C. PENELITIAN UTAMA
1) Prototipe Boiler
Boiler merupakan alat penghasil uap air. Bahan bakar prototipe boiler yang digunakan pada penyulingan nilam adalah kayu bakar. Boiler
ini terdiri dari pipa-pipa silinder berisi udara panas dan bagian bawahnya terdapat tungku untuk pembakaran kayu. Bagian dalam tungku terdapat pipa-pipa silinder berisi air yang digunakan untuk menghantarkan panas yang dihasilkan api pembakaran pada tungku. Berdasarkan pembagian pipa-pipa tersebut maka boiler yang digunakan dapat dikatakan sebagai jenis boiler gabungan pipa api dengan pipa air. Kapasitas air maksimal di dalam boiler sebesar 770 liter.
Pada saat pembakaran kayu, boiler memerlukan alat pendukung untuk memperbesar api yaitu dengan menggunakan blower. Sketsa prototipe boiler dapat dilihat pada Gambar 16.
Gambar 16. Sketsa prototipe boiler (tampak depan) : (a) boiler, (b) tungku, (c) pipa air, (d) pipa api, (e) pintu tungku
API a b c d e
Pada Gambar 16 terlihat pula fenomena aliran panas yang terjadi di dalam prototipe boiler. Panas dari api dihantarkan secara konveksi dan konduksi ke pipa-pipa air di sisi samping tungku. Panas dari pipa air ini menghasilkan uap air yang dialirkan dalam pipa api. Kemudian uap air tersebut yang nantinya akan dialirkan ke dalam ketel suling. Prinsip kerja dari prototipe boiler ini yaitu mengubah air dalam boiler menjadi uap air. Permukaan pindah panas pada prototipe boiler ini lebih luas daripada boiler skala IKM. Hal ini disebabkan permukaan pindah panas yang digunakan cukup banyak yaitu melalui pipa-pipa air, pipa-pipa api, dan dinding boiler. Luas permukaan pindah panas dalam boiler dan pipa air serta pipa api sebesar 14,40 m². Rata-rata suhu tertinggi yang terukur pada permukaan boiler sebesar 158,83 °C. Rata-rata suhu tertinggi pada permukaan tungku pembakaran sebesar 138,03 °C. Rata-rata jumlah air yang diuapkan dalam boiler sebesar 556,95 liter dalam satu kali proses penyulingan. Penyulingan dalam sistem prototipe dilakukan selama 6 jam. Dengan demikian, rata-rata air yang dapat diuapkan dalam boiler setiap jamnya sebesar 6,45 liter/m². Data-data luas permukaan pindah panas di boiler serta jumlah air yang dapat diuapkan dapat dilihat pada Tabel 8.
Tabel 8. Data luas permukaan pindah panas boiler dan uap air yang dihasilkan dalam prototipe penyulingan.
No. Keterangan Besaran
1. Luas permukaan pindah panas boiler
serta pipa air dan pipa api 14,40 m²
2. Jumlah air yang diuapkan 556,95 liter
3. Lama waktu penyulingan 6 jam
4. Uap air yang dihasilkan/jam 6,45 liter/m²
Rata-rata air yang diuapkan per satuan luas dalam setiap jamnya pada prototipe sistem penyulingan jauh lebih kecil daripada sistem penyulingan skala IKM yaitu sebesar 6,45 liter/m²jam. Uap air yang
dihasilkan pada skala IKM sebesar 34,2 liter/m²jam. Semakin kecil jumlah air yang diuapkan per satuan luasnya, maka proses pembentukan uap air dan pendidihan air akan lebih cepat dan optimal (Guenther, 1947), serta waktu penyulingan dapat dipercepat. Dengan demikian, disain prototipe boiler lebih menguntungkan terkait dengan luas permukaan pindah panasnya dalam menghasilkan uap air.
Disain prototipe boiler dilengkapi dengan blower dan katup pengatur keluarnya uap air dari boiler. Blower digunakan untuk membantu penyalaan api dan menjaga kestabilan nyala api dalam tungku pembakaran. Sistem kerja blower dibuat secara otomatis dengan indikator tekanan uap yang terukur dalam boiler. Indikator tekanan terendah yaitu sebesar 2,5 bar gauge dan tekanan tertingginya 3,5 bar
gauge. Bila tekanan dalam boiler mencapai indikator tekanan terendah,
maka blower akan menyala secara otomatis. Bila tekanan dalam boiler mencapai indikator tekanan tertinggi, maka blower akan mati secara otomatis. Cara kerja blower yang digunakan dalam prototipe sistem penyulingan digambarkan pada Gambar 17.
Gambar 17. Sirkulasi udara dalam tungku dengan blower (tampak samping) : (a) pintu pemasukan kayu, (b) blower
Blower yang digunakan merupakan tipe blower yang menghisap
udara dari dalam tungku dan mengeluarkannya. Dengan demikian, udara yang masuk dari pintu pemasukan kayu dihisap oleh blower hingga mencapai bagian belakang tungku, maka sirkulasi udara (oksigen) lebih
a
3.05 3.3 3.45 2.85 3.2 2.7 3.7 2.8 2.65 3.3 3.7 3.35 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 Menit ke-Tekanan (bar gauge)
merata dari bagian depan tungku hingga belakang. Sirkulasi udara yang telah digambarkan tersebut, dapat membantu penjalaran nyala api kayu yang diletakkan dari bagian depan tungku hingga belakang. Oleh karena itu, kemungkinan terbentuk bongkahan arang dalam tungku semakin kecil.
Berdasarkan sistem kerja blower, kestabilan nyala api dalam tungku dapat dilihat dari indikator kestabilan tekanan uap dalam boiler. Kestabilan tekanan uap air dalam boiler dapat dilihat pada Gambar 18. Kestabilan uap air menunjukkan stabilnya energi yang dihasilkan dari
boiler. Dengan stabilnya suplai tekanan uap dalam boiler, maka suplai
uap ke ketel pun dapat diatur dan stabil. Bila tekanan dalam ketel stabil, laju destilat yang dihasilkan dapat diatur dan stabil pula.
Gambar 18. Kestabilan tekanan uap air dalam prototipe boiler
Berdasarkan Gambar 18, terlihat peningkatan tekanan dan penurunan tekanan uap dalam boiler tidak lebih dari 1 bar gauge dalam 1 jam. Tekanan uap pada awal proses penyulingan hingga menit ke-90 meningkat karena suplai energi dari kayu masih banyak dan nyala api cenderung lebih besar. Tekanan uap akan menurun bila suplai energi dari kayu menurun dan nyala api mengecil. Bila tekanan uap menurun hingga
mencapai 2,5 bar gauge, maka blower akan menyala. Dengan demikian, tekanan uap dalam boiler tidak pernah di bawah 2,5 bar gauge.
Lama waktu penggunaan blower ditentukan oleh lamanya waktu yang dibutuhkan untuk meningkatkan tekanan uap dalam boiler agar tetap berada pada kisaran 2,5 bar hingga 3,5 bar gauge.
Adanya katup pengatur tekanan yang digunakan pada disain prototipe boiler, membuat kestabilan nyala api dalam tungku tidak dapat diindikasikan berdasarkan laju destilatnya. Katup ini berfungsi untuk mengatur jumlah uap yang masuk ke dalam ketel. Dengan demikian, tekanan uap dalam ketel dapat stabil. Tekanan uap dalam ketel akan lebih stabil, bila terdapat stok uap dalam boiler. Pengaturan stok uap dalam
boiler merupakan salah satu fungsi dari katup pengatur tekanan uap air
dalam boiler.