hole in order to increase the rate of
biodiesel production in the Bubble Column Reactor from three design of
obstacles tested until obtained the highest result of non catalytic biodiesel
production. The design of obstacles were TO(123), TO(100), and TO(68),
perforate plate which are connected by steel axis, where the three scenarios given
name TO(X) means Triple Obstacle and symbol (X) is total hole in obstacle.
These scenarios design were analyzed by the simulation processed using

iv

Computational Fluid Dynamics method. The best design from the simulation
result was TO(100). The result obtained based on the highest surface area as a
result of CFD simulation which was 0.0205 m2 and proven within the experiment
result obtained the highest rate of biodiesel production which was 0.0114
gram/minute.
Keywords: Biodiesel, Bubble column reactor, Computational fluid dynamics,
Obstacle, Superheated methanol vapor.

v

ANALISIS KONFIGURASI LUBANG OBSTACLE TERHADAP
LAJU REAKSI PEMBENTUKAN BIODIESEL PADA
BUBBLE COLUMN REACTOR

YAYAN FITRIYAN

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

vi

vii

Judul Skripsi : Analisis Konfigurasi Lubang Obstacle Terhadap Laju
Reaksi Pembentukan Biodiesel pada Bubble Column Reactor
Nama
: Yayan Fitriyan
NIM
: F14080130

Disetujui oleh

Dr Dyah Wulandani, MSi
Pembimbing I

Ir Ahmad Indra Siswantara, PhD
Pembimbing II

Diketahui oleh

Dr Ir Desrial, M. Eng
Ketua Departemen

Tanggal Lulus :

viii

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala
limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya
ilmiah yang berjudul “Analisis Konfigurasi Lubang Obstacle Terhadap Laju
Reaksi Pembentukan Biodiesel pada Bubble Column Reactor”. Karya ilmiah ini
disusun berdasarkan penelitian yang dilaksanakan pada bulan September 2012
hingga Juli 2013 di Laboratorium Surya dan Laboratorium Elektrifikasi Listrik
Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih atas semua bimbingan, dukungan, dan
kerjasama yang telah diberikan oleh Ibu Dr Ir Dyah Wulandani, MSi selaku
pembimbing I dan Bapak Ahmad Indra Siswantara, PhD selaku pembimbing II.

Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada National Food and
Research Institute (NFRI) selaku penyandang dana penelitian, dan Bapak Ir
Ahmad Indra Siswantara, PhD yang telah memberi fasilitas CFD.
Ibu Ir Sri Endah Agustina, MS, Bapak Harto, dan Bapak Mashudi yang telah
membantu penulis dalam memfasilitasi penelitian di Laboratorium Surya dan
Laboratorium Elektrifikasi Listrik dan Pertanian. Ungkapan terima kasih juga
penulis sampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga atas segala doa dan
kasih sayangnya, Andi Fatmasari Nuarisma, Umbara, Wido, GPK, SP, sebagai
orang terdekat, serta teman-teman Teknik Mesin dan Biosistem angkatan 45
yang telah memberikan dukungan dan semangatnya.
Semoga skripsi ini dapat bermanfaat. Terima kasih.

Bogor, Juni 2014

Yayan Fitriyan

ix

DAFTAR ISI
DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
METODE
Alat
Bahan
Prosedur Penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pemodelan dan Simulasi CFD untuk Rancangan Obstacle
Pembuatan dan Pengujian Obstacle dengan Membuat Sampel Biodiesel
Evaporasi Sampel Biodiesel
Pengujian Kandungan Metil Ester terhadap Sampel Biodiesel Hasil
Evaporasi
SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
RIWAYAT HIDUP

ix
x
x
x
1
1
2
2
3
3
3
3
3
4
11

11
17
19
21
22
22
22
22
34

x

DAFTAR TABEL
1 Sifat bahan metanol dan trigliserida pada suhu 250°C
2 Parameter yang digunakan dalam proses produksi biodiesel
3 Kualitas dan jumlah elemen mesh pada hasil rancangan
4 Hasil residence time untuk setiap model obstacle
5 Hasil pengujian obstacle dalam pembuatan biodiesel
6 Data hasil proses evaporasi

7
8
12
17
18
20

DAFTAR GAMBAR
1 Diagram alir percobaan
2 (A) Obstacle DO7 (Wulandani 2010) dan (B) Obstacle A3 (Ilham 2012)
3 Skema produksi biodiesel non-katalitik metode superheated methanol
vapor (SMV)
4 Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS)
5 Perbandingan vektor kecepatan aliran pada obstacle TO100
6 Pola distribusi gelembung metanol setiap model pada waktu 1 detik
7 Grafik contact surface area setiap model obstacle
8 Grafik gas hold-up setiap model obstacle
9 Hasil pembuatan obstacle (a) TO(123), (b) TO(100), (c) TO(68) dan (d)
obstacle setelah dipasang
10 Grafik interval pengujian sampel biodiesel+UM+gliserol
11 Sampel (biodiesel+UM+gliserol) keluaran dari reaktor
12 Grafik total kandungan (biodiesel+gliserol) untuk setiap model

5
6
8
10
13
15
15
16
17
19
19
21

DAFTAR LAMPIRAN
1 Keterangan gambar alat produksi biodiesel non-katalitik
2 Modul pembuatan biodiesel metode superheated methanol bubble
3 Gambar teknik setiap model
4 Keterangan gambar alat rotary evaporator
5 Tampilan model yang digunakan dalam simulasi
6 Data pengambilan sampel produksi biodiesel
7 Contoh perhitungan pada peak hasil GCMS

