BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN
Penelitian  ini  akan  dilakukan  di  Laboratorium  Proses  Industri  Kimia  dan Laboratorium  Kimia  Fisika,  Departemen  Teknik  Kimia,  Fakultas  Teknik,
Universitas Sumatera Utara, Medan.
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
Bahan baku  yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah limbah biji kopi  yang  berasal  dari  biji  kopi  dari  Sidikalang,  dan  bahan  kimia  berupa  n-
heksana  C
6
H
14
,  toluena  C
7
H
8
C
6
H
5
CH
3
,  etanol  C
2
H
5
OH  96,  indikator phenolphthalein  C
20
H
14
O
4
,  aquadest  H
2
O,  metanol  CH
3
OH,  natrium hidroksida NaOH, dan asam sulfat H
2
SO
4
. Peralatan  utama  yang  akan  digunakan  adalah  labu  leher  tiga,  corong
pemisah,  gelas  ukur,  motor  pengaduk
magnetic  stirrer
,  pemanas
heating mantle
, termometer, buret, erlenmeyer, pipet tetes, beaker glass, statif dan klem,
hot plate, pendingin liebig, refluks kondensor
dan
water bath
.
3.3 DIAGRAM KERJA
Gambar 3.1 Diagram Kerja Pembuatan Biodiesel Dari Minyak Limbah Biji Kopi Penyiapan bubuk biji kopi
Ekstraksi
Transesterifikasi Esterifikasi
Biodiesel
Universitas Sumatera Utara
3.4 PROSEDUR KERJA
3.4.1   Penyiapan Bahan Baku
Bahan baku berupa biji kopi rusak dipisahkan dari biji kopi yang baik. Biji kopi  rusak  ini  kemudian  dikeringkan  pada  suhu  kamar  hingga  pada  permukaan
biji  tidak  terdapat  lagi  lendir  maupun  pengotor-pengotor  cair,  seperti  bekas pencucian  biji  kopi  maupun  air.  Kemudian  biji  kopi  rusak  tersebut  disangrai
dengan  melakukan  proses  penyangraian  pada  penggorengan  tanpa  menggunakan minyak  hingga  biji  kopi  berwarna  kecoklatan  tua  hingga  hitam.  Lalu  biji  kopi
tersebut  dihaluskan  dengan  mesin  penggiling  kopidan  diayak  hingga  berbentuk
bubuk yang halus dengan ukuran 100 mesh.
3.4.2   Ekstraksi
1.  Ditimbang  sampel  biji  kopi  sangrai  bubuk  sebanyak  40  gram,  lalu dibungkus dalam kertas saring
Whatman
No. 41 dan dimasukkan ke dalam tabung ekstraksi soklet.
2.  Diisi labu ekstraksi dengan pelarut, dimana jenis pelarut dan perbandingan berat pelarut : sampel sesuai variabel percobaan.
3.  Kondensor  dan  labu  ekstraksi  dirangkai  pada  soklet,  lalu  dipanaskan  di atas
hot plate
sambil dialirkan air. 4.  Pemanasan dilakukan sampai pelarut mendidih dan menguap, pada kisaran
suhu  70-75 C,  lalu  membasahi  sampel.  Pelarut  yang  telah  mengandung
minyak  biji  kopi  akan  bergerak  ke  bagian  bawah  pipa  soklet  dan  menuju labu ekstraksi.
5.  Ekstraksi dihentikan setelah tercapai waktu operasi selama 120 menit. 6. Selanjutnya dilakukan proses distilasi.
7.  Didapatkan minyak biji kopi murni dan pelarut murni yang jernih. 8.  Selanjutnya  dilakukan  analisa  densitas,  viskositas  dan  kadar  FFA  minyak
biji kopi.
Universitas Sumatera Utara
3.4.2   Destilasi
1.  Hasil ekstraksi dimasukkan ke dalam labu destilasi. 2.  Labu  destilasi  ditempatkan  diatas
heating  mantle
dan  dirangkai  dengan
pendingin liebig.
3.  Dilakukan pemanasan di atas
heating mantle
sambil dialirkan air. 4.  Pelarut yang menjadi distilat ditampung di dalam erlenmeyer 250 ml.
