EFISIENSI ENERGI DAN KINERJA PROTOTIPE ALAT
PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU
Oleh :
DANAR ANDRI PRASETYO F34104131
2009
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
DANAR ANDRI PRASETYO. F34104131. Efisiensi Energi dan Kinerja Prototipe Alat Penyulingan Minyak Pala Berbahan Bakar Kayu. Di bawah bimbingan Ade Iskandar dan Meika Syahbana Rusli 2009
RINGKASAN
Indonesia merupakan salah satu negara penghasil minyak pala yang cukup besar didunia. Minyak pala Indonesia merupakan minyak atsiri dengan kualitas bagus dan jumlah ekspornya mendominasi perminyakan pala dunia
Meningkatnya harga minyak dan bahan bakar didunia berpengaruh pada kenaikan harga dan ketersediaan bahan bakar, khususnya minyak tanah yang digunakan para penyuling minyak pala, sebagai bahan bakar utama. Penggantian bahan bakar yang cukup murah dan kemudahan diperoleh, perlu dilakukan untuk menekan biaya produksi. Dua contoh bahan bakar yang cukup murah dan mudah ketersediaannya adalah kayu bakar dan batu bara. Untuk saat ini, harga bahan bakar yang paling murah adalah kayu bakar. Harga rata-rata kayu bakar saat ini sekitar Rp 500 / kg dengan rata-rata kadar air 30%.
Prototipe alat penyulingan pala berbahan bakar kayu, dibuat sebagai salah satu solusi bagi para penyuling minyak pala. Rangkaian prototipe ini terdiri dari: boiler bahan bakar kayu, ketel suling yang dilengkapi ketel bahan dan fraksi bahan, kondensor tipe bak spiral dan separator minyak. Pengujian prototipe ini diberi perlakuan sesuai standar rekomendasi dan hasil penelitian sebelumnya yang dianggap sebagai perlakuan terbaik. Dari beberapa acuan sebelumnya, proses penyulingan pala ingin diefisienkan menjadi 12 jam dari yang biasa dilakukan para penyuling pala sekitar 30 – 48 jam. Dari pengujian ini akan diperoleh output efisiensi energi kalor, kinerja serta kekurangan yang perlu ditambahkan untuk penyempurnaan prototipe ini.
Input perlakuan yang digunakan pada alat penyulingan ini antara lain pemuatan bahan ke dalam ketel sebanyak 300 kg untuk biji pala yang telah dikecilkan ukurannya. Perlakuaan lain adalah mempertahankan tekanan pada ketel suling sebesar 1 atm gauge, dan laju alir kondensat sebesar 0.6 liter/jam.kg bahan atau setara dengan 50 ml destilat/detik, dan pengaliran air pendingin setelah 1 jam pertama penyulingan.
Dari hasil uji dan analisa pada prototype didapatkan efisiensi energi boiler sebesar 31,59%, ketel sebesar 91,79%, kondensor sebesar 90,87% untuk recovery dan 99% untuk transfer. Selain itu efisiensi energi pipa penghubung antara boiler dan ketel sebesar 97,27%, dan pipa penghubung antara ketel kondensor sebesar 99,49%, sehingga didapatkan efisiensi energi total pada alat penyulingan ini sebesar 25,54%.
Pada pengujian UKM didapatkan efisiensi energy boiler sebesar 76,37%, ketel sebesar 97,45%, kondensor sebesar 39,85% untuk efisiensi recovery. Untuk pengujian pada pipa penghubung antara boiler dan ketel sebesar 96,93% dan pipa penghubung antara ketel dan kondensor sebesar 99,15% sehingga nilai efisiensi energi keseluruhan pada alat penyulingan UKM sebesar 28,5%.
rendemen 9,9%. Sedangkan pada penyulingan UKM memerlukan waktu lebih lama yaitu 30 jam dengan perolehan rendemen 10,2%.
Dari hasil penyulingan dengan prototipe ini didapatkan minyak dengan karakteristik yang sesuai dengan SNI 06-2388-2006 tentang Minyak Pala. Respon gabungan nilai bobot jenis 0,904, indeks bias 1,478, kelarutan etanol 90% pada suhu 20°C sebesar 1:1, putaran optik (+)16,8º, dan sisa penguapan 0,7%. Standar minyak pala pada SNI untuk bobot jenis 0,880-0,910, indeks bias 1,470 - 1,497, kelarutan etanol 90% pada suhu 20°C 1:3 dan seterusnya jernih, putaran optik (+)8º - (+)25º dan sisa penguapan 0,7%.
DANAR ANDRI PRASETYO. F34104131. Energy Efficiency and Performance of Nutmeg Oil Distillatory Prototype with Fire Wood Fuel. Supervised by Ade Iskandar and Meika Syahbana Rusli 2009
SUMMARY
Indonesia is a richest country that has big enough nutmeg oil production in the world. Indonesian nutmeg oil contain high quality essential oil and its export quantities has dominated world market of Nutmeg oil.
The increasing of fossil fuel price and its alternative have implicated to their availability, especially kerosene that usually used by Nutmeg oil distillators, as the primary fuel. Transformation of energy to energies with enough cheap price and available is need to minimize production cost. Two examples of them is wood and coals. In this recent time, the cheapest price is wood. The average of wood price is about Rp 500 / kg with the average of water contain is about 30%.
Prototype of Nutmeg oil distillation equipments that examined is made to give a solution to distillation processor. Series of this prototype is divided to boiler, distillating cattle accomplying with material cattle and material fraction, spiral condensor with water container and oil separator. This prototype is examined by factors that suitable with recommended standardation and the former research that result as the best factors. From the refferences, the process is done by 12 hours to be efficient process, compare with the conventional time scale of process is about 30–48 hours. From this examining, the output that will be resulted are efficiency of heat energy, performance and the lacking of performance of the prototype.
Input factor that used on this prototype is loading material into the cattle as much 300 kg of Nutmeg that have been crushed to the small pieces. The other factor is maintaining pressure in the cattle 1 atm gauge, and flow of condensate as 0.6 liter/hour.kg of material or same with 50 ml of distillate/second, and fluidizing of cooling water after the first hour distillation.
Analysis of the average efficiency of energy of boiler results efficiency as 31,59%, the cattle as 91,79%, condenser as 90,87% for recovery efficiency and 99% for transfer efficiency. Beside that, efficiency of conducting pipes between boiler and cattle as 97,27%, and conducting pipes between to condenser cattle as 99,49%, and so the total of efficiency of energy on the distillatory is 25,54%.
The distillate or oil from this distillation process has characteristic oil that suitable with SNI 06-2388-2006 about Nutmeg oil characteristics. Responses of combination values of density is about 0,904, refractive index is 1,478, its solution in ethanol 90% at temperature 20°C is 1:1, optical rotary is (+)16,8º, and vapor remain is 0,7%. Standardize from SNI of the density is about between 0,880-0,910, refractive index between 1,470-1,497, solution in ethanol 90% at temperature 20°C is 1:3 and then clarity, optical rotary between (+)8º-(+)25º, and vapor remain is 0,7%. After the examination and analysis of Nutmeg oil, the time of distillation process is determined by 14 hours.