24
25
28
29
30
31
33

1

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Biodiesel didefinisikan sebagai senyawa yang terdiri dari metil ester asam
lemak yang diproduksi melalui reaksi transesterifikasi dari trigliserida minyak
dengan alkohol rantai pendek (Diasakou et al 1998). Saat ini biodiesel dapat
diproduksi dengan dua cara, yaitu dengan cara katalitik dan non-katalitik. Pada
umumnya pembuatan biodiesel di Indonesia mamakai metode katalitik dengan
menggunakan katalis (asam atau alkil). Fungsi katalis adalah sebagai katalisator
untuk mempercepat reaksi, akan tetapi dengan menggunakan katalis membuat
alur proses produksi menjadi cukup panjang karena membutuhkan pencucian
produk untuk menghilangkan kotoran dan katalis yang masih terdapat pada
produk. Proses pencucian biasanya menggunakan media air, kandungan air yang
masih tersisa di dalam biodiesel dapat merusak komponen mesin seperti
misalnya: seal cepat bocor, mudah timbul jamur, karat/korosi pada silinder head,
pompa dan saringan bahan bakar sering buntu, dan sebagainya (Susila 2009).
Proses produksi biodiesel dengan metode non-katalitik dapat mengatasi
kelemahan seperti disebutkan diatas karena tidak memerlukan katalis, sehingga
tidak diperlukan proses pemurnian sebelum dan setelah terjadi reaksi dan
membuat alur proses lebih sederhana dan biaya pembuatan biodiesel dapat
dikurangi. Akan tetapi permasalahan dalam metode ini adalah laju reaksi
pembentukan biodiesel masih rendah dibandingkan metode katalitik, sehingga
diperlukan penelitian lebih lanjut untuk memperbaiki dan menyempurnakan
metode pembentukan biodiesel secara non-katalitik.
Penelitian tentang biodiesel telah banyak dilakukan baik di dalam maupun
diluar negeri. Proses pembuatan biodiesel secara non-katalitik telah dilaporkan
oleh beberapa peneliti yaitu Diasakou et al (1998), Saka dan Kusdiana, (2001),
Demirbas (2002), Dasari et al (2003), Hengwen Han et al (2005), Joelianingsih,
et al (2006), Yamazaki et al (2007), Puspitosari et al (2007), dan
Wulandani et al (2010).
Salah satu metode non-katalitik yang telah dikembangkan saat ini adalah
metode Superheated Methanol Vapor Bubble Column (SMV-Bubble Column
Method). Pada metode ini metanol pada kondisi uap super terpanaskan
direaksikan dengan minyak pada suhu tinggi (250ºC) di dalam reaktor kolom
gelembung. Reaktor kolom gelembung digunakan untuk reaksi antara gas dan
liquid. Kelebihan dari reaktor tipe ini adalah konstruksi sederhana, biaya operasi
murah, efisiensi tinggi, pindah panas dan pindah massa terjadi dengan baik
(Mouza et al 2004). Reaktor kolom gelembung biasa digunakan untuk oksidasi,
hidrogenasi, ozonolysis, alkilasi, pengapungan kolom, pengolahan air, dan
pembentukan biodiesel (Zhao et al 2004). Alat yang digunakan dalam penelitian
ini merupakan produksi biodiesel non-katalitik yang dirancang oleh Department
of Global Agriculture Sciences The University of Tokyo, Jepang. Gambar alat dan
keterangannya dapat dilihat pada Lampiran 1.
Joelianingsih et al (2006) mempelajari kinetika reaksi pembuatan biodiesel
dari minyak sawit secara non-katalitik dalam reaktor kolom gelembung. Reaksi
dilakukan pada suhu 250-290 °C pada tekanan atmosfer. Dari penelitian ini

2

diperoleh hasil bahwa nilai dari konstanta reaksi, konversi dari reaksi, dan yield
ME cenderung bertambah dengan naiknya suhu reaksi. Kandungan ME dalam
produk cenderung berkurang dengan naiknya suhu reaksi. Yamazaki et al (2007)
mempelajari proses pembuatan biodiesel secara non-katalitik dalam reaktor
kolom gelembung berpengaduk dengan menggunakan bahan baku minyak bunga
matahari. Dari penelitian ini diperoleh hasil bahwa semakin besar laju aliran
metanol dan volume minyak, serta makin kecil kecepatan pengadukan akan
memperbesar laju aliran massa methyl ester (ME) pada produk gas keluar
reaktor. Menurut Puspitosari et al (2007), dalam proses produksi biodiesel secara
non-katalitik, laju aliran metanol dan suhu reaktor berpengaruh terhadap kinerja
reaktor kolom gelembung yang digunakan.
Laju reaksi produksi biodiesel dipengaruhi oleh contact surface area (luas
permukaan kontak) antara gelembung uap metanol dan minyak. Reaksi ini terjadi
di dalam reaktor kolom gelembung yang digunakan untuk reaksi antara gas dan
liquid. Contact surface area dapat diperbesar dengan menambahkan obstacle
yaitu suatu hambatan yang terdapat di dalam reaktor yang berfungsi sebagai
penghambat untuk keluarnya gas metanol, dengan menambahkan obstacle pada
reaktor kolom gelembung dapat meningkatkan laju reaksi pembentukan biodiesel
sebesar 2.8 kali lipat dibandingkan tanpa menggunakan obstacle
(Wulandani et al 2010). Jenis dan konfigurasi lubang pada obstacle diduga
berpengaruh terhadap contact surface area antara metanol dan minyak. Untuk
menganalisis contact surface area antara metanol dan minyak dilakukan dengan
menggunakan metode computational fluid dynamics (CFD).
CFD adalah penghitungan yang mengkhususkan pada fluida, mulai dari
aliran fluida, heat transfer, dan reaksi kimia yang terjadi pada fluida dengan cara
penghitungan, memprediksi, dan pendekatan aliran fluida secara numerik dengan
bantuan komputer. Metode CFD dapat menurunkan biaya rancangan percobaan
dan waktu untuk mensimulasikan percobaan, selain itu hasil analisa
menggunakan CFD dapat menunjukkan kondisi nyata berbagai variasi percobaan
dengan akurasi yang tinggi dan presisi.
Perumusan Masalah
Kendala dalam proses non-katalitik adalah laju reaksi pembentukan
biodiesel yang rendah. Laju reaksi produksi biodiesel dipengaruhi oleh contact
surface area dan didapatkan adanya korelasi positif antara contact surface area
(metanol dan minyak) dengan laju reaksi produksi biodiesel. Contact surface
area dipengaruhi oleh distribusi ukuran gelembung, dimana hal ini tergantung
dari rancangan reaktor kolom gelembung. Kinerja reaktor kolom gelembung
untuk pembentukan biodiesel dapat ditingkatkan dengan penambahan obstacle
khususnya pada lubang obstacle oleh karena itu perlu adanya penelitian
mengenai analisis tipe obstacle terhadap laju produksi biodiesel.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mencari konfigurasi lubang obstacle terbaik
untuk meningkatkan laju reaksi produksi biodiesel pada reaktor kolom

3

gelembung (bubble column reactor) dari 3 skenario yang di uji coba sehingga
diperoleh dan hasil biodiesel secara non-katalitik yang terbesar.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat dijadikan acuan atau referensi bagi
para peneliti selanjutnya dalam pengembangan produksi biodiesel secara nonkatalitik.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini akan difokuskan pada pembuatan biodiesel secara nonkatalitik dengan metode (SMV-Bubble Column Method) dan obstacle menjadi
bahasan utama yang akan disimulasikan dengan menggunakan metode CFD.
Metode CFD ini menggunakan dua software yaitu GAMBIT dan FLUENT.
Penggambaran reaktor kolom gelembung dilakukan dengan menggunakan
software Gambit, sedangkan perhitungan simulasi aliran dianalisis dengan
menggunakan software Fluent.

