Alat Penyuling Minyak Atsiri Tipe Uap dan Air
Alat penyuling minyak atsiri tipe uap dan air adalah alat yang berfungsi untuk mengeluarkan kandungan minyak atsiri dari ruas-ruas bagian tubuh tumbuhan dengan cara menggunakan uap air. Pada penelitian ini, dilakukan perlakuan yang sama dengan penelitian sebelumnya yaitu dengan menggunakan bahan berupa jahe emprit yang telah diiris tipis dan dikeringovenkan dengan suhu 55o
Sebelum dilakukan pemodifikasian, alat ini hanya terdiri atas 3 bagian utama yaitu ketel suling yang dilengkapi termometer dan pressure gauge, tangki kondensor dan tungku api. Sehingga dalam pemodifikasiannya dilakukan penambahan beberapa bagian diantaranya berupa bak tampungan air yang dilengkapi dengan pompa untuk pengaturan sirkulasi air selama proses penyulingan, tangki sebagai tempat air dingin yang dilengkapi dengan keran pada bagian bawahnya untuk mengalirkan air dingin ke tangki kondensor, penambahan sensor suhu tipe DS18B20 pada masing-masing bagian (tangki utama/tempat air dingin, tangki kedua/tangki kondensor dan bak penampungan air) agar suhu pada C selama 18 jam. Hal ini sesuai dengan literaturLutony dan Rahmayati (2002) serta Rusli (2010) yang menyatakan bahwa diperlukan perajangan dan pengeringan terhadap beberapa jenis bahan tanaman sumber minyak atsiri sebelum disuling untuk memudahkan proses penguapan minyak karena perajangan menyebabkan kelenjar minyak pada bahan dapat terbuka selebar mungkin. Tujuan lainnya yaitu agar rendemen minyak menjadi lebih tinggi dan waktu penyulingan lebih singkat.
penambahan keran pada bagian bawah tangki kondesor untuk mengalirkan air ke bak penampungan dan penambahan kemiringan pipa kondensor sehingga uap yang dihasilkan pada proses penyulingan tidak kembali lagi ke ketel suling/perebusan.
Proses Penyulingan
Dalam satu kali proses penyulingan selama 5 jam diperlukan bahan bakar (gas elpiji) sebanyak 1,5 kg, air penghasil uap ≤ 40 L dan jahe dengan berat kering 3 kg serta dengan kadar air rata-rata untuk ketiga ulangan yaitu sebesar 10,33%
(kering oven selama 18 jam dengan suhu 55 o
Proses penyulingan dengan tipe uap dan air pada penelitian ini dilakukan dengan suhu 98
C) yang tertera pada Lampiran 9..
Hal ini sesuai dengan literatur Rusli (2010) dimana jika akan diolah menjadi minyak atsiri, rimpang dipotong dengan ketebalan sekitar 3 mm dan dikeringkan hingga kadar air mencapai 10−15 %.
oC dan dengan tekanan yang dihasilkan pada penelitian ini adalah dibawah 1 atm. Suhu air kondensor pada penelitian ini berkisar antara 26-28oC.
Suhu air pada kondensor tidak bisa dibawah 25o
Penyulingan dengan tipe uap dan air pada penelitian ini bersifat kontinu, dengan api sedang maka suhu naik secara bertahap hingga suhu mencapai 98
C karena nantinya distilat yang dihasilkan berupa air dengan volume yang sangat besar, hampir tidak mengandung minyak. Sehingga nyala api pada kompor pemanas ketel perebusan dan suhu air kondensor perlu dijaga dengan melihat data suhu yang terbaca pada sensor.
oC dan suhu air kondensor dipertahankan tidak terlalu dingin dan tidak terlalu panas (25–30oC) dengan mensirkulasikan air yang terdapat pada bak penampungan air
dan tangki air dingin menggunakan pompa. Setelah mencapai suhu optimum (98
o
Prinsip kerja alat ini, yaitu dengan memanaskan air di dalam ketel suling hingga suhunya mencapai 98
C), keran pengeluaran distilat pada tangki kondensor dibuka dan ditampung distilat yang keluar di gelas ukur sampai tidak ada lagi distilat yang dikeluarkan.
