Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan juli 2017 sampai Februari 2018di LPPM Universitas Sumatera Utara untuk pemodifikasian alat, di Laboratorium Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara untuk pengujian alat dan di Laboratorium Teknologi Pangan Program Studi Ilmu dan Teknologi Pangan Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara untuk pengukuran kadar air bahan (jahe) yang digunakan.
Bahan dan Alat
Adapun bahan-bahan yang digunakan adalah air, jahe, pelat aluminium, pelat stainless steel, pipa dan keran.
Adapun alat-alat yang digunakan adalah alat tulis, seperangkat alat penyuling minyak atsiri, gergaji besi, gerinda, kalkulator, komputer, alat las, palu, ember, pipet tetes, erlenmeyer, gelas ukur, kompor gas, termometer, pompa, preassure gauge, sensor termokopel, sensor DS18B20 dan laptop.
Metodologi Penelitian
Dalam penelitian ini, metode yang digunakan adalah studi literatur (kepustakaan), melakukan eksperimen dan melakukan pengamatan tentang alat penyuling minyak atsiri tipe uap dan air setelah dimodifikasi.Kemudian dilakukan perancangan bentuk dan pembuatan/perangkaian komponen-komponen tambahan pada alat penyuling minyak atsiri tipe uap dan air. Memodifikasi alat penyuling minyak atsiri tipe uap dan airdengan pengubahan bentuk pipa kondensat menjadi lebih miring agar nantinya uap yang dihasilkan tidak kembali lagi (proses berjalan
mempermudah proses pengaliran media pengekstrasian, serta akan ditambahkannya sensor termokopel dan sensor suhu DS18B20 untuk mengetahui suhu perebusan dan suhu uap pada ketel utama (ketel perebusan) sehinggadapat mempermudah pengontrolan nyala api agar kualitas hasil penyulingan lebih baik.
Setelah itu, dilakukan pengujian alat dan pengamatan parameter.
Komponen Alat
Adapun komponen-komponen alat penyuling minyak atsiri tipe uap dan air setelah dimodifikasi adalah sebagai berikut :
1) Ketel utama
Ketel ini merupakan wadah air sekaligus wadah bahan yang akan digunakan untuk menghasilkan uap dengan kandungan minyak atsiri. Uap ini nantinya akan mengalir melalui pipa menuju wadah pendingin melewati pipa spiral sebagai heat exchanger. Wadah ini berbentuk silinder dengan penutup kerucut yang dapat terbuka dan terkunci rapat, berdiameter 40 cm dan tinggi 55 cm. Pada bagian penutup atas wadah ini dipasang preassure gauge untuk pengukur tekanan agar tekanan yang dihasilkan uap air dapat diamati dan lubang keluaran untuk uap berlebih. Pada bagian wadah dipasang termometer untuk mengetahui suhu di dalam wadah.
2) Tangki air dingin
Tangki ini terdiri dari drum dengan diameter 31,5 cm dan tinggi 57,5cm, yang dilengkapi dengan keran pada bagian bawahnya. Tangki diisi dengan air dan es batu yang akan dialirkan ke tangki kondensor dengan cara membuka keran pada bagian bawah tangki.
3) Kondensor
Kondensor ini terdiri dari drum dengan diameter 31,5 cm dan tinggi 57,5cm yang dilengkapi dengan pipa spiral dan 2 buah keran, dimana keran pada bagian samping tangki kondensor sebagai tempat pengeluaran distilat dan keran pada bawah tangki berfungsi untuk mengalirkan air ke bak penampungan.
4) Heat exchanger
Heat exchanger merupakan pipa spiral dengan panjang pipa 6 m dan diameter spiral 28 cm yang berfungsi untuk mengubah fase uap menjadi fase cair didalam kondensor.
5) Pipa aliran uap
Pipa ini berdiameter ½ inci dan berfungsi sebagai tempat aliran uap air yang menghubungkan wadah air dan bahan menuju pipa spiral pada proses pendinginan. Dimana dalam pemodifikasian yang akan dilakukan nantinya pipa kondensat tersebut akan dirancang sedikit lebih miring agar nantinya uap yang dihasilkan tidak kembali lagi (proses berjalan dengan optimal).