METODE
Alat
Alat-alat yang digunakan adalah komputer merk Dell Inspiron 620 dengan
spesifikasi core i3 dan RAM 4 Gb, software Gambit 2.4.6, software Fluent
13.0.0, unit bubble column reactor plant model, rotary evaporator, Gas
Crhomatograph Mass Spectrometry (GCMS), pompa minyak, pompa metanol,
obstacle, timbangan digital model Excelent DJ-A1000, recorder Chino model
EH 800-06, kabel termokopel tipe CC, alat-alat gelas (erlenmeyer, beaker glass,
dan tabung reaksi), termometer alkohol, dan botol sampel.
Bahan
Bahan yang digunakan adalah minyak kelapa sawit dan metanol. Minyak
kelapa sawit merupakan bahan utama untuk pembuatan biodiesel. Minyak
merupakan salah satu bagian dari lipid, yaitu senyawa organik yang terdapat di
alam serta tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut organik non polar
seperti hidrokarbon atau dietil eter (Fessenden et al 2004). Komponen penyusun
minyak yang utama adalah trigliserida. Trigliserida disebut lemak jika berada
dalam wujud padat dan disebut dengan minyak jika berada dalam wujud cair
pada suhu kamar (Carey 2003). Selain minyak kelapa sawit, bahan utama
pembuatan biodiesel adalah metanol teknis (kemurnian 90%). Metanol atau metil
alkohol adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CH3OH merupakan bentuk
alkohol paling sederhana (alkohol dengan satu atom C). Metanol banyak dipakai
dalam proses pembuatan biodiesel karena lebih reaktif dibandingkan alkohol
dengan rantai lebih panjang lainnya (Mittelbach 2004). Titik kritis metanol
terjadi pada suhu 239 ºC dan tekanan 8.09 Mpa (Kusdiana dan Saka 2001).

4

Prosedur Penelitian
Diagram alir dari penelitian dapat dilihat pada Gambar 1.
Mulai
Laju reaksi
yang rendah

Identifikasi masalah

Analasis masalah,
pengumpulan data

Kondisi batas:
Suhu reaksi (T),

laju aliran
metanol
Perancangan tipe
obstacle
Asumsi: metanol
dan minyak tidak
saling larut,
metanol dalam

Simulasi rancangan
dengan CFD

bentuk gas ideal
Perbandingan dengan
non-obstacle

Bandingkan:
Contact suface
area dan gas
hold-up

Worst

element
< 0.85

Hasil simulasi

Pemilihan obstacle
terbaik berdasarkan
hasil simulasi

Experiment

Pembuatan dan
pengujian obstacle

Alternatif rancangan
struktural obstacle

5

Sesuai

Percobaan dengan
mesh berbeda

Selesai
Gambar 1 Diagram alir percobaan
Perancangan Obstacle
Berdasarkan hasil dari penelitian Wulandani (2010) didapatkan beberapa
parameter dalam perancangan obstacle untuk meningkatkan kinerja obstacle
tersebut, yaitu jumlah lubang pada obstacle, diameter lubang obstacle, dan pitch
(jarak antar lubang pada obstacle). Hasil penelitian tersebut didapatkan bahwa
diameter lubang terbaik sebesar 4 mm dengan pitch 7 mm, sementara untuk
jumlah lubang obstacle tidak diketahui berapa jumlah yang terbaik sehingga
untuk parameter jumlah lubang hanya dapat dilakukan dengan metode trial and
error, akan tetapi pada penelitian Ilham (2012) terdapat nilai yang selalu baik
apabila menggunakan jumlah lubang yang berurutan mengecil dari obstacle
terbawah hingga obstacle teratas.
Wulandani (2010) telah membuat obstacle DO7 yaitu dua obstacle yang
disusun pada silinder dalam dengan diameter lubang sebesar 4 mm dengan pitch
(jarak antar lubang) 7 mm, sedangkan Ilham (2012) telah membuat rancangan
obstacle tipe A yaitu obstacle yang terdiri dari 3 buah plat berlubang berdiameter
55 mm dengan jarak antar plat 50 mm dan digabungkan oleh poros berdiameter
50 mm dengan tinggi 150 mm, untuk rancangan tipe A setelah disimulasikan
menunjukkan hasil yang lebih baik dari tipe DO7. Rancangan obstacle DO7 dan
A3 dapat dilihat pada Gambar 2.
Melihat hasil rancangan dari peneliti terdahulu maka rancangan yang
dibuat adalah model tipe A dengan diameter lubang 4 mm dan pitch 7 mm
dengan nama obstacle tipe TO(X) yang memiliki arti Triple Obstacle dengan
lambang (X) adalah jumlah lubang yang terdapat pada obstacle.

6

(A)

(B)
Gambar 2 (A) Obstacle DO7 (Wulandani 2010) dan (B) Obstacle A3
(Ilham 2012)
Simulasi Menggunakan CFD
Simulasi diawali dengan pembuatan geometri dari reaktor kolom
gelembung. Geometri yang dibuat dengan menggunakan Gambit menggunakan
satuan mm, sedangkan Fluent menganggap semua dimensi geometri dibangun
dengan menggunakan satuan meter. Jadi perlu dilakukan proses penyekalaan
dimensi terlebih dahulu ke dalam satuan mm pada Fluent. Setelah diperoleh
bentuk yang diharapkan dengan kualitas mesh yang bagus (worst element < 0.85)
selanjutnya hasil perancangan obstacle disimulasikan menggunakan Fluent.
Model dan persamaan dasar yang digunakan dalam simulasi reaktor
kolom gelembung adalah model multifasa karena model ini dapat mendefinisikan
dua jenis material (fasa) yang berbeda (minyak dan metanol). Model yang
digunakan dalam simulasi adalah model 3 dimensi, pemilihan model tersebut
didasarkan pada hasil penelitian Wulandani (2010), dimana visualisasi bentuk,
ukuran, dan pola gelembung hasil simulasi sesuai dengan kondisi nyata dalam
reaktor kolom gelembung.

7

Secara umum proses penghitungan CFD terdiri atas tiga bagian utama
yaitu: preprocessor, processor, dan postprocessor. Preprocessor adalah tahap
dimana data diinput mulai dari pendefinisian domain serta pendefinisan kondisi
batas atau boundary condition. Ditahap ini juga sebuah benda atau ruangan yang
akan analisis dibagi-bagi dengan jumlah grid tertentu atau sering disebut juga
dengan meshing. Tahap selanjutnya adalah processor, pada tahap ini dilakukan
proses penghitungan data-data input dengan persamaan yang terlibat secara
iterative, artinya penghitungan dilakukan hingga hasil menuju error terkecil atau
hingga mencapai nilai yang konvergen. Tahap akhir merupakan tahap
postprocessor dimana hasil perhitungan diinterpretasikan ke dalam gambar,
grafik bahkan animasi dengan pola-pola warna tertentu (Tuakia 2008).
Bahan yang digunakan dalam simulasi adalah metanol dan trigliserida
dengan suhu reaktor kolom gelembung 250°C. Sifat bahan metanol dan
trigliserida pada suhu 250°C dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Sifat bahan metanol dan trigliserida pada suhu 250°C
No

Material

Temperatur
(oC)

Densitas
(kg/m3)

Viskositas
(Pa.s)

1
2

Metanol
Trigliserida

250
250

0.746
823.5[2]

1.74E-05[1]
4.64E-05[3]

Tegangan
permukaan
(N/m)
0.01874[4]

Sumber : 1. Teske et al. (2006)
3. Rabelo et al.(2000)
2. Coupland et al. (1997) 4. Chumpitaz et al. (1999)
Pembuatan dan Pengujian Obstacle
Pengujian dilakukan untuk mengetahui kesesuaian hasil simulasi dengan
performa sebenarnya dari obstacle yang dirancang. Pengujian dilakukan dengan
menggunakan alat produksi biodiesel non-katalitik metode Superheated
Methanol Vapor (SMV). Skema produksi biodiesel dapat dilihat pada Gambar 3,
sedangkan untuk mengetahui tahapan yang harus dilakukan ketika menggunakan
unit SMV bubble column reactor dapat dilihat pada Lampiran 2.