5.  Pemanasan dilanjutkan hingga seluruh pelarut menguap. 6.  Didapatkan minyak biji kopi yang sudah bebas dari pelarut.
Gambar 3.2 Rangkaian peralatan
soxhlet extraction
Gambar 3.3 Rangkaian peralatan destilasi
keterangan gambar: 1.   statif
2.   klem 3.   heating mantle
4.   labu ekstraksi 5.   pipa soklet
6.   pipa kecil 7.   pipa
8.   kondensor 9.   sampel
10. larutan pelarut dan esktrak 11. pipa aliran air pendingin masuk
12. pipa aliran air pendingin keluar
keterangan gambar: 1.   statif
2.   termometer 3.   labu leher tiga
4.   heating mantle 5.   pipa penghubung
6.   pendingin liebig 7.   erlenmeyer
7
Universitas Sumatera Utara
3.4.3 Esterifikasi
1.  Dimasukkan  100  ml minyak  biji  kopi  murni, metanol  perbandingan  molar metanol : asam lemak bebas = 3:1, dan katalis H
2
SO
4
sebanyak 1 vv ke dalam labu leher tiga, kemudian diaduk dengan kecepatan konstan 600 rpm
dan dipanaskan sampai suhu reaksi 60 C.
2. Dipertahankan suhu reaksi. 3. Esterifikasi dihentikan setelah waktu operasi mencapai 60 menit.
4.  Setelah reaksi  selesai,  campuran reaksi  dipindahkan ke  corong pisah untuk memisahkan lapisan bawah.
5.  Lapisan atas lemak dan metil ester dicuci hingga pH netral. 6.  Lapisan  atas  diuapkan  untuk  memisahkan  metanol  dan  air  yang  masih
tersisa dalam lemak.
Gambar 3.4 Rangkaian alat untuk proses esterifikasi
3.4.4 Transesterifikasi
1. Ke dalam hasil esterifikasi ditambahkan katalis NaOH sebanyak 1,75 ww
yang telah dilarutkan dalam metanol perbandingan molar  metanol : minyak biji  kopi  = 9:1, lalu dilakukan pengadukan dengan kecepatan konstan 600
rpm dan pemanasan pada suhu 60 C.
2. Suhu reaksi dipertahankan konstan, lalu transesterifikasi dihentikan setelah
waktu operasi mencapai 120 menit.
Universitas Sumatera Utara
3. Selanjutnya  dilakukan  destilasi  untuk  memisahkan  metanol  yang  tidak
bereaksi. 4.
Dilakukan  pemisahan  lapisan  produk,  yakni  gliserol  dan  metil  ester berdasarkan perbedaan densitas dengan menggunakan corong pemisah.
5. Metil ester dicuci dengan air hangat bersuhu 85
C di dalam corong pemisah untuk membuang residu katalis dan sabun, kemudian dikeringkan.
6. Dilakukan analisa densitas, viskositas, dan titik nyala metil ester.
3.5 ANALISA MINYAK BIJI KOPI DAN BIODIESEL METIL ESTER
3.5.1.   Penentuan Densitas
Specific Gravity
1.  Piknometer  kosong  yang  bersih  dan  kering  ditimbang  dan  dicatat massanya.
2.  Piknometer  diisi  dengan  air  hingga  penuh,  lalu  ditimbang  dan  dicatat massanya.  Massa  air  dalam  piknometer  adalah  selisih  dari  massa
piknometer berisi air dengan piknometer kosong. 3. Densitas  air dihitung  dengan membagi  massa  air dengan volume air pada
suhu pengukuran. Densitas air yang diperoleh merupakan densitas zat cair standar.  Selanjutnya  piknometer  diisi  dengan  sampel  dan  ditimbang
massanya. 4.  Massa  sampel  diperoleh  dari  selisih  massa  piknometer  berisi  sampel
dengan massa piknometer kosong. 5.  Densitas  sampel  diperoleh  dari  pembagian  massa  sampel  dengan  volume
piknometer. 6.
Specific  gravity
sampel  dapat  ditentukan  dengan  cara  :  densitas  sampel dibagi dengan densitas air.
3.5.2   Penentuan Viskositas
1.  Aquadest  dituang  sebanyak  10  ml  ke  dalam  viskosimeter,  dan  suhunya dicatat.
2.  Kemudian  dihisap  dengan  karet  penghisap  sampai  cairan  berada  di  atas tanda garis “a” pada bulatan pipa kecil.
Universitas Sumatera Utara
3. Cairan dibiarkan turun, waktu selama cairan turun dari tanda “a” ke tanda “b” dihitung dengan stopwatch dan dicatat.
4.  Prosedur 2 dan 3 diulangi sampai 3 kali. 5.  Aquadest  dalam  viskosimeter  dibuang  dan  diganti  dengan  sampel
sebanyak  10  ml.  Cara  pengukuran  waktu  alir  seperti  halnya  pada  air  dan dilakukan sebanyak 3 kali.