6) Bak penampungan air
Bak penampungan air yang digunakan ini dilengkapi dengan pompa air tipe wp-105, dengan tegangan 220-240 volt dan dengan daya 60 watt yang akan digunakan untuk menjalankan sirkulasi air pada saat proses sedang berlangsung.
7) Tungku gas
Tungku gas ini nantinya akan digunakan sebagai tempat untuk diletakkannya kompor gas, untuk menghasilkan panas (api) yang akan digunakan untuk menjalankan proses penyulingan.
8) Sensor termokopel
Sensor ini digunakan untuk membaca suhu pada ketel utama melalui dua jenis logam konduktor berbeda yang dihubungkan ujungnya sehingga menimbulkan efek thermo-electric. Rentang suhu operasional yang dapat dibaca sensor ini mulai dari -200 hingga 2000 o
9) Sensor suhu DS18B20
C.
Sensor ini digunakan untuk memnbaca suhu pada tangki air 1, 2 dan 3 dengan rentang suhu yang dapat dibaca mulai dari -55 hingga 125oC, dengan tingkat akurasi +/-0,5oC pada rentang -10hingga 85o
Pembuatan Alat
C. Sensor ini memiliki rentang daya 3 volt hingga 5,5 volt, dengan resolusi sensor 9 hingga 12 bit, serta dapat mengkonversi data suhu ke 12-bit digital word hanya dalam 750 millidetik (maksimal).
Adapun langkah-langkah dalam memodifikasi alat penyuling minyak atsiri tipe uap dan air, yaitu:
1. Dirancang bagian-bagian dari alat yang akan dimodifikasi.
2. Digambar serta ditentukan ukuran setiap bagian alat yang akan dimodifikasi.
3. Dipilih bahan yang akan digunakan sebagai bahan dasar pada pemodifikasian alat.
4. Dilakukan pengukuran terhadap bahan-bahan yang akan digunakan sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan.
5. Dipotong dan dilas pipa stainless pada bagian atas ketel utama dengan panjang 19 cm hingga membentuk sudut kemiringan sebesar 74,5 derajat.
6. Dibentuk dan dilas pelat bahan untuk membentuk rangka dudukan tangki air 1 dan 3.
7. Dipasang kembali komponen-komponen yang telah diperbaharui sesuai dengan posisinya semula.
Pengujian alat
1. Dimasukkan air ke dalam wadah penghasil uap air (≤ 40 L).
2. Dimasukkan bahan ke dalam saringan (3 kg jahe kering oven dengan kadar air rata-rata untuk ketiga ulangan sebesar 10,33%).
3. Dimasukkan es batu kedalam tangki air 1.
4. Dimasukkan air dan dipasang sensor kedalam tangki air 1,2 dan bak penampung air.
5. Dipasang termokopel pada ketel utama lalu disambungkan ke laptop.
6. Dihidupkan api kompor.
7. Dipanaskan air pada wadah penghasil uap air hingga mencapai suhu 98 o 8. Dijaga tekanan pada penghasil uap air (<1 atm).
C.
9. Dilakukan pemisahan minyak dan air hasil penyulingan.
10. Dilakukan pengukuran volume minyak yang dihasilkan tiap satuan berat bahan yang dimasukkan ke dalam wadah bahan.
11. Dilakukan pengamatan parameter.
Parameter Pengujian 1. Warna Minyak Jahe
Pengamatan warna dilakukan secara organoleptik dengan melihat warna minyak atsiri jahe yang dihasilkan. Digunakan tiga orang panelis sebagai pengamat warna minyak.
2. Kapasitas Efektif Alat
Kapasitas efektif alat dilakukan dengan menghitung banyaknya minyak jahe yang dihasilkan (ml) tiap satuan waktu yang dibutuhkan selama penyulingan tersebut (jam).