8

Gambar 3 Skema produksi biodiesel non-katalitik metode superheated methanol
vapor (SMV)
Terdapat beberapa parameter yang digunakan dalam proses produksi
biodiesel. Parameter yang digunakan dalam pengujian obstacle dapat dilihat
pada Tabel 2.
Tabel 2 Parameter yang digunakan dalam proses produksi biodiesel
No
Parameter
Nilai
1
Uap methanol
250
a. suhu (oC)
b.
2
3
4

Laju aliran (g/menit)

Minyak Sawit (g)
Suhu reaksi (oC)
Tekanan reaksi (MPa)

2.4
250
250
0.1

Nilai yang terdapat pada tabel 2 bukan nilai standar, akan tetapi nilai
yang terdapat pada rentang yang dapat dioperasikan. Suhu reaksi yang digunakan
adalah 250o, selama suhu berkisar 250o-290o pengoperasian dapat berlangsung
karena pertukaran ester dapat terjadi dengan atau tanpa katalis, tergantung suhu.
Pada suhu 250o atau lebih reaksi dapat berlangsung tanpa adanya katalis (Caning,
1985 dalam Rahayu, 1996). Penelitian Wulandani (2010), Riris (2008), dan
Joelianingsih (2008) menunjukkan nilai terbaik untuk suhu pengoperasian adalah
290o dengan laju aliran terbaik adalah 4 g/menit, akan tetapi melihat kondisi
kondensor yang sudah tidak bekerja dengan maksimal maka suhu yang

9

digunakan adalah 250o dengan laju aliran metanol sebesar 2.4 g/menit. Minyak
sawit yang digunakan sebanyak 250 gram sesuai dengan kapasitas bahan dalam
reaktor. Menurut Yamazaki et al (2007) tekanan operasi terbaik sebesar 0.1 Mpa.
Pengambilan Data
Proses pengambilan data dibagi menjadi 2 perlakuan yaitu pengambilan
data untuk simulasi dan pengambilan data untuk produksi biodiesel. Parameter
yang dianalisis dan berpengaruh terhadap laju reaksi pembentukan biodiesel
dalam simulasi antara lain:
a.
Contact surface area
Luas permukaan kontak antara metanol dengan minyak di dalam reaktor
kolom gelembung.
b.
Gas hold-up
Rasio volume metanol di dalam minyak terhadap jumlah metanol dan
minyak.
c.
Residence time
Waktu yang dibutuhkan oleh gelembung metanol sejak mulai terbentuk
sampai pecah kepermukaan minyak.
Hasil yang diharapkan adalah obstacle yang dapat menghasilkan contact
surface area antara metanol dan minyak yang lebih besar dibandingkan hasil
yang telah dicapai oleh peneliti sebelumnya. Hasil terbaik dari rancangan
obstacle yang telah disimulasikan dengan metode CFD selanjutnya dibuat dalam
bentuk nyata menggunakan material stainless steel, karena material ini memiliki
sifat bahan yang tidak korosif dan tidak mudah mengalami deformasi atau
berubah bentuk terutama dalam suhu yang tinggi. Gambar obstacle yang telah
dibuat dengan software Autocad dapat dilihat pada Lampiran 3.
Proses pengambilan data produksi biodiesel dilakukan dua kali
pengulangan untuk setiap bentuk obstacle. Pada tahapan ini dilakukan 4 kali
produksi sampel yang terdiri dari pengujian 1 sampel tanpa obstacle dan 3 kali
menggunakan obstacle yaitu TO(123), TO(100), dan TO(68). Dari setiap
perlakuan pengambilan sampel baik yang menggunakan obstacle maupun tanpa
menggunakan obstacle diperoleh 10 sampel setiap satu kali pengulangan, karena
dilakukan 4 perlakuan dengan masing-masing perlakuan 2 kali pengulangan
maka sampel yang didapat sebanyak 80 sampel. Sampel yang didapat tanpa
menggunakan obstacle diberi label A pada botol sampel, sedangkan untuk
sampel yang menggunakan obstacle TO(123), TO(100), dan TO(68) diberi label
B, C, dan D pada botol sampel. Untuk semua sampel pada pengulangan kedua
diberi tanda aksen („) setelah label, contoh A‟, B‟, C‟, dan D‟. Interval waktu
pengambilan sampel dilakukan setiap 30 menit untuk mengetahui tren laju
produksi biodiesel setiap perlakuan. Total waktu pengambilan sampel dilakukan
selama 5 jam, hal ini dikarenakan sampel yang dihasilkan setelah 5 jam operasi
menunjukkan hasil yang sudah sempurna dimana kandungan metil ester sudah
terbentuk (Wulandani 2010). Pengujian dilakukan menggunakan unit biodiesel
bubble column reactor di Laboratorium Surya bagian Teknik Energi Terbarukan
departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut
Pertanian Bogor.

10

Evaporasi Sampel dan Pengujian Kandungan Metil Ester
Proses evaporasi dilakukan untuk menghilangkan unreacted methanol
pada kandungan sampel, sehingga hasil yang di dapat adalah biodiesel dan
gliserol. Penguapan metanol dilakukan dalam kondisi vakum 200 mb dengan
kondisi suhu 56°C. Pada proses evaporasi sampel tidak semua sampel di
evaporasi, hanya sampel ke 6 sampai 10 atau sampel yang telah dihasilkan
setelah 2 jam pembuatan biodiesel pada bubble column reactor. Hal ini
dikarenakan ada dugaan bahwa sampel yang dihasilkan dalam 2 jam pertama
Fatty Acid Methyl Ester (FAME) yang dihasilkan belum sempurna, sehingga
jumlah FAME yang dihasilkan masih sangat sedikit.
Setiap sampel yang akan di evaporasi dua sampel digabung menjadi satu,
contohnya sampel nomor 5 digabungkan dengan sampel nomor 6, sampel nomor
7 digabungkan dengan sampel nomor 8, serta sampel nomor 9 yang digabungkan
dengan nomor 10. Setelah 2 sampel digabungkan dilakukan proses evaporasi
pada sampel. Proses evaporasi dilakukan di Laboratorium Pengolahan Pangan
departemen Gizi Masyarakat, Fakultas Ekologi Manusia, Institut Pertanian
Bogor. Proses evaporasi ini menggunakan alat rotary evaporator. Gambar dan
keterangan gambar dapat dilihat pada Lampiran 4.
Hasil sampel biodiesel yang telah di evaporasi selanjutnya di uji
kandungan nilai metil ester yang terkandung didalamnya sebagai parameter yang
menunjukkan kualitas dari biodiesel tersebut. Tempat pengujian kadar metil ester
dilakukan di PUSLABFOR MABES POLRI (Pusat Laboratorium Forensik
Markas Besar Polisi Republik Indonesia). Pengujian nilai metil ester ini
menggunakan alat Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS)
(Gambar 4).