Distilat yang keluar berupa minyak dan air dimana perbandingan minyak dengan air adalah 1 : 1000. Lalu dilakukan pemisahan minyak atsiri dengan air yang diperoleh dengan menggunakan pipet tetes lalu diletakan pada wadah berupa gelas ukur dengan skala 0,2 ml untuk dilihat berapa volume minyak yang dihasilkan dan diletakkan pada botol berwarna gelap untuk penyimpanan selanjutnya agar kualitas minyak tetap terjaga.
oC, di dalam ketel suling terdapat saringan berisi bahan yang akan diuapkan. Ketel ditutup rapat agar tidak ada uap yang keluar dari celah tutup ketel maupun pipa sambungan. Sebelum proses berlangsung pastikan agar sensor suhu telah terpasang sempurna pada ketel suling, tangki air dingin, tangki kondensor dan bak penampungan air untuk menjaga kestabilan suhu penyulingan. Secara bertahap suhu akan naik hingga mencapai98o
Warna Minyak Jahe
C sehingga menguapkan air sekaligus minyak yang kemudian mengalir melalui pipa penghubung (diameter ½ inci dengan panjang 1 m) dan mengalami proses kondensasi atau perubahan fase dari uap menjadi cair saat masuk ke dalam pipa spiral (diameter ½ inci dengan panjang 6 m dan terdiri dari 7 kumparan). Distilat akan keluar melalui keran distilat dan kemudian minyak dengan airnya dipisahkan menggunakan pipet tetes.
Pengamatan warna dilakukan secara organoleptik dengan melihat warnaminyak atsiri jahe yang dihasilkan. Digunakan tiga orang panelis untuk melakukan pengamatan terhadap warna minyak jahe. Berikut ini warna minyak jahe dari ketiga sampel untuk selanjutnya disesuaikan dengan SNI. Warna minyak jahe berdasarkan pengamatan dari ketiga orang panelis dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Warna minyak jahe
Keterangan Panelis 1 Panelis 2 Panelis 3
Ulangan 1 Kuning Kuning Kuning
Ulangan 2 Kuning keorangean Coklat keorangean Merah keorangean
Ulangan 3 Kuning Kuning Kuning
Kadin Indonesia (2007) menyatakan bahwa standar mutu minyak atsiri jahe yang baik memiliki spesifikasi warna kuning muda-kuning. Pada penelitian ini jahe yang digunakan adalah jahe emprit atau jahe dapur dengan minyak atsiri yang dihasilkan berdasarkan pengamatan dari ketiga orang panelis berwarna kuning – kuning keorangean. Kualitas warna, aroma dan jumlah minyak atsiri jahe yang dihasilkan tersebut ditentukan oleh jenis bahan, kualitas fisik bahan, perlakuan terhadap bahan dan proses penyulingan yang digunakan.
Warna minyak atsiri jahe yang dihasilkan pada alat setelah dimodifikasi tidak jauh berbeda jika dibandingkan warna minyak atsiri jahe yang dihasilkan pada alat sebelum dimodifikasi (Lampiran 10).
Kapasitas Efektif Alat
Kapasitas efektif alat didefenisikan sebagai kemampuanalat dan mesin dalam menghasilkan suatu produk (ml) persatuanwaktu (jam). Dalam hal ini kapasitas efektif alat dihitung dari perbandingan antara banyaknya minyak atsiriyang dihasilkan pada proses penyulingan (ml) dengan waktu yang
dibutuhkan selama proses penyulingan (5 jam). Hasil perhitungan kapasitas efektif alat dapat dilihat pada Tabel 5 .
Tabel 5. Kapasitas efektif alat sebelum dan sesudah modifikasi Kapasitas efektif
alat (ml/jam) Ulangan 1 Ulangan 2 Ulangan 3 Rata-rata
Sebelum 0,4 0,3 0,6 0,43
Sesudah 0,68 0,84 0,72 0,75
Pengujian dilakukan sebanyak tiga kali ulangan untuk masing-masing bahan sebanyak 3 kg berat kering dengan waktu 5 jam. Proses pengambilan distilat pada bukaan pertama dilakukan setelah suhu ketel penyulingan mencapai 98o
Dari ketiga ulangan yang dilakukan, nilai kapasitas efektif alat tertinggi adalah pada ulangan kedua yaitu 0,82 ml/jam dengan volume minyak 4,2 ml (Lampiran 2). kapasitas efektif rata-rata adalah 0,75 ml/jam. Artinya dalam waktu 1 jam alat ini dapat menghasilkan minyak astsiri jahe sebanyak 0,75 ml/jam.
Tinggi rendahnya nilai kapasitas efektif alat dipengaruhi oleh kelayakan alat terhadap kebocoran, besar api yang digunakan, suhu air kondensor dan kualitas jahe itu sendiri.
C, biasanya suhu tersebut dicapai setelah 1-1,5 jam penyalan api pada tungku pembakaran. Air yang mengandung minyak akan keluar sedikit demi sedikit secara berangsur-angsur. Penyulingan dinyatakan selesai apabila distilat yang keluar sudah tidak mengandung minyak lagi. Distilat ditampung sementara di gelas ukur, lalu dibiarkan beberapa menit untuk selanjutnya dipisahkan antara minyak dan air dengan menggunkan pipet tetes.