KEA = V
t ... (1) dimana :
KEA = Kapasitas efektif alat (ml/jam)
V = Volume minyak jahe yang dihasilkan (ml)
t = Waktu yang dibutuhkan selama penyulingan (jam) 3. Rendemen
Rendemen adalah perbandingan antara minyak yang dihasilkan dengan bahan tumbuhan yang diolah. Perhitungan rendemen dilakukan untuk mengetahui seberapa besar rendemen yang dihasilkan oleh suatu alat dalam memproduksi minyak jahe tiap satuan banyak bahan yang diolah.
R= BA
BB
×
100% ... (2) dimana :R = Rendemen (%)
BA = Berat minyak yang dihasilkan (gr) BB = Berat bahan olahan (gr)
4. Analisis Ekonomi
Analisis ekonomi digunakan untuk menentukan besarnya biaya yang harus dikeluarkan saat produksi menggunakan alat ini. Dengan analisis ekonomi dapat diketahui seberapa besar biaya produksi sehingga keuntungan alat dapat diperhitungkan. Biaya variabel adalah biaya yang besarnya tergantung pada output yang dihasilkan. Dimana semakin banyak produk yang dihasilkan maka semakin banyak bahan yang digunakan. Sedangkan, biaya tetap adalah biaya yang tidak tergantung pada banyak sedikitnya produk yang akan dihasilkan (Soeharno, 2007).
Pengukuran biaya pemakaian alat dilakukan dengan cara menjumlahkan biaya yang dikeluarkan yaitu biaya tetap dan biaya tidak tetap (biaya pokok).
BP =
[
BTx + BTT] C ... (3) Dimana :BP = Biaya pokok (Rp/satuan produksi) BT = Total biaya tetap (Rp/tahun) BTT= Total biaya tidak tetap ( Rp/jam) x = Total jam kerja pertahun (jam/tahun) C= Kapasitas alat (jam/satuan produksi) 1. Biaya tetap
Biaya tetap terdiri dari:
1. Biaya penyusutan (metode garis lurus) D = P−S
n ... (4)
D = Biaya penyusutan (Rp/tahun)
P = Nilai awal alsin (harga beli/pembuatan) (Rp) S = Nilai akhir alsin (10% dari P) (Rp)
n = Umur ekonomi (tahun)
2. Biaya bunga modal dan asuransi, perhitungannya digabungkan besarnya:
I = i(P)(n+1)
2n ... (5) dimana:
i = Total persentase bunga modal dan asuransi (%)
3. Dinegara kita belum ada ketentuan besar pajak secara khusus untuk mesin-mesin dan peralatan pertanian, beberapa literaturmenganjurkan bahwa biaya pajak alat dan mesin pertanian diperkirakan sebesar 2%
pertahun dari nilai awalnya.
4. Biaya gudang atau gedung diperkirakan berkisar antara 0,5 – 1 %, rata-rata diperhitungkan 1% nilai awal (P) pertahun.
2. Biaya tidak tetap
Biaya tidak tetap terdiri dari:
1. Biaya perbaikan untuk motor listrik sebagi sumber tenaga penggerak.Biaya perbaikan ini dapat dihitung dengan persamaan:
Biaya reperasi =1,2%(P−S)
1000 jam ... (6)
2. Biaya karyawan/operator yaitu biaya untuk gaji operator. Biaya ini tergantung kepada kondisi lokal, dapat diperkirakan dari gaji bulanan atau gaji pertahun dibagi dengan total jam kerjanya
(Giatman, 2006).
Break even point
Break even pointatau analisis titik impas (BEP) 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 sama dengan nol. Bila pendapatan dari produksi berada disebelah kiri titik impas maka kegiatanusaha akan menderita kerugian, sebaliknya bila disebelah kanan titik impas akan memperoleh keuntungan.