EFISIENSI ENERGI DAN KINERJA PROTOTIPE ALAT PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Industri Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh:
DANAR ANDRI PRASETYO F 34104131
2009
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
EFISIENSI ENERGI DAN KINERJA PROTOTIPE ALAT PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Industri Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh:
DANAR ANDRI PRASETYO F 34104131
Dilahirkan pada tanggal 19 Januari 1986 Di Sragen
Tanggal lulus: 19 Januari 2009
Disetujui,
Bogor, 3 Februari 2009
Dosen Pembimbing I, Dosen Pembimbing II,
SURAT PERNYATAAN
Menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi yang berjudul “ EFISIENSI ENERGI ALAT PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU” adalah karya saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing, kecuali dengan jelas ditunjukkan rujukannya.
Bogor, Januari 2009 Yang membuat pernyataan
BIODATA
Penulis bernama lengkap Danar Andri Prasetyo. Penulis lahir pada tanggal 19 Januari 1986 di Sragen. Penulis adalah putra pertama dari pasangan Subandi dan Dewi Parmari.
Pendidikan formal penulis dimulai di Taman Kanak-kanak Pertiwi 8 Ngandul, Sumberlawang pada tahun 1990. Pendidikan Sekolah Dasar penulis dimulai tahun 1992 di SD Negeri Ngandul I, Sumberlawang, Sragen. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasarnya pada tahun 1998 dan melanjutkan ke SLTP Negeri I Gemolong. Pada tahun 2001, penulis menyelesaikan studinya di SLTP dan penulis melanjutkan studinya di SMA Negeri I Gemolong, Sragen dari tahun 2001 sampai 2004. Tahun 2004 penulis mengikuti ujian seleksi penerimaan mahasiswa baru(SPMB) dan berhasil masuk IPB dengan pilihan program studi Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian.
Pada tahun 2006/2007 penulis aktif di Lembaga dakwah fakultas FBI-FATETA sebagai staff Fund Rising. Selama mengikuti perkuliahan di semester enam tahun 2007, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Teknologi Pengemasan Distribusi dan Transportasi. Pada semester delapan penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Teknologi Minyak Atsiri dan Fitofarmaka dan asisten praktikum Peralatan Industri.
i KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT karena dengan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini disusun berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Pilot Plant TIN Leuwikopo, Laboratorium Kimia, Penyulingan Pala di Cibedug., sejak bulan Februari sampai dengan Agustus 2008.
Penelitian dan penulisan skripsi ini tidak akan terlaksana dengan baik tanpa bantuan dari beberapa pihak. Oleh sebab itu, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Ir Ade Iskandar M.Si. selaku dosen pembimbing satu atas kebijakan, masukan, dukungan dan bimbingannya selama penulis melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
2. Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli, M.Sc. selaku dosen pembimbing dua atas kebijakan, masukan, dukungan dan bimbingannya selama penulis melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
3. Drs. Purwoko M.Si selaku dosen penguji atas saran dan masukan untuk perbaikan skripsi ini.
4. Ibu penulis yang telah telah memberikan semangat hati bagi penulis, terima kasih atas limpahan kasih sayang dan doa serta dukungannya sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini.
5. Adik-adikku Dani dan Devi yang telah menjadi harapan bagi penulis sehingga mampu menyelesaikan tulisan ini, juga adik-adik yang tidak bisa disebut satu per satu yang selalu menyemangati penulis.
6. Pakde, Bude Jarot dan kakak-kakakku yang telah memberi dukungan moril dan finansial kepada penulis.
7. Rekan penelitian penulis yaitu Ivon dan Fina yang telah bersama-sama menjalani suka duka penelitian.
EFISIENSI ENERGI DAN KINERJA PROTOTIPE ALAT
PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU
Oleh :
DANAR ANDRI PRASETYO F34104131
2009
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
DANAR ANDRI PRASETYO. F34104131. Efisiensi Energi dan Kinerja Prototipe Alat Penyulingan Minyak Pala Berbahan Bakar Kayu. Di bawah bimbingan Ade Iskandar dan Meika Syahbana Rusli 2009
RINGKASAN
Indonesia merupakan salah satu negara penghasil minyak pala yang cukup besar didunia. Minyak pala Indonesia merupakan minyak atsiri dengan kualitas bagus dan jumlah ekspornya mendominasi perminyakan pala dunia
Meningkatnya harga minyak dan bahan bakar didunia berpengaruh pada kenaikan harga dan ketersediaan bahan bakar, khususnya minyak tanah yang digunakan para penyuling minyak pala, sebagai bahan bakar utama. Penggantian bahan bakar yang cukup murah dan kemudahan diperoleh, perlu dilakukan untuk menekan biaya produksi. Dua contoh bahan bakar yang cukup murah dan mudah ketersediaannya adalah kayu bakar dan batu bara. Untuk saat ini, harga bahan bakar yang paling murah adalah kayu bakar. Harga rata-rata kayu bakar saat ini sekitar Rp 500 / kg dengan rata-rata kadar air 30%.
Prototipe alat penyulingan pala berbahan bakar kayu, dibuat sebagai salah satu solusi bagi para penyuling minyak pala. Rangkaian prototipe ini terdiri dari: boiler bahan bakar kayu, ketel suling yang dilengkapi ketel bahan dan fraksi bahan, kondensor tipe bak spiral dan separator minyak. Pengujian prototipe ini diberi perlakuan sesuai standar rekomendasi dan hasil penelitian sebelumnya yang dianggap sebagai perlakuan terbaik. Dari beberapa acuan sebelumnya, proses penyulingan pala ingin diefisienkan menjadi 12 jam dari yang biasa dilakukan para penyuling pala sekitar 30 – 48 jam. Dari pengujian ini akan diperoleh output efisiensi energi kalor, kinerja serta kekurangan yang perlu ditambahkan untuk penyempurnaan prototipe ini.
Input perlakuan yang digunakan pada alat penyulingan ini antara lain pemuatan bahan ke dalam ketel sebanyak 300 kg untuk biji pala yang telah dikecilkan ukurannya. Perlakuaan lain adalah mempertahankan tekanan pada ketel suling sebesar 1 atm gauge, dan laju alir kondensat sebesar 0.6 liter/jam.kg bahan atau setara dengan 50 ml destilat/detik, dan pengaliran air pendingin setelah 1 jam pertama penyulingan.
Dari hasil uji dan analisa pada prototype didapatkan efisiensi energi boiler sebesar 31,59%, ketel sebesar 91,79%, kondensor sebesar 90,87% untuk recovery dan 99% untuk transfer. Selain itu efisiensi energi pipa penghubung antara boiler dan ketel sebesar 97,27%, dan pipa penghubung antara ketel kondensor sebesar 99,49%, sehingga didapatkan efisiensi energi total pada alat penyulingan ini sebesar 25,54%.