Gambar 4 Gas Chromatography Mass Spectrometry (GCMS)

11

HASIL DAN PEMBAHASAN
Pemodelan dan Simulasi CFD untuk Rancangan Obstacle
Model yang digunakan dalam simulasi adalah model 3 dimensi, hal ini
dilakukan agar hasil simulasi yang diperoleh lebih sesuai dengan kondisi nyata
dalam reaktor kolom gelembung. Adapun solver yang dipakai untuk
memecahkan kasus dalam simulasi ini adalah solver single precision, karena
secara umum solver single precision sudah cukup akurat untuk digunakan dalam
berbagai kasus. Selain solver single precision juga bisa digunakan solver double
precision dimana hasil yang diperoleh lebih akurat dibandingkan dengan
menggunakan solver single precision, akan tetapi waktu yang dibutuhkan untuk
komputasi jauh lebih lama. Solver double precision digunakan untuk
memecahkan kasus khusus yang tidak cukup diselesaikan hanya dengan solver
single precision seperti untuk mensimulasikan bentuk geometri yang panjang dan
sangat tipis.
Geometri yang dibuat dengan menggunakan Gambit menggunakan satuan
mm, sedangkan Fluent menganggap semua dimensi geometri di bangun dengan
menggunakan satuan meter. Jadi perlu dilakukan proses penyekalaan dimensi
terlebih dahulu ke dalam satuan mm pada Fluent. Tipe aliran dalam simulasi
adalah transien (unsteady) karena dipengaruhi oleh faktor waktu. Simulasi
dipengaruhi oleh percepatan gravitasi yaitu -9.81 m/s2 terhadap sumbu Y. Dalam
simulasi diasumsikan tidak terjadi reaksi kimia antara minyak dan metanol
karena tidak saling larut satu sama lain dan gas metanol super terpanaskan
dianggap sebagai gas ideal. Hal ini dilakukan karena yang ingin diketahui dari
hasil simulasi hanya pengaruh penggunaan obstacle terhadap luas contact
surface area dan gas hold-up yang terjadi di dalam reaktor.
Model dan persamaan dasar yang digunakan dalam simulasi reaktor
kolom gelembung adalah model multifasa dan model viskos. Model multifasa
merupakan pendefinisian suatu fasa sebagai suatu tingkat material yang
mempunyai momen inersia terhadap aliran dan berinteraksi dengan aliran serta
medan potensial yang ada. Misalnya, material partikel padat yang sama tetapi
berbeda ukuran dapat diperlakukan sebagai fasa yang berbeda karena
sekelompok partikel dengan ukuran yang sama akan mempunyai respon dinamik
yang sama terhadap medan aliran. Sedangkan model viskos merupakan
pendefinisian untuk bilangan Reynold, dengan kata lain mendefinisikan apakah
suatu aliran termasuk ke dalam aliran laminar atau aliran turbulen. Untuk
mendefinisikan dua jenis material (fasa) yang berbeda (minyak dan metanol),
maka digunakan jenis aliran multifasa. Pada Fluent disediakan beberapa model
untuk aliran multifasa yaitu, volume of fluid (VOF), mixture, dan eulerian.
Karena output dari simulasi adalah untuk mengetahui luas permukaan kontak
antara minyak dengan metanol maka lebih tepat digunakan model volume of fluid
(VOF). Pada model viskos yang digunakan adalah model k-epsilon, karena jenis
aliran yang disimulasikan adalah aliran turbulen. Selain itu model k-epsilon
sangat stabil menganalisis aliran turbulen dan waktu komputasinya juga relatif
lebih singkat. Prosedur yang digunakan dalam simulasi dapat dilihat pada
Lampiran 5.

12

Hal yang sangat penting dalam proses perancangan model adalah proses
meshing. Jumlah mesh atau node/elemen pada sebuah gambar benda yang di
analisis dalam simulasi CFD menentukan kualitas output simulasi dan
mempengaruhi waktu proses iterasi. Penentuan mesh yang optimal di dasarkan
pada nilai worst element. Semakin rendah nilai worst element, semakin cepat
proses iterasi berlangsung. Proses iterasi dilakukan untuk menggambarkan
pergerakan gelembung selama 1 hingga 1.5 detik, atau setara dengan 4 sampai 5
hari proses iterasi. Kualitas mesh terburuk yang di dapat dari hasil rancangan
untuk simulasi CFD adalah 0.8 mesh yang digunakan adalah mesh volume tipe
elemen Hex/Wedge Cooper dan Tet/Hybrid Tgrid. Untuk bagian reaktor yang
memiliki bentuk sederhana dan berukuran besar seperti tabung reaktor bagian
atas digunakan mesh volume tipe elemen Hex/Wedge Cooper dengan ukuran
mesh interval 2-3 mm, sedangkan pada bagian reaktor yang rumit dan berukuran
kecil seperti bagian bawah reaktor yang berbentuk setengah bola dan lubang
obstacle yang memiliki ukuran relatif kecil maka digunakan mesh volume tipe
elemen Tet/Hybrid Tgrid dengan ukuran mesh interval 1-2 mm. Kualitas dan
jumlah elemen mesh pada masing-masing model dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Kualitas dan jumlah elemen mesh pada hasil rancangan
Obstacle

Worst Element

Total Element

S
TO(123)
TO(100)
TO(68)

0.750
0.794
0.783
0.800

399951
127384
392888
967800

Pola kecepatan dan jenis aliran di dalam reaktor kolom gelembung sangat
berpengaruh terhadap laju reaksi pembentukan biodiesel. Pola kecepatan aliran di
dalam reaktor kolom gelembung dapat dilihat pada Gambar 5.

