PENGUKURAN KINERJA ALAT DESPICING DAN NETRALISASI PADA PROSES PENJERNIHAN MINYAK GORENG BEKAS

Transkripsi

1 PENGUKURAN KINERJA ALAT DESPICING DAN NETRALISASI PADA PROSES PENJERNIHAN MINYAK GORENG BEKAS Gita Widi Bhawika 1,*), Legowo Sulistijono 2), dan Herry Sudjendro 3) 1) Program Studi Magister Manajemen Teknologi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Cokroaminoto 12A, Surabaya, 60264, Indonesia 1) 2) Politeknik Elektronika Negeri Surabaya 3) PPPPTK Bidang Otomotif dan Elektronika Malang ABSTRAK Minyak Goreng adalah salah satu dari sembilan bahan pokok yang memiliki peran penting bagi masyarakat. Sehubungan dengan harganya yang semakin meningkat, semakin banyak warga yang menggunakan minyak goreng bekas berkali-kali. Padahal, minyak goreng bekas tersebut sangat berbahaya bagi kesehatan. Ternyata, minyak goreng bekas dapat ditingkatkan nilai ekonomisnya dengan dimanfaatkan kembali menjadi bahan baku pembuatan sabun padat, sabun cair, dan sampo. Namun, minyak goreng bekas tersebut harus dijernihkan terlebih dahulu. Proses awal dari penjernihan minyak goreng bekas adalah despicing dan netralisasi. Oleh sebab itu, diperlukan perancangan dan pembuatan alat despicing dan netralisasi pada proses penjernihan minyak goreng bekas. Tujuan penelitian adalah untuk mengukur kinerja alat yang telah dibuat. Kinerja diukur dengan membandingkan kinerja kontrol temperatur alat dengan Metode Kontroler Proportional Integrator (PI) dan Metode ON-OFF. Hasil penelitian menunjukkan alat ini memiliki kinerja lebih baik saat dioperasikan dengan menggunakan kontroler PI dengan persentase kesalahan temperatur sebesar 2,50%, jika dibandingkan dengan menggunakan metode ON-OFF (7,50%). Hasil netralisasi minyak menggunakan Kontroler PI ini dapat mengubah ph minyak menjadi netral, yaitu bernilai ph 7, dengan persentase kesalahan sebesar 1,429%. Hasil netralisasi ini lebih baik jika dibandingkan dengan dengan Metode ON-OFF (5,714%). Kata kunci: despicing, netralisasi, penjernihan minyak goreng bekas, kontroler proportional integrator. PENDAHULUAN Minyak Goreng adalah salah satu dari sembilan bahan pokok yang memiliki peran penting bagi masyarakat. Menurut Wijana (Wijana, Hidayat, & Hidayat, 2005), sebanyak 49% Minyak goreng digunakan dalam rumah tangga, sedangkan 51% digunakan untuk keperluan industri, termasuk diantaranya industri perhotelan dan restoran. Sehubungan dengan tingkat konsumsi minyak goreng bekas, baik dari sisa industri maupun rumah tangga dalam jumlah yang semakin meningkat, semakin banyak pula limbah minyak goreng bekas yang dihasilkan dan kemungkinan besar digunakan kembali untuk dikonsumsi. Namun kondisi ini seringkali menjadi sebuah dilema, karena masyarakat kita cenderung masih berorientasi pada nilai ekonomis daripada nilai kesehatannya. A-75-1