6.  Dari harga waktu alir yang dicatat, dapat dihitung viskositas sampel.
3.5.3   Penentuan Kadar Asam Lemak Bebas
F ree F atty Acid
1. Diambil 3 ml sampel dan dimasukkan ke dalam erlenmeyer 250 ml.
2. Ditambahkan 9 ml etanol 96.
3. Diaduk hingga sampel larut.
4. Ditambahkan  2-3  tetes  indikator  phenolphthalein  dan  dititrasi  dengan
larutan standard NaOH 0,1 N hingga warna merah muda stabil selama 15 detik, kemudian dicatat volume NaOH yang terpakai.
3.5.4   Penentuan Titik Nyala
1.  Sampel dimasukkan ke dalam cawan penguap dan termometer dipasang. 2. Sampel dipanaskan dengan bunsen dan nyala api diletakkan 10 cm di atas
permukaan sampel. 3.  Proses pemanasan terus dilakukan sampai nyala api terbakar.
4.  Temperatur sampel pada saat mulai terbakar disebut titik nyala nyala uji.
3.5.5   Penentuan  Komposisi  Asam  Lemak  dan  Asam  Lemak  Bebas  dengan
Gas Chromatography GC
.
Universitas Sumatera Utara
3.6 FLOWCHART PROSEDUR KERJA
3.6.1  Flowchart Penyiapan Bahan Baku
Gambar 3.5 Flowchart Penyiapan Bahan Baku Mulai
Biji kopi rusak dipisahkan dari biji kopi baik
Dikeringkan pada suhu kamar
Disangrai hingga berwarna kecoklatan tua atau hitam
Dihaluskan dengan mesin penggiling kopi dan diayak pada 100 mesh
Diperoleh bubuk limbah biji kopi sangrai berukuran 100 mesh
Selesai
Universitas Sumatera Utara
3.6.2  Flowchart Ekstraksi
Mulai Ditimbang sampel biji kopi sangrai bubuk sebanyak
50 gram, dibungkus dengan kertas saring
Whatman
dan dimasukkan ke dalam tabung soklet Pelarut diisi ke dalam labu ekstraksi dengan  jenis pelarut
dan perbandingan berat pelarut:sampel sesuai dengan variabel percobaan
Dilakukan pemanasan di atas
heating mantle
sambil dialirkan air selama waktu operasi 120 menit
Kondensor dan labu ekstraksi dirangkai pada soklet
A Hasil ekstraksi dipindahkan dari labu ekstraksi ke labu destilasi
Didapatkan minyak biji kopi bebas pelarut
B
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.6 Flowchart Ekstraksi Apakah masih
ada variasi jenis pelarut
lain? A
B
Dilakukan analisa densitas, viskositas dan kadar asam lemak bebas
free fatty acid
tidak ya
ya
tidak
Apakah masih ada variasi
perbandingan berat pelarut:sampel lain?
Selesai
Universitas Sumatera Utara
3.6.3  Flowchart Destilasi
Gambar 3.7 Flowchart Destilasi Mulai
Hasil ekstraksi dipindahkan dari labu ekstraksi ke labu destilasi
Labu distilasi ditempatkan di atas
heating mantle
lalu dirangkai dengan
pendingin liebig
Pelarut yang menjadi distilat ditampung didalam erlenmeyer 250 ml
Dilakukan pemanasan di atas
heating mantle
sambil dialirkan air
Dilanjutkan pemanasan sampai seluruh pelarut menguap
Selesai
Universitas Sumatera Utara
3.6.4  Flowchart Esterifikasi
Gambar 3.8 Flowchart Esterifikasi Mulai
Dimasukkan 100 ml minyak biji kopi murni ke dalam labu leher tiga
Ditambahkan H
2
SO
4
sebanyak 1 vv dan metanol perbandingan molar metanol : asam lemak bebas  = 3:1
Diaduk dengan kecepatan konstan 600 rpm
Dilakukan pemanasan hingga suhu reaksi 60 C
Dipertahankan suhu reaksi
Setelah 60 menit, esterifikasi dihentikan
Selesai Campuran dipindahkan ke corong pisah
Dilakukan proses pencucian untuk lapisan atas hingga pH netral
Apakah pH telah netral?