13

Gambar 5 Perbandingan vektor kecepatan aliran pada obstacle TO100

14

Gambar 5 menunjukkan reaktor dengan pemasangan obstacle salah satu
dari skenario yang telah dilakukan. Pada gambar tersebut menunjukkan bahwa
pemasangan obstacle membuat kecepatan fluida (gelembung metanol) lebih
rendah dibandingkan bagian yang tidak terdapat obstacle di dalam reaktor.
Pemasangan obstacle ini terbukti meningkatkan efektifitas reaksi dengan cara
menurunkan kecepatan fluida, sehingga meningkatkan residence time dan
contact surface area. Selain menurunkan kecepatan aliran fluida, pemasangan
obstacle juga meningkatkan turbulensi aliran fluida di dalam reaktor. Aliran
turbulen bersifat dispersif (menyebar), sifat ini menyebabkan aliran turbulen
memiliki kemampuan yang baik dalam proses mixing (pencampuran),
perpindahan massa, perpindahan panas, dan perpindahan momentum. Pada
Gambar 5 pusaran aliran turbulen sudah cukup besar (large scale eddy) sehingga
proses pencampuran, perpindahan massa, dan perpindahan momentum terjadi
cukup baik, yang akhirnya dapat memperbesar laju reaksi.
Setelah selesai melakukan pemodelan selanjutnya dilakukan proses
simulasi pada setiap model dan didapatkan hasil parameter simulasi antara lain:
Contact surface area
Obstacle tipe TO(123) memiliki 41 lubang setiap plat, hal ini bertujuan
untuk menghasilkan gelembung sebanyak mungkin. Setelah dilakukan simulasi
didapatkan gelembung yang banyak akan tetapi karena setiap plat memiliki
jumlah lubang yang sama maka gelembung yang dihasilkan terlalu cepat
melewati minyak dikarenakan lubang yang terdapat pada plat paling atas terlalu
banyak lubang keluar untuk uap metanol. Fenomena ini membuat waktu tinggal
gelembung sangat singkat ketika melewati minyak dan mempengaruhi kecilnya
contact surface area dan residence time.
Melihat hasil yang diperoleh dari TO(123) tidak terlalu memuaskan,
maka dilakukan perancangan obstacle dengan model baru yaitu TO(100).
Obstacle ini memiliki jumlah lubang yang sama untuk plat bagian bawah dan
tengah tetapi berbeda untuk plat bagian atas dengan lubang yang digunakan
hanya 18 lubang. Pengurangan lubang pada plat bagian atas bertujuan untuk
memperlambat waktu gelembung ketika melewati minyak, karena semakin lama
waktu tinggal gelembung maka akan meningkatkan contact surface area.
Model lain yang digunakan pada penelitian ini adalah obstacle tipe
TO(68). Obstacle ini dibuat dengan pertimbangan merubah plat bagian tengah
untuk mengetahui seberapa besar pengaruh plat tengah pada hasil simulasi.
Untuk plat bagian bawah berjumlah 30 lubang, plat tengah 20 lubang, dan plat
atas 18 lubang. Dari model ini didapatkan bahwa pengurangan jumlah lubang
pada plat bagian bawah mengakibatkan gelembung yang terbentuk menjadi
berkurang meskipun waktu tinggal lebih lama sehingga berpengaruh terhadap
contact surface area. Pola distribusi gelembung metanol setiap model pada
waktu 1 detik dapat dilihat pada Gambar 6.

15

TO(123)
TO(100)
TO(68)
Gambar 6 Pola distribusi gelembung metanol setiap model pada waktu 1 detik
Rata-rata hasil yang didapatkan untuk nilai contact surface area obstacle
tipe S sebesar 0.0086 m2, rata-rata contact surface area untuk obstacle tipe
TO(123) sebesar 0.0146 m2, TO(100) sebesar 0.0198 m2, dan TO(68) sebesar
0.0174 m2. Contact surface area setiap model obstacle dapat dilihat pada
Gambar 7.

Gambar 7 Grafik contact surface area setiap model obstacle
Obstacle terbaik adalah yang memiliki nilai contact surface area paling
besar, dalam skenario ini obstacle TO(100) memiliki nilai paling baik. Akan
tetapi hasil yang didapatkan TO(100) masih belum optimal atau belum mencapai
nilai yang stabil, maka dilakukan tambahan waktu simulasi dari 1 detik menjadi

16

1,5 detik. Setelah dilakukan penambahan waktu simulasi, hasil rata-rata yang
diperoleh TO(100) menjadi sebesar 0.0215 m2.
Gas hold-up
Gas hold-up didefinisikan sebagai fraksi volume gas (Vg) di dalam aerasi
penyebaran gas-cairan (V1), yang dituliskan dalam persamaan (1)
(Yang et al 1991).
Ԑg = Vg / (Vg+V1).............................................................(1)
Gas hold-up merupakan volume gas yang terkandung di dalam cairan,
semakin besar volume metanol super terpanaskan yang terkandung di dalam
minyak maka gas hold-up juga akan meningkat. Semakin tinggi gas hold-up
maka semakin besar jumlah metanol yang akan bereaksi dengan minyak
sehingga laju reaksi akan meningkat. Dari hasil simulasi ketiga skenario model
obstacle didapatkan nilai gas hold-up yang berbeda untuk setiap model, seperti
yang terlihat pada Gambar 8.

Gambar 8 Grafik gas hold-up setiap model obstacle
Hasil simulasi pada Gambar 8 menunjukkan bahwa gas hold-up dan
contact surface area memiliki hubungan positif satu sama lain. Semakin tinggi
contact surface area antar bahan maka akan semakin tinggi pula gas hold-up, hal
ini sesuai dengan hasil penelitian Ilham (2012) dan Wulandani (2010).
Residence time
Residence time dapat diartikan lamanya waktu tinggal gelembung dalam
minyak. Semakin lama gelembung berada di dalam minyak maka waktu untuk
bereaksi akan semakin panjang. Residence time dianalisis melalui gambar hasil
simulasi CFD, yaitu dengan menghitung waktu mulai terbentuknya gelembung
dari noozle (inlet) sampai gelembung pecah ke permukaan. Dari hasil simulasi
didapatkan nilai yang lebih besar untuk simulasi dengan menggunakan obstacle
dibanding tanpa menggunakan obstacle (kosong). Obstacle berfungsi menahan
gelembung di dalam minyak, sehingga meningkatkan peluang kontak antara

17

gelembung metanol dengan minyak yang lebih lama dimana hasil reaksi
pembentukan biodiesel dapat lebih sempurna. Residence time untuk ketiga model
obstacle dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Hasil residence time untuk setiap model obstacle
Jumlah gelembung yang
Waktu rata-rata
Tipe Obstacle
pecah ke permukaan
gelembung tinggal (s)
TO(123)
8
0.518
TO(100)
7
0.509
TO(68)
7
0.497
Dilihat dari Tabel 4, hasil yang didapatkan untuk residence time tidak
menunjukkan hasil atau tren yang jelas. Contact surface area dan gas hold-up
memiliki hubungan yang berbanding lurus, akan tetapi untuk hasil residence time
tidak menunjukkan tren yang jelas baik positif atau negatif. Hal ini sesuai dengan
penelitian Ilham (2012) yang mendapatkan nilai residence time yang tidak
memiliki hubungan positif atau negatif dengan contact surface area maupun
dengan gas hold-up. Hal ini disebabkan oleh sifat gelembung yang cenderung
bergabung kembali setelah dipecah oleh obstacle sehingga berpengaruh terhadap
kecepatan gelembung di dalam reaktor.
Pembuatan dan Pengujian Obstacle dengan Membuat Sampel Biodiesel
Hasil pembuatan obstacle TO(123), TO(100), dan TO(68) dapat dilihat
pada Gambar 9.