2 Hasil penelitian Winarno (199 9) menunjukkan bahwa lama penggorengan sangat berpengaruh terhadap tingkat kekentalan, indeks bias, berat jenis, warna, kadar asam lemak bebas, bilangan TBA, bilangan peroksida, dan bilangan iod. Seharusnya masyarakat dapat memanfaatkan minyak goreng tersebut selain untuk dikonsumsi dengan mencari celah pemanfaatan minyak goreng sebagai sumber penghasilan sekaligus meningkatkan harga jual minyak goreng bekas tersebut. Wijana, dkk. (2005) menyatakan bahwa ternyata minyak goreng bekas dapat dimanfaatkan kembali menjadi bahan baku pembuatan sabun padat, sabun cair, dan sampo. Namun, minyak goreng tersebut harus dijernihkan kembali (seperti menghilangkan sisa kotoran, bumbu, dan terutama asam lemak bebas) melalui proses penjernihan yang memerlukan kondisi yang mempertahankan temperatur pemanasan pada temperatur tertentu. Oleh karena itu, diperlukan perancangan dan pembuatan alat penjernihan minyak goreng bekas dengan pengaturan temperatur. Penelitian ini dibatasi pada pembuatan alat hanya untuk proses despicing dan netralisasi, sebagai tahap awal dari keseluruhan proses penjernihan minyak goreng bekas menurut Wijana dkk. (2005) dan Kheang (2006). Despicing dan Netralisasi pada Proses Penjernihan Minyak Goreng Bekas Menurut Wijana, (2005:5) reprosesing/pemurnian minyak goreng bekas terdiri atas 4 tahap proses, yaitu penghilangan bumbu, netralisasi, pemucatan, dan penghilangan bau. Despicing merupakan proses pengendapan dan pemisahan kotoran akibat bumbu dan kotoran dari bahan pangan yang bertujuan untuk menghilangkan partikel halus tersuspensi atau membentuk koloid seperti protein, karbohidrat, garam, gula, dan bumbu rempah-rempah yang digunakan menggoreng bahan pangan tanpa mengurangi jumlah asam lemak bebas dalam minyak. Hasil paling optimal agar zat pengotor dalam minyak dapat dipisahkan adalah dengan mencampurkan air dan minyak dengan perbandingan 1:1 kemudian dengan memanaskan campuran hingga volume air menyusut 50% dari volume air awal (Kheang, 2006). Netralisasi merupakan proses untuk memisahkan asam lemak bebas dari minyak dengan mereaksikan asam lemak bebak tersebut dengan larutan basa atau pereaksi lainnya sehingga terbentuk sabun (soap stock). Proses ini juga dapat menghilangkan bahan penyedap warna gelap, sehingga menjadi lebih jernih. Netralisasi dengan kaustik soda (NaOH) banyak dilakukan dalam skala industri, karena lebih efisien dan lebih murah dibandingkan dengan cara netralisasi lainnya. Selain itu, dengan kaustik soda akan membantu mengurangi zat warna dan kotoran dalam minyak. Reaksi antara asam lemak bebas dengan NaOH adalah sebagai berikut: sabun yang terbentuk dapat membantu pemisahan zat warna dan kotoran seperti fosfolida dan protein dengan cara membentuk emulsi sabun atau emulsi yang terbentuk dapat dipisahkan dengan minyak. Suhu campuran dipertahankan pada 40 C untuk dapat menghasilkan produk yang terbebas dari asam lemak bebas (Kheang, 2006). METODE Penelitian ini dilakukan secara garis besar terdiri atas tiga tahap, yaitu penelitian pendahuluan, perancangan dan pembuatan perangkat keras dan perangkat lunak, identifikasi Plant, desain kontroler, penyelesaian sistem, serta tahap uji coba dan implementasi. Penelitian pendahuluan dilakukan observasi permasalahan dan studi literatur. Untuk tahap-tahap selanjutnya dijelaskan pada sub bagian berikut ini. Tahap Perancangan dan Pembuatan Alat Perancangan dan pembuatan alat dilakukan dengan: A-75-2