Dalam pengujian alat ini diperlukan nyala api yang stabil (tidak terlalu besar dan tidak terlalu kecil) karena apabila nyala apinya terlalu kecil nantinya akan menghambat proses penguapan air dan jika suhunya terlalu tinggi nantinya
volume air pada distilat yang dihasilkan sangat besar dan hampir tidak mengandung minyak. Hal ini sesuai dengan literatur Indriyanti (2013) yang menyatakan bahwa ciri khas dari metode ini adalah uap selalu dalam keadaan basah, jenuh dan tidak terlalu panas, bahan yang disuling hanya berhubungan dengan uap dan tidak dengan air panas. Apabila api yang digunakan terlalu besar maka suhu akan melebihi 100oC maka tekanan akan tinggi dan pipa akan cepat panas yang berpengaruh terhadap suhu air kondensor, sehingga distilat yang keluar volumenya besar dengan suhu lebih dari 30 o
Berdasarkan data yang tertera pada tabel diatas dapat disimpulkan bahwa alat penyuling minyak atsiri tipe uap dan air yang telah dimodifikasi pada penelitian ini memiliki rata-rata nilai kapasitas alat yang lebih besar dibandingkan dengan rata-rata nilai kapasitas alat sebelum dimodifikasi.
C dan tidak mengandung minyak.
Rendemen
Perhitungan rendemen dilakukan untuk mengetahui seberapa besar rendemen yang dihasilkan oleh suatu alat dalam memproduksi minyak jahe tiap satuan banyak bahan yang diolah. Hasil perhitungan rendemen alat dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6. Rendemen minyak jahe sebelum dan sesudah modifikasi Rendemen Minyak
(%) Ulangan 1 Ulangan 2 Ulangan 3 Rata-rata
Sebelum 0,1 0,08 0,12 0,1
Sesudah 0,13 0,23 0,2 0,19
Dari tiga ulangan yang dilakukan, rendemen tertinggi pada ulangan kedua yaitu 0,23%, rendemen terendah pada ulangan pertama yaitu 0,13% serta dengan rendemen rata-rata pada ketiga ulangan tersebut sebesar 0,19%. Besar kecilnya
nilai rendemen yang dihasilkan ini dipengaruhi oleh kualitas jahe yang di olah, ketebalan pengirisan/perajangan jahe sehingga proses pengeringan tidak sempurna serta suhu air pada ketel penyulingan dan tangki kondensor.
Menurut data (Von Rechenberg dalam Ernest Guenther dalam Faryy dkk., 1994) rendemen minyak jahe yang dihasilkan melalui sistem penyulingan dengan uap dan air berkisar antara 0,2 % − 0,3 %, sedangkan rata-rata rendemen minyak atsiri jahe yang dihasilkan pada penelitian ini yaitu sebesar 1,9% (sangat mendekati) untuk itu dapat dikatakan bahwa rendemen minyak jahe yang diperoleh pada penelitian ini sudah sesuai dengan SNI.
Faktor yang mempengaruhi rendemen minyak yang dihasilkan adalah kualitas fisik dari jahe yang digunakan, jahe harus segar dan berumur tua (9 – 10 bulan) sehingga mengandung minyak yang tinggi. Selain itu proses pengolahan/penanganan bahan sebelum dilakukan penyulingan juga turut mempengaruhi seberapa besar volume minyak yang dihasilkan seperti proses perajangan (ketebalan bahan) dan pengeringan bahan (kadar air bahan) serta proses pemisahan antara minyak dan air, dimana pada penelitian ini hanya menggunakan pipet tetes sehingga banyaknya minyak yang tertinggal pada tempat pemisahan dan pipet tetes itu sendiri. Hal ini sesuai dengan literaturRusli (2010) yang menyatakan bahwa panen rimpang dilakukan saat usia tanaman mencapai 9
− 10 bulan, jika akan diolah menjadi minyak atsiri, rimpang dipotong dengan ketebalan sekitar 3 mm dan dikeringkan hingga kadar air mencapai 10 − 15 %.
Untuk penyulingan tipe uap dan air, perlakuan terhadap jahe adalah harus dikurangi terlebih dahulu kadar airnya karena kadar air jahe sangat tinggi yaitu 94
Berdasarkan data yang tertera pada tabel diatas dapat disimpulkan bahwa alat penyuling minyak atsiri tipe uap dan air yang telah dimodifikasi pada penelitian ini memiliki rata-rata rendemen yang lebih besar dibandingkan dengan rata-rata rendemen alat sebelum dimodifikasi.