Analisis titik impas juga digunakan untuk:
1. Hitungan biaya dan pendapatan untuk setiap alternatif kegiatan usaha.
2. Rencana pengembangan pemasaran untuk menetapkan tambahan investasi untuk peralatan produksi.
3. Tingkat produksi dan penjualan yang menghasilkan ekuivalensi (kesamaan) dari dua alternatif usulan investasi.
(Waldiyono, 2008).
Manfaat perhitungan titik impas adalah untuk mengetahui batas produksi minimal yang harus dicapai dan dipasarkan agar usaha yang dikelola masih layak untuk dijalankan.Pada kondisi ini income yang diperoleh hanya cukup untuk menutupi biaya operasional tanpa ada keuntungan.
Untuk mengetahui produksi titik impas (BEP) maka dapat digunakan rumus sebagai berikut:
N = BT
(R−BTT ) ... (7)
N= Jumlah produksi minimal untuk mencapai titik impas BT= Biaya tetap pertahun (Rupiah)
R = Penerimaan dari tiap unit produksi (harga jual) (Rupiah) BTT = Biaya tidak tetap perunit produksi(Rupiah)
(Giatman, 2006).
Biaya variabel adalah biaya yang besarnya tergantung pada out put yang dihasilkan. Dimana semakin banyak produk yang dihasilkan maka semakin banyak bahan yang digunakan dan biaya yang digunakan akan semkin besar juga.
Sedangkan biaya tetap adalah biaya yang tidak tergantung pada banyak sedikitnya produk yang akan dihasilkan (Soeharno, 2007).
Biaya tetap adalah biaya yang tidak terpengaruh oleh aktivitas perusahaan.
Biaya ini secara total tidak mengalami perubahan meskipun ada perubahan volume produksi. Sedangkan biaya variabel adalah biaya yang besarnya berubah-ubah sesuai dengan aktivitas perusahaan. Biaya ini secara total akan berberubah-ubah sesuai dengan volume produksi (Halim, 2009).
Net present value
Net present value (NPV) adalah selisih antara present value dari investasi nilai sekarang dari penerimaan kas bersih dimasa yang akan datang. Identifikasi masalah kelayakan financial dianalisis dengan menggunakan metode analisis finansial dengan kriteria investasi.NPV adalah kriteria yang digunakan untuk mengukur suatu alat layak atau tidak untuk diusahakan.Secara singkat dapat dirumuskan:
CIF – COF ≥ 0 ... (8)
dimana :
CIF = Chas in flow COF = Chas out flow
Sementera itu keuntungan yang diharapkan dari investasi yang dilakukan bertindak sebagai tingkat bungan modal dalam perhitungan :
Penerimaan (CIF) = pendapatan x (P/A, i, n) + nilai akhir x (P/F, i, n) Pengeluaran (COF) = investasi + pembiayaan (P/A, i, n).
Kriteria NPV yaitu :
- NPV >0, berarti usaha yang telah dilaksanakan menguntungkan
- NPV<0, berarti sampai dengan t tahun investasi usaha tidak menguntungkan - NPV =0,berarti tambahan manfaat sama dengan tambahan biaya yang
dikeluarkan (Giatman, 2006).
Internal rate of return
Dengan menggunakan metode internal rate of return (IRR) akan mendapatkan informasi yang berkaitan dengan tingkat kemampuan cash flow dalam mengembalikan investasi yang dijelaskan dalam bentuk %priode waktu.
Logika sederhananya menjelaskan seberapa kemampuan cash flow dalam mengembalikan modalnya dan seberapa besar pula kewajiban yang harus dipenuhi (Giatman, 2006).
Internal rate of return adalah suatu tingkatan discount rate, pada discount rate dimana diperolah B/C ratio = 1 atau NPV = 0. Harga IRR dapat dihitung
IRR = i1 – NPV 1
(NPV 2−NPV 1) (i1 – i2) ... (9)
dimana : i1
i
= Suku bungabank paling atraktif
2
NPV
= Suku bunga coba-coba
1 = NPV awal pada i NPV
1
2 = NPV pada i (Kastaman, 2006).
2