3 1. Perancangan komponen mekanik, gambar dua dimensi, dan tiga dimensi. 2. Perancangan rangkaian elektronik yang dibutuhkan (diagram blok, rangkaian mikrokontroler, driver sensor, driver motor, LCD, dan Keypad). 3. Perancangan perangkat lunak, seperti pembuatan flowchart dan penyusunan program di komputer. Kemudian program yang telah jadi diunduh ke dalam mikrokontroler. Kemudian dilakukan pembuatan alat sesuai dengan perancangan yang telah dilakukan. Tahap Identifikasi Plant, Desain Kontroler, dan Penyelesaian Sistem Identifikasi Plant dilakukan untuk mengetahui model matematis Plant keseluruhan. Desain Kontroler dilakukan untuk mendapat parameter kontroler yang tepat agar temperatur dapat dikontrol pada set point yang telah ditetapkan. Sedangkan penyelesaian sistem dilakukan setelah identifikasi Plant dan desain kontroler dilakukan. Tahap Uji Coba Komponen dan Pengujian Sistem Alat Uji coba komponen elektronika dilakukan dengan menyusun rangkaian elektronik dalam project board, dan menghubungkannya dengan aktuator, seperti motor, dan sensor. Setelah rangkaian berfungsi sesuai harapan, maka rangkaian elektronik dibuat PCB. Uji coba software dilakukan dengan simulasi program di komputer. Kemudian program diunggah ke dalam mikrokontroler. Setelah itu, dilakukan pengujian sensor dan aktuator. Pengujian sistem alat keseluruhan dilakukan setelah seluruh komponen elektronika, program ( embedded system), dan mekanik (kerangka mesin, valve, tabung, sensor, dan aktuator) dirakit. Sistem Kontrol Tertutup Sistem kontrol tertutup adalah cara terbaik untuk mengontrol suatu sistem dimana sistem ini biasanya dilengkapi dengan sebuah sensor untuk mengukur keluaran dan kemudian membandingkan keluaran tersebut dengan keluaran yang kita inginkan dari suatu sistem. Perbedaan antara keluaran yang dihasilkan dengan keluaran yang diinginkan sering disebut dengan error. Error tersebut digunakan untuk mengarahkan keluaran dari sistem pada titik dimana nilai keluaran yang dihasilkan dengan nilai keluaran yang kita inginkan (setting point) adalah sama. Penghitungan nilai error dijabarkan sebagai berikut. dimana: e= error (%) SP= nilai set point AV= actual value (nilai riil) Cara ini disebut pengontrolan menggunakan sistem kontrol tertutup atau dapat juga disebut sebagai pengontrolan dengan feedback. (1) A-75-3

4 Gambar 1. Sistem kontrol tertutup Gambar 1 menunjukkan sebuah sistem kontrol tertutup. Satu dari keuntungan kontrol dengan kontrol tertutup adalah kemampuannya untuk menghindari atau mengurangi gangguan dari luar dan hasil dari proses tersebut lebih tepat meski banyaknya presentasi dari gangguan yang diperoleh Plant. Sebuah pengontrol atau kontroler biasanya digunakan untuk membaca error dan mengarahkan Plant ke arah bahwa nilai error cenderung sama dengan nol. Sistem kontrol tertutup mempunyai keuntungan lebih besar keakuratannya dibandingkan dengan sistem kontrol terbuka. Sistem ini juga lebih sensitif terhadap gangguan dan perubahan dari lingkungannya. Waktu dari respon dan error dari steady state dapat dikontrol dalam sebuah sistem kontrol tertutup. Dalam penelitian ini, pengujian sistem kontrol tertutup pada alat dilakukan dengan dua metode yang berbeda, yang hasil dari masing-masing metode tersebut akan dibandingkan untuk mengetahui metode yang lebih baik digunakan pada alat tersebut. Metode tersebut adalah Metode ON-OFF dan Metode Kontroler Proportional Integrator (PI). Metode ON-OFF Metode ON-OFF pada alat dijalankan dengan cara memasukkan nilai temperatur yang diinginkan (set point). Kontrol temperatur dilakukan dengan cara menyalakan pemanas dengan tingkat pemanasan maksimum apabila temperatur aktual masih di bawah set point. Sebaliknya pemanas dimatikan apabila temperatur aktual telah mencapai set point. Metode Kontroler PI Menurut Ogata (1996:197), kontroler digunakan untuk membandingkan nilai sebenarnya dari keluaran sistem secara keseluruhan ( Plant) dengan mengacu pada masukan (nilai yang dikehendaki), penentuan penyimpangan, dan menghasilkan sinyal kontrol yang akan mengurangi penyimpangan (error) menjadi nol atau nilai yang kecil. Blok diagram sistem kontrol dengan kontroler ditampilkan pada gambar di bawah ini. Gambar 2. Blok Diagram Sistem Kontrol dengan Kontroler Dari gambar di atas, tampak bahwa masukan ke alat kontrol adalah sinyal kesalahan (E(s)). Dengan mengatur alat kontrol tersebut, akan dihasilkan sinyal pemanipulasi (C(s)) yang dapat dimodifikasi sehingga menghasilkan respon sistem yang dihasilkan. Tipe Kontroler yang digunakan dalam proyek akhir ini adalah Kontroler Proporsional Integrator (PI). Kontroler PI digunakan karena Plant pada proyek akhir ini adalah orde 1 dan hope yang diinginkan adalah orde 1. Dari Karakteristik kontroler PI sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari kedua parameter P dan I. Penyetingan parameter kontroller PI selalu berdasarkan tinjauan terhadap karakteristik yang diatur (Plant). Dengan demikian betapapun rumitnya suatu Plant, perilaku Plant tersebut harus diketahui terlebih dahulu sebelum penyetingan parameter PI. Persamaan kontroler PI adalah: A-75-4