Heat Exchanger
Perpindahan panas merupakan panas yang berpindah dari suatu tempat ke tempat lain dengan adanya faktor tertentu. Panas akan mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ke tempat yang suhunya lebih rendah. Dalam hal ini panas yang dihasilkan oleh ketel uap dialirkan kedalam kondensor untuk akhirnya dapat diubah menjadi minyak. Hal ini disebabkan oleh adanya heat exchanger yang berfungsi mengubah fase uap menjadi fase cair. Kalor yang dilepas dalam satu kali proses berturut-turut dapat dilihat pada tabel 7.
Tabel 7. Perpindahan panas
Ulangan Suhu Pendinginan (oC) Suhu Uap (oC) Perpindahan Kalor (J)
I 27 98 511.200
II 28 98 504.000
III 28 98 504.000
Rata-rata 27,7 98 506.400
Kalor terendah yang dilepas adalah pada suhu pendinginan 28o
Analisis Ekonomi
C yaitu sebesar 504.000 J dan rata-rata nilai kalor yang dilepas adalah 506.400 J. Alat penyuling minyak atsiri tipe uap dan air ini menggunakan heat exchanger dengan tipe spiral, dimana tipe spiral sangat baik pada cairan yang sangat kental dan bertekanan sedang. Hal ini sesuai dengan literatur Wallas (1982) yang menyatakan bahwa aliran fluida pada heat exchanger tipe spiral mengunakan aliran fluida spiral mengalir dua arah.
Analisis ekonomi digunakan untuk menentukan besarnya biaya yang harus dikeluarkan saat produksi menggunakan alat penyuling tipe uap dan air ini.
Dengan analisis ekonomi dapat diketahui seberapa besar biaya produksi sehingga keuntungan alat dapat diperhitungkan. Dari analisis ekonomi yang dilakukan (Lampiran 5) diperoleh biaya untuk memproduksi minyak atsiri jahe sebesar Rp.
Rp 5.190,35/ml. Artinya, untuk memproduksi minyak atsiri jahe sebanyak 1 ml dibutuhkan biaya sebesar Rp 5.190,35. Dimana dalam perhitungannya digunakan metode garis lurus sehingga biaya penyusutan dianggap sama setiap tahunnya.
Break Event Point (BEP)
Analisis titik impas umumnya berhubungan dengan proses penentuan tingkat produksi untuk menjamin agar kegiatan usaha yang dilakukan dapat membiayai sendiri (self financing), dan selanjutnya dapat berkembang sendiri (self growing). Dalam analisis ini keuntungan awal dianggap nol. Manfaat perhitungan titik impas (break even point) adalah untuk mengetahui batas produksi minimal yang harus dicapai dan dipasarkan agar usaha yang dikelola masih layak untuk dijalankan.
Berdasarkan data yang diperoleh dari penelitian yang telah dilakukan (Lampiran 6), alat penyuling minyak atsiri tipe uap dan air setelah dimodifikasi ini akan mencapai break even point pada nilai 322,6 ml/tahun. Hal ini berarti alat ini akan mencapai titik impas apabila hanya memproduksi minyak atsiri sebanyak 322,6 ml/tahun.
Net present value
Net present value adalah kriteria yang digunakan untuk mengukur suatu alat layak atau tidak untuk diusahakan. Dalam menginvestasikan modal dalam
penambahan alat pada suatu usaha maka net present value ini dapat dijadikan sebagai salah satu alternatif dalam analisis financial. Dari percobaan dan data yang diperoleh (Lampiran 7) diperoleh nilai NPV dengan suku bunga 4,25 % adalah Rp 19.582.807,13. Hal ini berarti usaha ini layak untuk dijalankan karena nilai NPV lebih besar daripada nol (Rp 19.582.807,13> 0). Hal ini sesuai dengan literatur Giatman (2006) yang menyatakan bahwa NPV > 0, berarti usaha yang telah dilaksanakan menguntungkan dan NPV < 0, berarti sampai dengan t tahun investasi usaha tidak menguntungkan.
Internal rate of return
Internal rate of return (IRR) ini digunakan untuk memperkirakan kelayakan lama (umur) kepemilikan suatu alat atau mesin pada tingkat keuntungan tertentu. Dalam menginvestasikan sampai dimana kelayakan usaha itu dapatdilaksanakan. Maka hasil yang didapat dari perhitungan ini adalah sebesar 54,59 % (Lampiran 8). Artinya usaha ini masih layak dijalankan apabila bunga pinjaman bank tidak melebihi54,59%, jika bunga pinjaman di bank melebihi angka tersebut maka usaha ini tidak layak lagi diusahakan. Semakin tinggi bunga pinjaman di bank maka keuntungan yang diperoleh dari usaha ini semakin kecil.