Pada pengujian UKM didapatkan efisiensi energy boiler sebesar 76,37%, ketel sebesar 97,45%, kondensor sebesar 39,85% untuk efisiensi recovery. Untuk pengujian pada pipa penghubung antara boiler dan ketel sebesar 96,93% dan pipa penghubung antara ketel dan kondensor sebesar 99,15% sehingga nilai efisiensi energi keseluruhan pada alat penyulingan UKM sebesar 28,5%.
rendemen 9,9%. Sedangkan pada penyulingan UKM memerlukan waktu lebih lama yaitu 30 jam dengan perolehan rendemen 10,2%.
Dari hasil penyulingan dengan prototipe ini didapatkan minyak dengan karakteristik yang sesuai dengan SNI 06-2388-2006 tentang Minyak Pala. Respon gabungan nilai bobot jenis 0,904, indeks bias 1,478, kelarutan etanol 90% pada suhu 20°C sebesar 1:1, putaran optik (+)16,8º, dan sisa penguapan 0,7%. Standar minyak pala pada SNI untuk bobot jenis 0,880-0,910, indeks bias 1,470 - 1,497, kelarutan etanol 90% pada suhu 20°C 1:3 dan seterusnya jernih, putaran optik (+)8º - (+)25º dan sisa penguapan 0,7%.
DANAR ANDRI PRASETYO. F34104131. Energy Efficiency and Performance of Nutmeg Oil Distillatory Prototype with Fire Wood Fuel. Supervised by Ade Iskandar and Meika Syahbana Rusli 2009
SUMMARY
Indonesia is a richest country that has big enough nutmeg oil production in the world. Indonesian nutmeg oil contain high quality essential oil and its export quantities has dominated world market of Nutmeg oil.
The increasing of fossil fuel price and its alternative have implicated to their availability, especially kerosene that usually used by Nutmeg oil distillators, as the primary fuel. Transformation of energy to energies with enough cheap price and available is need to minimize production cost. Two examples of them is wood and coals. In this recent time, the cheapest price is wood. The average of wood price is about Rp 500 / kg with the average of water contain is about 30%.
Prototype of Nutmeg oil distillation equipments that examined is made to give a solution to distillation processor. Series of this prototype is divided to boiler, distillating cattle accomplying with material cattle and material fraction, spiral condensor with water container and oil separator. This prototype is examined by factors that suitable with recommended standardation and the former research that result as the best factors. From the refferences, the process is done by 12 hours to be efficient process, compare with the conventional time scale of process is about 30–48 hours. From this examining, the output that will be resulted are efficiency of heat energy, performance and the lacking of performance of the prototype.
Input factor that used on this prototype is loading material into the cattle as much 300 kg of Nutmeg that have been crushed to the small pieces. The other factor is maintaining pressure in the cattle 1 atm gauge, and flow of condensate as 0.6 liter/hour.kg of material or same with 50 ml of distillate/second, and fluidizing of cooling water after the first hour distillation.
Analysis of the average efficiency of energy of boiler results efficiency as 31,59%, the cattle as 91,79%, condenser as 90,87% for recovery efficiency and 99% for transfer efficiency. Beside that, efficiency of conducting pipes between boiler and cattle as 97,27%, and conducting pipes between to condenser cattle as 99,49%, and so the total of efficiency of energy on the distillatory is 25,54%.
The distillate or oil from this distillation process has characteristic oil that suitable with SNI 06-2388-2006 about Nutmeg oil characteristics. Responses of combination values of density is about 0,904, refractive index is 1,478, its solution in ethanol 90% at temperature 20°C is 1:1, optical rotary is (+)16,8º, and vapor remain is 0,7%. Standardize from SNI of the density is about between 0,880-0,910, refractive index between 1,470-1,497, solution in ethanol 90% at temperature 20°C is 1:3 and then clarity, optical rotary between (+)8º-(+)25º, and vapor remain is 0,7%. After the examination and analysis of Nutmeg oil, the time of distillation process is determined by 14 hours.
EFISIENSI ENERGI DAN KINERJA PROTOTIPE ALAT PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Industri Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh:
DANAR ANDRI PRASETYO F 34104131
2009
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
EFISIENSI ENERGI DAN KINERJA PROTOTIPE ALAT PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi Industri Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh:
DANAR ANDRI PRASETYO F 34104131
Dilahirkan pada tanggal 19 Januari 1986 Di Sragen
Tanggal lulus: 19 Januari 2009
Disetujui,
Bogor, 3 Februari 2009
Dosen Pembimbing I, Dosen Pembimbing II,
SURAT PERNYATAAN
Menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi yang berjudul “ EFISIENSI ENERGI ALAT PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU” adalah karya saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing, kecuali dengan jelas ditunjukkan rujukannya.
Bogor, Januari 2009 Yang membuat pernyataan
BIODATA
Penulis bernama lengkap Danar Andri Prasetyo. Penulis lahir pada tanggal 19 Januari 1986 di Sragen. Penulis adalah putra pertama dari pasangan Subandi dan Dewi Parmari.
Pendidikan formal penulis dimulai di Taman Kanak-kanak Pertiwi 8 Ngandul, Sumberlawang pada tahun 1990. Pendidikan Sekolah Dasar penulis dimulai tahun 1992 di SD Negeri Ngandul I, Sumberlawang, Sragen. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasarnya pada tahun 1998 dan melanjutkan ke SLTP Negeri I Gemolong. Pada tahun 2001, penulis menyelesaikan studinya di SLTP dan penulis melanjutkan studinya di SMA Negeri I Gemolong, Sragen dari tahun 2001 sampai 2004. Tahun 2004 penulis mengikuti ujian seleksi penerimaan mahasiswa baru(SPMB) dan berhasil masuk IPB dengan pilihan program studi Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian.
Pada tahun 2006/2007 penulis aktif di Lembaga dakwah fakultas FBI-FATETA sebagai staff Fund Rising. Selama mengikuti perkuliahan di semester enam tahun 2007, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Teknologi Pengemasan Distribusi dan Transportasi. Pada semester delapan penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Teknologi Minyak Atsiri dan Fitofarmaka dan asisten praktikum Peralatan Industri.
i KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT karena dengan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini disusun berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Pilot Plant TIN Leuwikopo, Laboratorium Kimia, Penyulingan Pala di Cibedug., sejak bulan Februari sampai dengan Agustus 2008.
Penelitian dan penulisan skripsi ini tidak akan terlaksana dengan baik tanpa bantuan dari beberapa pihak. Oleh sebab itu, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Ir Ade Iskandar M.Si. selaku dosen pembimbing satu atas kebijakan, masukan, dukungan dan bimbingannya selama penulis melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
2. Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli, M.Sc. selaku dosen pembimbing dua atas kebijakan, masukan, dukungan dan bimbingannya selama penulis melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
3. Drs. Purwoko M.Si selaku dosen penguji atas saran dan masukan untuk perbaikan skripsi ini.
4. Ibu penulis yang telah telah memberikan semangat hati bagi penulis, terima kasih atas limpahan kasih sayang dan doa serta dukungannya sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini.