5 dengan: c(t)= sinyal keluaran kontroler PI Kp = konstanta proporsional Ti = waktu integral Ki = konstanta integral = Kp/Ti e(t) = sinyal kesalahan (e(t) = referensi keluaran Plant=r(t)-u(t)) Persamaan dalam fungsi s: Cs = Kp (Tis+1 E(s)) Tis Sehingga, blok diagram dari persamaan diatas: (2) (3) Gambar 3. Blok Diagram Kontroler Tipe PI Berdasarkan gambar di atas, Kp merupakan penguatan proporsional dan Ti disebut waktu integral. Waktu integral mengatur Kontrol proporsional maupun integral. Kebalikan dari waktu integral Ti disebut laju reset, yaitu bilangan yang menunjukkan berapa kali per menit bagian proporsional dan aksi kontrol diduplikasi. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Perancangan dan Pembuatan Alat Hasil Perancangan dan pembuatan alat serta realisasi alat ditunjukkan pada Gambar 4. Gambar 4. Desain Alat (kiri) dan Realisasi Pembuatan Alat (kanan) Hasil Identifikasi Plant Identifikasi Plant dilakukan dengan cara menghubungkan komputer pada alat despicing dan netralisasi minyak yang telah dipasang lengkap. Kemudian sistem ini bekerja memanaskan air dan minyak dengan seting point maksimum, yaitu 98 C. Data hasil pengukuran direkam oleh komputer. Data tersebut kemudian diolah menjadi grafik untuk mendapatkan parameter Plant. Berikut ini hasil identifikasi Plant alat despicing dan netralisasi. A-75-5

6 Hasil Pengujian Sistem Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah sistem kontrol telah bekerja sesuai simulasi yang telah dilakukan. Pengujian ini dilakukan dengan cara mengoperasikan alat, lalu memasukkan input berupa temperatur air dan minyak yang dikehendaki dan waktu pemanasan. Target dari pengujian ini adalah, temperatur larutan dapat dikontrol oleh alat ini sesuai dengan input yang dikehendaki. Hasil Pengujian Sistem dengan Metode ON-OFF Sebelum diberi kontroler PI, sistem dijalankan dengan metode ON-OFF. Hasil dari pengujian sistem dengan metode ON-OFF tercantum pada Gambar 1. Gambar 5. Grafik Respon Sistem dengan Metode ON-OFF Dari grafik diatas, tampak bahwa terjadi overshoot yang cukup tinggi. Set point ditetapkan pada temperatur 40 derajat. Terjadi overshoot paling tinggi yaitu 3ºC. Hal tersebut terjadi karena saat katup kompor mati saat temperatur 40 ºC, temperatur air dan minyak dalam tanki tidak langsung menurun. Persentase kesalahan yang didapatkan dapat dirumuskan sebagai berikut. Hasil Pengujian Sistem dengan Metode Kontroler PI Alat despicing dan netralisasi minyak goreng bekas ini dioperasikan dengan menggunakan kontroler PI dengan parameter-parameter yang telah dikalkulasi sebelumnya, kemudian kembali diuji untuk dipantau hasil performa alat. Output dari hasil kontrol alat ini adalah sebagai berikut. A-75-6