Lapisan atas dikeringkan
Universitas Sumatera Utara
3.6.5  Flowchart Transesterifikasi
Gambar 3.9 Flowchart Transesterifikasi Mulai
Ditambahkan NaOH sebanyak 1,75 ww yang telah dilarutkan dalam metanol perbandingan molar  metanol :
minyak biji kopi = 9:1 ke dalam hasil esterifikasi
Diaduk dengan kecepatan konstan 600 rpm
Dilakukan pemanasan hingga suhu reaksi 60 C
Dipertahankan suhu reaksi
Setelah 120 menit, transesterifikasi dihentikan
Selesai Dilakukan pemanasan di atas
heating mantle
sampai seluruh metanol yang tidak bereaksi menguap
Dilakukan pemisahan gliserol dan metil ester dengan menggunakan corong pemisah
Metil ester dicuci dengan air hangat di dalam corong pemisah hingga pH netral lalu dikeringkan
Dilakukan analisa densitas, viskositas dan titik nyala metil ester
Universitas Sumatera Utara
3.7 FLOWCHART ANALISA
3.7.1  Flowchart Analisa Densitas
Gambar 3.10 Flowchart Analisa Densitas Mulai
Piknometer kosong yang bersih dan kering ditimbang dan dicatat massanya
Selesai Piknometer diisi dengan air hingga penuh,
lalu ditimbang dan dicatat massanya
Dihitung densitas sampel Piknometer diisi dengan sampel hingga
penuh, lalu ditimbang dan dicatat massanya
Universitas Sumatera Utara
3.7.2  Flowchart Analisa Viskositas
Gambar 3.11 Flowchart Analisa Viskositas Mulai
Selesai Viskosimeter Otswald diisi dengan 10 ml air
Dihisap dengan karet penghisap sampai air melampaui batas atas pada pipa kecil
Air dibiarkan turun dan waktu alir air dari batas atas ke batas bawah dihitung dan dicatat
Viskosimeter Otswald diisi dengan 10 ml sampel
Penghitungan waktu alir diulangi sampai 3 kali
Dilakukan pengukuran waktu alir seperti halnya pada air sebanyak 3 kali
Universitas Sumatera Utara
3.7.3  Flowchart Analisa Kadar Asam Lemak Bebas
F ree F atty Acid
Gambar 3.12 Flowchart Analisa Kadar Asam Lemak Bebas
Free Fatty Acid
Mulai Diambil 3 ml sampel dan dimasukkan
ke dalam erlenmeyer 250 ml
Selesai Ditambahkan 9 ml etanol 96
Diaduk hingga sampel larut
Ditambahkan 2-3 tetes indikator phenolphtalein Dititrasi dengan NaOH 0,1 N hingga terbentuk
warna merah muda stabil selama 15 detik Dicatat volume NaOH yang terpakai
Universitas Sumatera Utara
3.7.4  Flowchart Analisa Titik Nyala
Gambar 3.13 Flowchart Analisa Titik Nyala Mulai
Selesai Sampel dimasukkan ke dalam cawan penguap
dan termometer dipasang Dilakukan pemanasan dengan bunsen,
dimana nyala api berada 10 cm diatas permukaan sampel
Pemanasan dilakukan sampai sampel mulai terbakar
Universitas Sumatera Utara
3.8 ANALISA TEKNIK SAMPLING DAN PENGOLAHAN DATA
Analisa  yang  dilakukan  yaitu  analisa  gas  chromatography.  Analisa  gas chromatography  adalah  analisa  untuk  mengetahui  komposisi  susunan  kimia  atau
mengidentifikasi kandungan asam lemak dan asam lemak bebas di dalam minyak biji  kopi.    Komponen  fraksi  yang  dianalisis  masih  mengandung  komponen  lain
dengan  jumlah  yang  sangat  kecil,  sehingga  hasil  yang  diperoleh  mendekati  nilai yang sesungguhnya.
Metode  sampling  yang  digunakan  dengan  metode
batch
dan  pengolahan data  dilakukan  dengan  perhitungan  menggunakan  program  komputer
microsoft office excel
.
Universitas Sumatera Utara
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengaruh Jumlah Pelarut Terhadap Rendemen Minyak
Data  hasil  proses  ekstraksi  berupa  massa  minyak  kopi  yang  diperoleh setelah proses destilasi dapat dilihat pada tabel 4.1 berikut.
Tabel 4.1 Data Hasil Proses Ekstraksi Jenis
Pelarut Perbandingan
Massa Pelarut : Sampel
Jumlah Pelarut
Massa Minyak Kopi per 40 gram
Sampel gram Rendemen
n-Heksana 1:5
500 4,23
10,58 1:6
600 4,3
10,75 1:7
700 4,44
11,1 1:8
800 4,35
10,88
Toluena 1:5
500 6,32
15,8 1:6
600 7,09
17,73 1:7
700 6,65
16,63 1:8
800 6,24
15,6 Dari  data  di  Tabel  4.1  diperoleh  bahwa  variabel  jumlah  pelarut
berpengaruh terhadap rendemen minyak hasil ekstraksi. Pengaruh variasi jumlah pelarut pada rendemen minyak kopi dapat dilihat
pada gambar 4.1 dan 4.2 di bawah ini.
Gambar 4.1 Pengaruh Jumlah Pelarut terhadap Rendemen dengan Jenis Pelarut n- Heksana
Universitas Sumatera Utara