5. Adik-adikku Dani dan Devi yang telah menjadi harapan bagi penulis sehingga mampu menyelesaikan tulisan ini, juga adik-adik yang tidak bisa disebut satu per satu yang selalu menyemangati penulis.
6. Pakde, Bude Jarot dan kakak-kakakku yang telah memberi dukungan moril dan finansial kepada penulis.
7. Rekan penelitian penulis yaitu Ivon dan Fina yang telah bersama-sama menjalani suka duka penelitian.
9. Teman – teman TIN 41 yang telah membantu penulis dalam meyelesaikan penelitian.
10.Teman – teman Liqo’ yang sering mengingatkan kepada penulis.
11.Bu Rini, Pak Edi, Pak Sugi, Pak Gun, Mas Diki, Bu Ega, dan Bu Sri serta laboran lainnya di TIN terima kasih atas semua bantuan yang diberikan kepada penulis selama melakukan penelitian.
12.Adik 43 yang selalu membuat penulis tetap semangat walaupun dalam kondisi yang payah.
13.Tak lupa juga penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan dan motivasi kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan skripsi ini. Oleh karena itu saran dan kritik untuk perbaikan dan kesempurnaan skripsi ini sangat penulis harapkan. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat dan memperkaya khasanah ilmu pengetahuan tentang penyulingan minyak pala di Indonesia dan diaplikasikan secara luas..
Bogor, 2 Februari 2009
iii II. TINJAUAN PUSTAKA... 3 A. MINYAK PALA... 3 B. PROSES PENYULINGAN MINYAK... 5 C. PERALATAN PENYULINGAN... 6 D. UAP... 9 E. ENERGI... 10 F. MUTU MINYAK PALA... 12 III. METODOLOGI PENELITIAN... 14 A. BAHAN DAN ALAT... 14 1. Bahan... 14 2. Alat Penelitian... 14 3. Alat Penyulingan... 15 a. Boiler... 15 b. Ketel Suling... 16 c. Kondensor... 17 d. Separator... 18 B. METODE PENELITIAN... 19 1. Penelitian Pendahuluan………...………. 19
2.1. Persiapan Bahan... 20 2.2. Parameter Pengukuran... 20 2.3. Operasi Penyulingan... 21 2.4. Hasil Penyulingan... 24 2.5. Analisis Kinerja Sistem Penyulingan... 24 2.5.1 Neraca Massa... 24 2.5.2 Neraca Energi... 25 C. PERHITUNGAN... 25 1. Asumsi yang Digunakan... 25 2. Efisiensi sub sistem Boiler... 28 3. Efisiensi sub sistem pipa penghubung... 29 4. Efisiensi sub sistem ketel... 29 5. Efisiensi sub sistem kondensor... 29 6. Kehilangan Kalor Secara Radiasi... 31 D. STUDI BANDING KINERJA ALAT... 31 IV. PEMBAHASAN... 32 A. UJI KINERJA DAN EFISIENSI ALAT PENYULINGAN... 32 1. Pengujian Pendahuluan... 32 2. Kinerja Berdasarkan Desain... 33 3. Kinerja Berdasarkan Proses... 38 4. Efisiensi Energi Sub Sistem Boiler... 40 5. Efisiensi Energi Sub Sistem Pipa Penghubung Boiler dengan
Ketel... 42 6. Efisiensi Energi Sub Sistem Ketel... 45 7. Efisiensi Energi Sub Sistem Pipa Penghubung Ketel dengan
Kondensor... 49 8. Efisiensi Energi Sub Sistem Kondensor... 51 B. RENDEMEN MINYAK PALA... 55 C. PARAMETER MUTU ANALISA FISIKO KIMIA MINYAK PALA
DAFTAR TABEL
vii DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1. Prototipe Alat Penyulingan εinyak Pala……… 14 Gambar 2. Prototipe Boiler... 15 Gambar 3. Prototipe Ketel Suling Pala Kapasitas 300 kg... 16 Gambar 4. Prototipe Kondensor Model Spiral... 18 Gambar 5. Prototipe Separator Minyak Pala... 18 Gambar 6. Diagram Alir Penelitian……… 19 Gambar 7. Diagram alir Penyulingan Prototipe... 23 Gambar 8. Simulasi Plat dipanaskan dari bawah... 26 Gambar 9. Simulasi Plat dipanaskan dari atas... 26 Gambar 10. Simulasi kehilangan kalor dari permukaan silinder... 26 Gambar 11. Gradien Suhu Logaritmik pada Kondensor... 30 Gambar 12. Desain dan Sistem Kerja Prototipe Boiler……… 34 Gambar 13. Desain dan Sistem Kerja Boiler UKM………. 34 Gambar 14. Grafik Laju Alir Destilat Penyulingan Prototipe ………….…… 40 Gambar 15. Grafik Kehilangan Kalor Pada Pipa Penghubung Boiler – Ketel
Prototipe……… 43 Gambar 16. Grafik kehilangan Kalor Radiasi dan Konveksi Pada Pipa
Penghubung Boiler – Ketel Prototipe dan UKM... 44 Gambar 17. Grafik Kehilangan Kalor pada Sub bagian Ketel Suling
penyulingan pertama... 47 Gambar 18. Grafik Kehilangan Kalor pada Sub bagian Ketel Suling
penyulingan kedua... 47 Gambar 19. Grafik Kalor pada Sub bagian Ketel Suling penyulingan UKM 48 Gambar 20. Grafik Kehilangan Kalor Radiasi serta Konveksi Pada Ketel
Prototipe dan UKM... 48 Gambar 21. Grafik Kalor Pada Pipa Penghubung Ketel - Kondensor
Prototipe... 50 Gambar 22. Grafik Kehilangan Kalor Secara Konveksi serta Radiasi pada
Pipa Penghubung Ketel – Kondensor Prototipe dan UKM... 51 Gambar 23. Profil Suhu Pada Prototipe Kondensor dan Kondensor
Gambar 25. Grafik Perolehan Minyak Pala Tiap Jam pada Penyulingan Prototipe... 57 Gambar 26. Penampakan Warna Minyak Pala Hasil Penyulingan Pertama
Sampel tiap 3 jam... 59 Gambar 27. Penampakan Warna Minyak Pala Hasil Penyulingan Kedua
Sampel tiap 3 jam... 59 Gambar 28. Profil bobot jenis minyak hasil penyulingan prototipe... 60 Gambar 29. Nilai Indeks Bias Minyak biji pala Hasil Penyulingan dengan
Prototipe... 62 Gambar 30. Nilai Putaran Optik Minyak Biji Pala Hasil Penyulingan dengan
ix DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Dimensi dan Spesifikasi Alat Penyulingan... 73 Lampiran 2. Data Rata-Rata Suhu hasil pengukuran... 76 Lampiran 3. Tabel Steam, Viskositas Udara, Konduktivitas Udara, Tabel
Massa Jenis Udara... 92 Lampiran 4. Perhitungan Kehilangan Panas pada Alat Penyulingan... 98 Lampiran 5. Model Perhitungan serta Perbandingan Efisiensi Penyulingan
UKM dan Prototipe... 103 Lampiran 6. Data Hasil Perhitungan Kehilangan Kalor Secara Konveksi
I.