(a) Obstacle TO(123)

(c) Obstacle TO(68)

(b) Obstacle TO(100)

(d) Obstacle setelah dipasang

Gambar 9 Hasil pembuatan obstacle (a) TO(123), (b) TO(100), (c) TO(68) dan
(d) obstacle setelah dipasang

18

Ketiga model rancangan obstacle memiliki poros yang berfungsi
menyatukan tiga buah plat berlubang. Fungsi lain dari poros ini adalah ketika
dilakukan pemasangan pada reaktor kolom gelembung, poros berfungsi
memecah aliran uap metanol dan menyebarkan ke seluruh bagian plat berlubang
sehingga dihasilkan gelembung yang banyak dan menyebar. Untuk
menghasilkan gelembung yang banyak maka setiap model obstacle yang dibuat
selalu memiliki lubang terbanyak pada plat paling bawah, karena apabila
gelembung dapat dihasilkan dalam jumlah yang banyak sejak awal keluar uap
metanol maka akan meningkatkan contact surface area antara metanol dan
minyak.
Pembuatan biodisel pertama dilakukan tanpa menggunakan obstacle (S),
sedangkan pada pembuatan sampel selanjutnya menggunakan obstacle TO(123),
TO(100), dan TO(68). Hasil pengujian pembuatan biodiesel dapat dilihat pada
Tabel 5.
Tabel 5 Hasil pengujian obstacle dalam pembuatan biodiesel
Minyak
Minyak Metanol
Sampel
yang
yang
yang
yang
Persentase
Jenis
Ulangan
digunakan terpakai terpakai dihasilkan
Obstacle
(g)
(g)
(g)
(g)
(%)
S
1
250
16.47
736.81
685.59
91.01
S
2
250
15.43
727.75
640.48
86.18
TO(123)
1
250
13.35
779.25
602.02
75.95
TO(123)
2
250
13.39
757.82
629.71
81.65
TO(100)
1
250
15.45
739.78
505.09
66.87
TO(100)
2
250
13.08
725.33
594.04
80.44
TO(68)
1
250
15.22
719.38
529.77
72.11
TO(68)
2
250
14.97
685.50
588.64
84.03
Berdasarkan hasil data pada tabel 4 didapatkan ketidaksesuaian antara
jumlah bahan yang terpakai dengan hasil produk. Untuk contoh pada model S
ulangan pertama minyak yang terpakai sebesar 16.47 gram dan metanol yang
digunakan sebanyak 736.81 gram, apabila dijumlahkan maka bahan yang
digunakan sebesar 753.28 gram dan tidak sesuai dengan produk yang dihasilkan
sebesar 685.59 gram. Terjadi kehilangan massa bahan sebanyak 67.69 gram
akibat tidak sepenuhnya sampel yang berbentuk uap dapat dikondensasikan. Hal
ini dapat dikarenakan adanya kebocoran pada saluran hasil produk sehingga
sampel menguap atau karena kondensor yang sudah tidak bekerja secara optimal
sehingga tidak sepenuhnya uap dapat dikondensasikan.
Dari Tabel 4 dapat dihitung nilai rata-rata produksi untuk setiap model.
Model S memiliki nilai produksi rata-rata sebesar 663.03 gram, TO(123) 615.87
gram, TO(100) 549.57 gram, dan untuk TO(68) 559.21 gram. Kandungan sampel
yang didapatkan pada Tabel 4 bukanlah hasil akhir karena dari hasil pengujian
tersebut kandungan sampel masih terdiri dari biodiesel, unreacted methanol
(UM), dan gliserol sehingga perlu dilakukan proses evaporasi untuk memisahkan
unreacted methanol. Untuk melihat laju produksi setiap interval waktu dapat
dilihat pada Gambar 10.

19

Gambar 10 Grafik interval pengujian sampel biodiesel+UM+gliserol
Data pengambilan sampel biodiesel setiap 30 menit dapat dilihat pada
Lampiran 6.
Gambar 11 memperlihatkan sampel (biodiesel+UM+gliserol) hasil
produksi biodiesel.

Gambar 11 Sampel (biodiesel+UM+gliserol) keluaran dari reaktor
Evaporasi Sampel Biodiesel
Proses evaporasi dilakukan untuk menghilangkan unreacted methanol
pada kandungan sampel, sehingga hasil yang didapat adalah biodiesel dan
gliserol. Penguapan metanol dilakukan dalam kondisi vakum 200 mb dengan
kondisi suhu 56°C. Pada proses evaporasi sampel tidak semua sampel di
evaporasi, hanya sampel ke 6 sampai 10 atau sampel yang telah dihasilkan
setelah 2 jam pembuatan biodiesel pada bubble column reactor. Hasil
keseluruhan proses evaporasi dapat dilihat pada Tabel 6.

20

Tabel 6 Data hasil proses evaporasi
Kode
Berat awal
No
Obstacle
sampel
sampel (gr)
1 A5+A6
S
169.8261
2 A7+A8
S
167.229
3 A9+A10
S
153.9268
4 A'5+A'6
S
169.3788
5 A'7+A'8
S
163.3654
6 A'9+A'10
S
175.8285
7 B5+B6
TO(123)
176.2113
8 B7+B8
TO(123)
168.1912
9 B9+B10
TO(123)
166.48
10 B'5+B'6
TO(123)
168.4059
11 B'7+B'8
TO(123)
176.4127
12 B'9+B'10
TO(123)
167.106
13 C5+C6
TO(100)
181.5396
14 C7+C8
TO(100)
154.2126
15 C9+C10
TO(100)
169.8274
16 C'5+C'6
TO(100)
154.7138
17 C'7+C'8
TO(100)
176.3148
18 C'9+C'10
TO(100)
155.1714
19 D5+D6
TO(68)
163.6534
20 D7+D8
TO(68)
174.0717
21 D9+D10
TO(68)
167.1769
22 D'5+D'6
TO(68)
166.7095
23 D'7+D'8
TO(68)
181.4306
24 D'9+D'10
TO(68)
154.9538

Berat akhir
sampel (gr)
169.7518
167.1194
153.4879
169.3204
163.3433
175.5212
175.9054
167.9439
165.8407
168.0627
175.9624
166.873
181.01
153.5066
169.4072
153.7456
175.5348
154.4552
162.8743
173.2827
166.6835
166.3436
180.9894
154.4126

Hasil
sampel (gr)
0.0743
0.1096
0.4389
0.0584
0.0221
0.3073
0.3059
0.2473
0.6393
0.3432
0.4503
0.233
0.5296
0.706
0.4202
0.9682
0.78
0.7162
0.7791
0.789
0.4934
0.3659
0.4412
0.5412

Setelah unreacted methanol diuapkan, hasil akhir berupa cairan biodiesel
yang kemungkinan mengandung gliserol. Meskipun pada proses pengujian alat
sampel yang diperoleh tanpa menggunakan obstacle lebih banyak dibandingkan
dengan sampel yang menggunakan obstacle, setelah dilakukan proses evaporasi
didapatkan bahwa sampel yang dihasilkan tanpa menggunakan obstacle banyak
mengandung unreacted methanol. Total biodiesel dan gliserol yang dihasilkan
pada proses evaporasi pada setiap model dapat dilihat pada gambar 12.