7 Gambar 6. Grafik Respon Sistem dengan Metode Kontroler PI Dari grafik diatas tampak bahwa terjadi overshoot maksimal sebesar 1ºC, sehingga persentase kesalahan lebih kecil jika dibandingkan dengan pengujian sistem menggunakan metode ON-OFF. Grafik yang didapatkan lebih baik dan dengan tampilan visual yang lebih halus. Sedangkan persentase kesalahan yang didapatkan dapat dirumuskan sebagai berikut. Hasil Pengujian pada ph Produk Hasil Netralisasi Setelah dilakukan pengujian kinerja alat, kemudian produk dianalisa. Produk yang dihasilkan berupa minyak yang telah netral. Berikut ini adalah perbandingan antara bahan baku, yaitu minyak goreng bekas (jelantah), minyak yang telah mengalami proses despicing, dan minyak yang telah mengalami proses netralisasi. Gambar 7. Perbandingan antara Minyak Goreng Bekas dengan Hasil Produk Setelah Proses Despicing dan Netralisasi Pada pengukuran ph untuk minyak jelantah berkisar antara 5-6, yang diuji pada 10 sampel minyak goreng bekas. Masing-masing sampel dibagi 2, satu diproses dengan menggunakan metode ON-OFF dan satunya lagi dengan metode Kontroler PI. Berikut ini adalah hasil pengujian dengan menggunakan kertas lakmus. Tabel Pengujian Produk dengan Metode ON-OFF dan Kontroler PI Metode ON-OFF Metode Kontroler PI Nomor ph ph Minyak ph Minyak ph Minyak ph Minyak Sampel Sampel Hasil Despicing Hasil Netralisasi Hasil Despicing Hasil Netralisasi A-75-7

8 ph Rata-Rata Error (%) Berdasarkan tabel tersebut, minyak goreng bekas memiliki nilai ph antara 5-6, yaitu bersifat asam. Sedangkan proses despicing tidak menyebabkan perubahan pada nilai ph dari minyak tersebut. Nilai ph menjadi meningkat setelah minyak goreng tersebut mengalami proses netralisasi, dengan nilai berkisar 7-8. Tabel tersebut menunjukkan bahwa hasil produk dengan metode ON-OFF memiliki persentase kesalahan nilai ph yang lebih besar (5,714%) daripada jika menggunakan metode Kontroler PI (1,429%). KESIMPULAN DAN SARAN Berikut ini kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan. 1. Cara untuk mendapatkan temperatur yang konstan selama proses despicing dan netralisasi minyak adalah dengan menggunakan kontroler PI ke dalam program yang dijalankan oleh mesin. Hasilnya menunjukkan alat ini memiliki kinerja lebih baik dioperasikan dengan menggunakan kontroler PI dengan persentase kesalahan temperatur set point sebesar 2,50%, jika dibandingkan dengan menggunakan metode ON-OFF yang memiliki kesalahan temperatur set point sebesar 7,50%. 2. Proses netralisasi dengan menggunakan kontroler PI ini dapat mengubah ph larutan menjadi netral, yaitu bernilai ph 7, dengan persentase kesalahan sebesar 1,429%. Saran untuk penelitian selanjutnya, untuk menyempurnakan alat ini dapat dilakukan dengan menambahkan proses-proses penjernihan minyak goreng bekas setelah proses despicing dan netralisasi, yaitu proses bleaching, dan deodorisasi. DAFTAR PUSTAKA Anonim. PT100 Platinum Resistance Temperatur Detector "StikonTM". Gerany, Germany: Rhopoint Component Ltd. Kheang, L. S. (2006). Recovery and Conversion of Palm Olein-Derived Used Frying Oil to Methyl Esters for Biodiesel. Journal of Oil Palm Research Volume 18. Ogata, K. (1996). Teknik Kontrol Automatik. Jakarta: Erlangga. Putranto, A. ( 2008). Memprogram Peralatan Sistem Otomasi Elektronik yang Berkaitan dengan I/O berbantuan Mikrokontroler ATmega8535. Malang: Pusat Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan Bidang Otomotif dan Elektronika. Wijana, S., Hidayat, N., & Hidayat, A. (2005). Mengolah Minyak Goreng Bekas. Surabaya: Trubus Agrisarana. Winarno, F. G. (1999). Minyak Goreng: Dalam Menu Masyarakat. Jakarta: Balai Pustaka. A-75-8