PENDAHULUAN
A.Latar Belakang
Tanaman Pala (Myristica fragrans Houtt) adalah salah satu komoditas pertanian yang memiliki nilai ekonomis cukup tinggi. Tanaman ini menghasilkan biji dan fuli yang didalamnya terdapat minyak atsiri. Harga minyak biji pala (nutmeg oil) dan minyak fuli (mace oil) relatif stabil dibandingkan dengan minyak atsiri jenis lain. Minyak biji dan fuli pala Indonesia merupakan minyak yang kualitasnya bagus dan jumlah ekspornya mendominasi perminyakan pala dunia. Walaupun demikian, pasar perminyakan pala dikuasai oleh asing. Kelebihan pala Indonesia dibandingkan dengan pala luar adalah rendemennya yang cukup tinggi dan baunya yang khas.
Minyak pala dapat diperoleh dengan 3 cara destilasi, yaitu destilasi menggunakan sistem rebus, destilasi menggunakan air dan uap (kukus) dan destilasi menggunakan uap langsung. Pada praktek dilapangan sistem uap langsung banyak digunakan. Dalam memproduksi minyak pala dibutuhkan sumber energi yang dihasilkan dari bahan bakar untuk membangkitkan uap (steam) untuk proses destilasi. Pada umumnya para penyuling minyak pala menggunakan bahan bakar minyak tanah dengan alasan lebih stabil dan mudah didapat waktu itu. Dengan meningkatnya harga bahan bakar, berakibat biaya produksi sedangkan keuntungan turun. Saat ini banyak diantara para penyuling sedang mencari bahan bakar yang dapat menggantikan minyak tanah. Alternatif bahan bakar yang mungkin dicapai saat ini adalah kayu bakar.
pipa-2
pipa penghubung. Selain itu diperlukan juga sistem recovery panas yang cukup efisien pada bagian kondensor.
Dengan adanya permasalahan itu, maka dibuatlah suatu prototipe alat penyulingan yang didesain, untuk lebih menghemat energi. Prototipe yang telah dibuat diperlukan pengujian untuk mendapatkan kondisi operasi yang sesuai.
Pengaturan suhu dan tekanan yang tepat dapat menghasilkan mutu rendemen minyak pala yang sesuai standar SNI. Selain rendemen yang tinggi, pengaturan suhu dan tekanan yang berimplikasi pada laju alir minyak akan didapatkan waktu optimal penyulingan.
Prototipe alat penyulingan yang diteliti ini diharapkan dapat memberikan solusi masalah efisiensi energi yang berkorelasi terhadap biaya bahan bakar. Alat ini diharapkan mampu mempersingkat waktu penyulingan yang pada umumnya 30 sampai dengan 48 jam menjadi 12 sampai 14 jam. Proses pemotongan waktu penyulingan ini diharapkan dapat menurunkan biaya produksi baik biaya bahan bakar maupun biaya tenaga kerja.
B. Tujuan Penelitian
Penelitian kajian kinerja prototipe alat penyulingan minyak pala bertujuan untuk :
1. Mengevaluasi kinerja prototipe alat penyulingan minyak pala. 2. Menentukan kondisi proses yang sesuai dengan prototipe.
II.
TINJAUAN PUSTAKA
A. MINYAK PALA
Pala (Myristica fragrans Houtt) merupakan salah satu komoditi pertanian yang memiliki nilai ekonomis tinggi, di samping berjenis-jenis komoditi pertanian ekonomis lainnya.Sebagai tanaman rempah-rempah, pala dapat menghasilkan minyak atsiri dan lemak khusus yang berasal dari biji dan fuli. Biji pala menghasilkan 2 sampai 15 % minyak atsiri dan 30 - 40 % lemak, sedangkan fuli menghasilkan 7 - 18 % minyak atsiri dan 20 - 30 % lemak (fuli adalah arie yang berwarna merah tua dan merupakan selaput jala yang membungkus biji) (DEPTAN, 1986).
Minyak pala merupakan cairan jernih (hampir tidak bewarna ) sampai kuning muda. Sifat-sifat minyak biji pala tidak berbeda dengan minyak dari fuli pala. Kebanyakan minyak pala dihasilkan dari campuran biji dan fuli pala. Minyak pala jika jika dibiarkan diudara terbuka akan berubah menjadi kental karena terjadi peristiwa polimerisasi dan berbau terpentin atau campuran yang tidak menyenangkan(Lutony, 1999).
Minyak atsiri dari biji pala maupun fuli, mempunyai susunan kimiawi yang sama. Minyak fuli memunyai bau yang lebih tajan dari pada minyak biji pala. Bau minyak yang khas merupakan akibat dari kandungan brberapa komponen kimiawi yaitu monoterpen hidrokarbon,myristicin,monoterpen alkohol dan masih banyak lagi. Minyak fuli mengandung lebih banyak zat myristicin daripada minyak bijia pala.
4
Pengolahan pala sangat sederhana sekali, yakni buah pala yang masih muda (berumur 2 - 5 bulan) dipetik, dilepaskan daging buahnya, kemudian bijinya dijemur matahari selama 2 - 3 hari, dan disortir menurut mutunya. Cara lainnya adalah dikeringkan di atas tungku api (diasap) selama +2 hari. Di pasaran dunia terdapat 2 mutu pala yaitu Mutu I AZWI dan Mutu II ETEZ. Mutu I AZWI adalah biji pala yang dikeringkan tanpa cangkang dipanen pada umur 2 - 2,5 bulan dan biasa disebut pala halus. Mutu II ETEZ adalah biji pala yang dikeringkan, berumur 3 – 5 bulan biasa disebut dengan nama pala kasar, pala polong, atau pala padang (Rismunandar,1992).
kuning pucat. Minyak fuli baunya lebih tajam daripada minyak biji pala. Bau minyak pala yang khas merupakan akibat kandungan beberapa komponen-komponen kimiawi yaitu:
Monoterpene hidrokarbon kurang lebih 88%, dengan komponen utamanya camphene dan pinene
4-8% miristisin
Monoterpene alkohol, diantaranya ialah geraniol, linalool, terpineol. Eugenol, methhyleugenoldan sebagainya.