21

Gambar 12 Grafik total kandungan (biodiesel+gliserol) untuk setiap model
Gambar 12 menunjukkan grafik total kandungan biodiesel dan gliserol
dari setiap model. Dari hasil tersebut dapat dibuktikan bahwa penambahan
obstacle berpengaruh terhadap laju produksi pembentukan biodiesel. Sebagai
perbandingan total kandungan biodiesel+gliserol untuk model S sebesar 1.01
gram sedangkan untuk model TO(100) sebesar 4.12 gram sehingga terjadi
perbandingan laju produksi hasil evaporasi sampel sebesar 4 kali lipat. Hal ini
sesuai dengan penelitian Wulandani (2010) bahwa dengan menambahkan
obstacle pada reaktor kolom gelembung dapat meningkatkan laju reaksi
pembentukan biodiesel sebesar 2.8 kali lipat dibandingkan tanpa menggunakan
obstacle.
Pengujian Kandungan Metil Ester terhadap Sampel Biodiesel Hasil
Evaporasi
Pengujian hasil FAME yang diperoleh sangat sedikit (kurang dari 1
gram), maka terdapat kendala saat akan dilakukan pengambilan FAME dari
tabung erlenmeyer karena hasil FAME hanya menempel di tabung bagian dalam
erlenmeyer. Kendala ini diatasi dengan penambahan metanol PA (ProAnalysis)
sebanyak 2 gram agar sampel dapat terambil. Setelah hasil dari evaporasi
didapatkan selanjutnya dilakukan pengujian kadar ME, pada pengujian ini hanya
2 sampel yang digunakan yaitu sampel A atau tanpa obstacle dan sampel B atau
TO(123) yang di uji, hal ini bertujuan untuk membandingkan kadar ME sampel
tanpa obstacle dengan kadar ME sampel dari desain terbaik menurut hasil
simulasi CFD yaitu TO(123). Sampel yang di uji baik sampel A ataupun B,
masing-masing menggunakan sampel terakhir dari hasil evaporasi yaitu A9+A10
dan B9+B10.
Setiap sampel diinjeksikan sebesar 0.6 mikron, termasuk sampel dari
biodiesel murni yang digunakan sebagai pembanding untuk hasil dari sampel A
dan B. Biodiesel murni ini memiliki kandungan ME sebesar 99%. Hasil dari alat
GCMS ini berupa peaks atau puncak-puncak, dimana setiap peak memiliki nilai

22

kandungan ME yang berbeda. Semakin sama atau mirip dengan peak hasil dari
biodiesel murni maka kandungan ME yang terdapat pada peak tersebut semakin
besar. Setelah dilakukan pengujian didapatkan hasil untuk sampel A nilai
kandungan metil ester sebesar 86%, sedangkan untuk sampel B didapatkan nilai
kandungan metil ester sebesar 89.94%. Untuk melihat salah satu contoh
perhitungan pada peak dapat dilihat pada Lampiran 7.

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Berdasarkan 3 skenario perancangan dan pengujian obstacle yang telah
dilakukan didapatkan model terbaik yaitu TO(100) dengan nilai contact surface
area terbesar dibandingkan dengan model lainnya, selain itu diperoleh
perbandingan laju reaksi produksi hasil evaporasi sebesar 4 kali lipat
dibandingkan dengan model S atau tanpa menggunakan obstacle.
Saran




Perlu dilakukan penambahan waktu simulasi dari 1 detik menjadi 1.5 atau 2
detik karena waktu 1 detik belum cukup membuktikan hasil yang konstan
atau stabil.
Perbaikan kondensor pada alat produksi biodiesel perlu dilakukan untuk
mendapatkan hasil yang lebih optimal.
Perlu dilakukan pengujian dengan menggunakan desain obstacle model lain
dengan konfigurasi yang lebih bervariasi.

DAFTAR PUSTAKA
Abdullah K, Irwanto AK, Siregar N, Agustina E, Tambunan AH, Yamin M,
Hartulistiyoso E, Purwanto YA, Wulandani D, Nelwan LO. 1998. Energi
dan Listrik Pertanian. Japan International Cooporation Agency. Institut
Pertanian Bogor.
Carey FA. 2003. Organic Chemistry 5th Edition. New York (US): Mc Graw Hill
Companies.
Diasakou, M, A Louloudi and Papayannakos. 1998. Kinetics of The NonCatalytic tranesterification of Soybean Oil. Fuel 77:1297-1302.
Fessenden RJ. Dan Fessenden JS. 2004. Kimia Organic Jilid 2. Jakarta (ID):
Erlangga.
Ilham F. 2012. Desain Tipe Obstacle pada Bubble Column Reactor Untuk
Produksi Biodiesel Secara Non-Katalitik [skripsi]. Bogor (ID): Institut
Pertanian Bogor.

23

Joelianingsih, Nabetani H, Sagara Y, Tambunan AH dan Abdullah K. 2006.
Perkembangan Proses Pembuatan Biodiesel Sebagai Bahan Bakar Nabati
(BBN). Jurnal Keteknikan Pertanian 20(3):205-216.
Kusdiana D dan Saka S. 2000, Kinetics of Transesterification in Rapseed Oil to
Biodiesel Fuel as Trated in Supercritical Methanol. Fuel 80:693-698.
Mouza AA, 2004. Effect of Liquid Properties on the Performance of Bubble
Column Reactors With Fine Pore Spargers. Chemical Engineering
Science. Thessaloniki (GR): Aristotle University.
Puspitosari RS. 2007. Kinerja Reaktor Kolom Gelembung Tipe Kontinyu untuk
Produksi Biodiesel secara Non-Katalitik. [skripsi]. Bogor (ID): Institut
Pertanian Bogor.
Rahayu SD. 1996. Teknik Pemekatan β Karoten Minyak Sawit Kasar dengan
Transesterifikasi dan Saponifikasi [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian
Bogor.
Rosita RP. 2007. Kinerja Reaktor Kolom Gelembung Tipe Kontinyu untuk
Produksi Biodiesel Secara Non-Katalitik [skripsi]. Bogor (ID): Institut
Pertanian Bogor.
Tuakia F. 2008. Dasar-dasar CFD Menggunakan Fluent. Bandung (ID):
Informatika.
Wulandani D. 2010. CFD Analysis of Bubble Column Distribution in NonCatalytic Reactor for Production of Biodiesel Fuel. National Food
Research Institute (NFRI), NARO. Japan.
Yamazaki K, Miyawaki O, Sagara Y. 2007. Non-catalytic alcoholysis of oils for
biodiesel fuel production by a semi-batch process. Japan Journal of Food
Engineering 8(1):11-18.
Yang JD, Wang NS. 1991. Local gas h