(Rismunandar,1992)
B. PROSES PENYULINGAN MINYAK ATSIRI
Minyak atsiri adalah zat cair yang mudah menguap bercampur dengan persenyawaan padat yang berbeda dalam hal komposisi dan titik cairnya, larut dalam pelarut organik dan tidak larut dalam air. Berdasarkan sifat tersebut, maka minyak atsiri dapat diekstrak dengan 4 macam cara, yaitu: Penyulingan (Destilation), Pressing (Eks-pression), Ekstraksi dengan pelarut (Solvent ekstraksion) dan absorbsi menggunakan lemak padat (Enfleurage). Cara yang tepat untuk pengambilan minyak dari bahan adalah dengan cara penyulingan (Destilation). Penyulingan dianggap paling tepat karena paling cepat, murah dan mudah dilakukan dalam skala besar.(Ames dan Matthews, 1968).
Penyulingan adalah proses pemisahan komponen yang berupa cairan atau padatan dari 2 macam campuran atau lebih berdasarkan perbedaan titik uapnya dan proses ini dilakukan terhadap minyak atsiri yang tidak larut dalam air. Menurut Guenter 1987 destilasi uap adalah proses penyulingan dengan menggunakan uap langsung. Uap yang digunakan adalah uap jenuh pada tekanan lebih dari 1 atmosfir. Uap dialirkan melalui pipa uap melingkar yang berpori terletak dibawah bahan. Uap bergerak ke atas melalui bahan yang terletak dialat penyulingan.
6
kandungan lemak biji pala 30-40% dan minyak atsiri rata-rata 12%.(Rismunindar,1992)
Jumlah minyak yang menguap bersama-sama uap air ditentukan oleh 3 faktor, yaitu: besarnya tekanan uap yang digunakan, berat molekul dari masing-masing komponen dalam minyak dan kecepatan minyak yang keluar dari bahan. (Satyadiwiria, 1979).
Menurut Ketaren (1985), peralatan yang biasanya digunakan dalam penyulingan terdiri atas : ketel suling, bak pendingin (kondensor), labu pemisah minyak (florentine flask), dan ketel uap (steam boiler). Peralatan-peralatan inilah yang menjadi salah satu faktor penentu rendemen minyak atsiri.
Waktu penyulingan minyak pala hingga semua minyak tersuling habis rata-rata 24 jam untuk biji pala dan 48 jam untuk fuli. (Rismunindar,1992).
C. PERALATAN PENYULINGAN
1. Boiler
Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas dan steam. Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan
steam. Berbagai katup disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam
dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem pembakaran adalah semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem.(www.energyefficiencyasia.org).
menjadi steam. Firetube boilers biasanya digunakan untuk kapasitas
steam yang relative kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang. Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga. (www.energyefficiencyasia.org).
2. Ketel Suling
Ketel suling digunakan sebagai tempat air atau uap mengadakan kontak langsung dengan bahan, serta untuk menguapkan minyak atsiri. Pada umumnya ketel suling berbentuk silinder, yang diameternya sama atau lebih kecil dari tingginya. Silinder tersebut dilengkapi dengan tutup yang dapat dibuka pada bagian atas silinder. Pada tutup bagian atas silinder dipasang pipa untuk mengalirkan uap ke kondensor (Guenther, 1990)
Ketel yang berukuran tinggi baik digunakan untuk menyuling bahan yang bersifat kamba. Ketel berukuran kecil lebih cocok untuk menyuling bahan yang bersifat kompak. Pengisian ketel pun sebaiknya tidak terlalu penuh atau sekitar 2/3 dari kapasitas ketel (Ketaren, 1985). Desain dasar ketel suling sedikit meruncing untuk memudahkan pemasangan ring pembantu, lembaran logam yang terbuat dari logam galvanized berukuran 14-20 gauge, ukuran ini tergantung dari besar kecilnya ketel suling. Untuk ukuran ketel yang lebih besar harus digunakan logam yang lebih berat(nomor gauge yang lebih kecil), (Guenther, 1990).
3. Pendingin (Kondensor)
Menurut McCabe et. al. (2001), kondensor didefinisikan sebagai peralatan pindah panas yang digunakan untuk merubah fase uap menjadi fase cair dengan menghilangkan panas laten yang dipunyai oleh uap.
8
jenuh seperti steam bersentuhan langsung dengan padat yang suhunya dibawah suhu jenuh sehingga membentuk cairan seperti air. (Geankoplis,1982 didalam Sakiah, 2006)
Perubahan fase uap menjadi fase cair disebut kondensasi. Saat kondensasi terjadi perpindahan (pengeluaran) sejumlah panas dari fase uap. Panas yang dikeluarkan untuk mengubah fase uap menjadi fase cair dapat dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini :
Q = U x A x t Keterangan :
Q = panas yang dikeluarkan per satuan waktu U = konstanta, tergantung dari bentuk pipa A = luas permukaan pipa yang dilalui uap t = beda antara suhu uap dan suhu air pendingin
Harga U tergantung dari bentuk pipa. Jika pipa berbentuk coil maka nilai U-nya = 40. Bila berbentuk tubular maka nilai U-nya = 200 (Ketaren, 1985).
Beberapa macam alat pendingin yang dapat dipakai untuk produksi minyak atsiri antara lain pendingin bentuk pipa panjang, bentuk berpilin, bentuk kisi atau bentuk tabung banyak (multitabular). Semua bentuk kondensor memerlukan air untuk mempercepat proses kondensasi( Lutony dan Rahmawati, 1999).
4. Pemisah Minyak (Separator)
Menurut Lutony dan Rahmawati (1999) penampung hasil kondensasi adalah alat untuk menampung distilat yang keluar dari kondensor lalu memisahkan minyak dari air suling. Pada saat di dalam separator penguapan dan kehilangan minyak dicegah dengan mempertahankan suhu separator berkisar antara 20 ºC sampai dengan 25 ºC (Ketaren, 1985).
Separator berbentuk persegi panjang biasanya dibagi menjadi dua kamar oleh sebuah sekat. Sekat tersebut dipasangkan dengan jarak beberapa sentimeter dari dasar tabung sehingga kedua ruangan dapat berhubungan satu sama lain. (Lutony dan Rahmawati, 1999)
D. UAP
Uap merupakan bagian cairan yang diuapkan dan terdiri dari gas sejati yang masih mengandung partikel-partikel cairan di dalamnya. Partikel-partikel cairan akan teruapkan dengan pemanasan. Uap super panas atau uap panas lanjutan (superheated steam) memiliki sifat-sifat seperti suatu gas di bawah suhu kritisnya. Beberapa metode pemanasan dan ekspansi dari uap adalah sebagai berikut (Kulshrestha, 1989) :
(i) Volume konstan.
(ii) Tekanan dan suhu konstan. (iii) pv konstan atau hiperbolik. (iv) pvn konstan.
(v) Entropi konstan. (vi) Ekspansi bebas.
(vii) Throttling.
10
E. ENERGI
Hampir semua operasi yang dijalankan untuk proses penyulingan melibatkan pembangkitan, penyerapan, dan kehilangan energi dalam bentuk kalor (Cabe et al. 2001).
1. Transfer Energi
Dua benda yang suhunya berbeda dalam kontak termal, maka kalor akan mengalir dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah. Aliran neto selalu berlangsung menurut arah penurunan suhu. Pengalian kalor itu dapat berlangsung dengan tiga ragam mekanisme: konduksi atau hantaran, konveksi atau aliran, dan radiasi atau pancaran.
a. Konduksi
Peristiwa perpindahan kalor secara konduksi berupa kesebandingan antara laju alir kalor melintas permukaan isotermal dan gradien suhu yang terdapat pada permukaan tersebut. Hubungan ini berlaku pada setiap lokasi pada suatu benda pada setiap waktu dan disebut hukum Fourier. (Mc. Cabe et al. 2001). Menurut Tjipto Utomo 1984, peristiwa konduksi terjadi pada padatan atau fluida yang relatif tidak bergerak, dalam hal ini panas berpindah secara getaran molekul dari satu molekul ke molekul yang lain. Besarnya fluksi panas ditulis dalam persaman Fourier:
q = - k xA x T/ x
b. Konveksi
Perpindahan kalor cara ini biasanya memerlukan alat transpor, seperti fluida. Dalam transfer panas ini ditentukan banyak faktor yang cukup rumit yaitu sifat fluida sendiri, sehingga transfer panas dipengaruhi tingkat turbulensi fluida. Berdasarkan gerakan fluida ada dua cara konveksi, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa. Dalam konveksi alamiah gerakan fluida disebabkan oleh beda densitas antara beberapa tempat, karena adanya selisih temperatur antara tempat-tempat itu. Dalam konveksi paksa fluida mengalir karena adanya usaha dari luar terhadap fluida, seperti pompa dan kompresor (Tjipto Utomo 1984). Fluksi panas dinyatakan dalam “Hukum Pendinginan
Newton”
q = h x A x (Tpadatan - Tfluida) c. Radiasi
Radiasi dapat dianggap sebagai arus energi yang yang bergerak dengan kecepatan cahaya didalam ruang. Dalam bahasan kalor, radiasi akan terjadi apabila suatu benda yang suhunya lebih tinggi berhadapan pada suatu jarak pandang tertentu, sehingga akan terjadi pelepasan energi dan absorbsi energi pada penerima sampai keadaan seimbang (Mc. Cabe et al. 1986). Dalam radiasi terdapat emisivitas yang menentukan besarnya transfer energi, besarnya tergantung jenis benda. Untuk benda hitam sempurna mempunyai nilai emisivitas satu, nilai tersebut semakin kecil untuk benda yang kadar hitamnya kecil (Zemansky,1994 )
Besarnya kalor yang diradiasikan oleh suatu benda yang suhunya lebih tinggi mengikuti persamaan Stefan-Boltzman
12
2. Kehilangan Energi
Pada suatu sistem pasti akan terjadi kehilangan energi, baik berupa kalor maupun energi yang lain. Kehilangan kalor total pada suatu sistem dapat dicari dengan mengalikan head fluks dan luas total serta waktu kerja sistem tersebut, atau dapat pula dengan mengalikan variabel luas pemukaan, waktu kerja, perbedaan suhu dengan lingkungan dan konstanta berupa koefisien transfer panas total.
ΔQ = h x A x ΔT x Δt
Dimana:
ΔQ = kehilangan panas, J
h = koefisien transfer panas total, W/(m2K)
A = luas permukaan transfer panas, m2
ΔT = Perbedaan temperatur bahan padat denga lingkungan , K Δt = time period, s
(Zemansky,1994) F. MUTU MINYAK PALA
Mutu minyak pala dievaluasi dengan membandingkan terhadap mutu standar minyak pala berdasarkan SNI 06-2388-2006.
Miristisin merupakan senyawa crystalline, turunan safrole seperti pada
star anise,parsley seed oil dan minyak biji pala. Jika dikonsumsi dalam dosis tinggi dapat menyebabkan convulsions, hallucinations, tachycardia, dan kematian (Anonim 2001).
Tabel mutu standar minyak pala berdasarkan SNI 06-2388-2006 dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Mutu Standar Minyak Pala SNI 06-2388-2006
No Jenis Uji Satuan Persyaratan
1 1.1 1.2
Keadaan Warna Bau
- -
Tidak berwarna-kuning pucat Khas minyak pala
2 Bobot jenis 20ºC/20ºC - 0,880-0,910
3 Indeks Bias(nD20) 1,470 - 1,497
4 Kelarutan Etanol 90% pada suhu
20ºC 1 : 3 jernih, seterusnya jernih
5 Putaran optik (+)8º - (+)25º
6 Sisa penguapan % Maksimum 2,0
7 Kadar Miristin % Minimum 10
14
III.
METODOLOGI
A. BAHAN DAN ALAT 1. Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
a. Biji dan Fuli Pala sebagai bahan baku uji coba penyulingan.
b. Kayu bakar campuran dari jenis kayu mangga dan rambutan sebagai
Peralatan yang akan digunakan dalam penelitian ini terdiri dari : a. Seperangkat prototipe alat penyulingan yang terdiri dari:
1. Boiler tipe pipa air dan pipa api dengan bahan bakar kayu yang dilengkapi sistem pembuangan yang dilengkapi siklon
2. Ketel Suling kapasitas 1500 liter bahan stainless steel 304 yang dilengkapi insulator glass wool
3. Kondensor tipe spiral
4. Separator berbahan stainless steel 304
Rangkaian prototipe alat penyulingan dapat dilihat pada Gambar 1.
b. Termometer digital dan termometer analog.
c. Timbangan, meliputi timbangan skala besar (kiloan) dan timbangan analitik
d. Pencatat waktu (Stopwatch), pencatat laju alir air (flow meter)
e. Peralatan analisis minyak atsiri terdiri dari : buret, gelas ukur 100 ml, gelas ukur 1 liter, gelas piala 100 ml, gelas piala 1 liter, botol penampung, corong, labu distilasi 500-2.000 ml, pendingin tegak, penampung destilat, tabung pengering.
3. Alat Penyulingan a. Boiler
Boiler yang digunakan adalah boiler dengan bahan bakar kayu, sehingga dalam boiler ini dilengkapi sistem tungku yang ada dibawahnya. Boiler ini dilengkapi dengan insulator hampir disetiap kulit boiler dan tungku untuk mengurangi kehilangan kalor pada dinding. Boiler yang digunakan pada Gambar 2 dan Lampiran 9.
Gambar 2. Prototipe Boiler
a. Desain dalam boiler tampak samping b. Desain dalam boiler tampak samping c. Boiler tampak depan
Keterangan:
1. Blower Sentrifugal
2. Tangki Pemasakan tanpa Insulasi
3. Siklon Cerobong
4. Saluran Pembuangan (Cerobong)
5. Pipa Api
6. Pipa Air
7. Saluran Udara Masuk
8. Pintu Pemasukan Kayu Bakar
16
Tipe Boiler ini merupakan gabungan antara pipa air dan pipa api. Pada bagian tungku dikelilingi oleh pipa air yang berbentuk seperti kaki-kaki laba-laba, sehingga panas dar sistem tungku akan lebih efisien diserap. Pada bagian atas terdapat wadah berisi air yang dilewati pipa api. Boiler ini dilengkapi peralatan pengaman yang wajib ada antara lain : savety valve(katup pengaman), water level
(penduga tinggi air), manometer gauge, dan pompa air dan juga saluran pembuangan Steam.
Bioler ini telah dilengkapi sistem pembuangan dengan sistem siklon, sehingga sebelum dibuang ke udara partikel berat akan jatuh di bagian bawah siklon dan partikel ringan akan keluar bersama udara. Selain itu untuk pembuangan, boiler ini dilengkapi dengan blower sentrifugal yang menyala secara otomatis jika tekanan dalam boiler turun. Spesifikasi blower yang digunakan terdapat pada Lampiran 1b.
b. Ketel Suling
Prototipe ketel suling pala berkapasitas 1500 liter dengan diameter 116 cm dan tinggi 184 cm. Ketel suling ini terbuat dari bahan stainless steel 304 dengan insulator glass wool yang menyelimuti dinding ketel. Jalur masuk uap berada dibagian bawah. Uap didistribusikan melalui pipa melingkar berpori. Jalur uap keluar
berada dibagian atas ketel. Ketel suling yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3 dan Lampiran 9.
Keterangan: 1. Tutup ketel 2. Penangkap debu
3. Dinding Insulasi Glass wool
4. Dasar Ketel/bodem fraksi pemisah. Fraksi pemisah ini berfungsi untuk segmentasi bahan penyulingan pala yang umumnya dilakukan dengan ijuk. Dimensi ketel dalam selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1B. Untuk membuat sistem fraksi, ketel ini dilengkapi penahan saringan dengan ketinggian 40 cm dan saringan lipat yang diameternya 105 cm.
Bentuk dasar ketel berupa cekungan agar mempermudah pengeluaran air kondensasi. Sedangkan bagian atas berupa tutup ketel yang mudah dibuka sehingga mempercepet memasukkan bahan. Pada tutup ini dilengkapi baut-baut pengunci agar ketel benar-benar rapat, selain itu pada tutup dilengkapi tuas pembuka tutup yang disertai beban sehingga tutup dapat dibuka dengan tenaga yang kecil.
Pada saluran keluar dari ketel ini dilengkapi manometer untuk penunjuk tekanan dengan kisaran 0 sampai 2,5 bar, safety valve,dan sistem penangkap debu. Penangkap debu digunakan agar uap yang keluar benar-benar bersih.
c. Kondensor
Kondensor yang digunakan untuk penelitian ini adalah kondensor hasil rancangan. Kondensor ini terbentuk spiral dengan diameter spiral 2 m, dengan jumlah ulir 7 ulir. Panjang pipa kondensor adalah 48 m, dengan rincian 18 m pipa 1,5 inchi dan 30 m pipa 1 inchi
18
d. Separator
separator yang digunakan pada penelitian ini hampir sama dengan separator yang pada umumnya dipakai, seperti dekanter. Prinsip kerja separator ini adalah dengan memanfaatkan perbedaan massa jenis bahan yang dipisahkan. Hal yang membedakan separator ini adalah pada bagian tabung pengeluaran minyaknya cenderung menyempit. Pada volume yang sama dengan luas permukaan yang lebih kecil, maka akan didapatkan tinggi yang lebih besar. Perbedaan ketinggian yang cukup besar akan dapat mengurangi kehilangan minyak pada separator ini. Kondensor yang dapat dilihat pada Gambar 5 dan Lampiran 9.
Gambar 4. Prototipe Kondensor Model Spiral
B. METODE PENELITIAN
Penelitian ini terdiri dari tiga tahapan yaitu: penelitian pendahuluan, pengujian kinerja peralatan penyulingan, dan Perhitungan. Metode penelitian yang disajikan dalam diagram alir adalah sebagai berikut.
Gambar 6. Diagram Alir Penelitian.
Metode penelitian secara detail menyajikan informasi sebagai berikut: 1. Penelitian Pendahuluan
Pada penelitian pendahuluan, dilakukan penetapan jenis kayu sehingga dapat diperoleh nilai kalor kayu yang didapat dari literatur. Dari sampel kayu dilakukan pengujian kadar air kayu. Dari data kadar air kayu, ditetapkan nilai kalor kayu yang digunakan pada penyulingan.
20
Departemen Perindustrian. Parameter ini diujikan untuk mengetahui tingkat kesesuian dengan operasi prototipe.
Uji coba alat kosong dilakukan dengan cara mensirkulasikan steam ke alat penyulingan minyak sehingga akan diperoleh hasil akhir air destilat. Selain data laju destilat, diperoleh juga data laju steam dan laju air destilat. Dari bagian boiler didapatkan data waktu untuk menghasilkan uap dari boiler sehingga bisa diukur kalor yang dihasilkan per satuan waktu.
Pengujian alat ini juga bertujuan untuk mengetahui titik kritis kontrol pada alat ini, sehingga pada uji dengan bahan menjadi lebih mudah.
2. Pengujian Kinerja Peralatan Penyulingan Terhadap Rendemen Minyak Pala
2.1. Persiapan Bahan
Bahan penyulingan, yaitu biji pala sebelumnya diukur nilai kadar air, untuk menentukan kadar air awal bahan (W0). Dalam pengukuran kadar air didasarkan pada SNI 01-0006-1993 tentang biji pala. Dasar pengukuran kadar air ini menggunakan pengukuran kadar air rempah. Metode pengukuran kadar air dapat dilihat pada Lampiran 6.
Selain pengujian kadar air, bahan juga dilakukan pengukuran nilai kadar minyak pada biji pala. Standar acuan yang digunakan adalah SNI 01-0006-1993. Pengujian kadar minyak ini digunakan untuk mendapatkan nilai kadar minyak bahan awal sebelum disuling (O0). Selain untuk penentuan parameter awal, kadar minyak pada bahan diharapkan dapat menjadi titik acuan nilai kadar minyak aktual dalam bahan atau rendemen aktual pada bahan.
2.2. Parameter Pengukuran
Parameter yang akan diukur dalam proses penyulingan yaitu : 1. Massa bahan sebelum penyulingan, perhitungan berat bahan akan
2. Lama penyulingan, pengukuran lama penyulingan akan dibandingkan dengan literatur yang ada
3. Volume dan massa minyak atsiri hasil penyulingan berupa fraksi minyak ringan dan fraksi minyak berat, volume dan massa ini digunakan dalam perhitungan hasil rendemen.
4. Volume air kondensat yang berasal dari boiler setelah melewati kondensor untuk perhitungan laju alir rata-rata.
5. Penggunaan air pendingin pada kondensor dengan melihat penggunaan air pada flowmeter dan menghitung kebutuhan air pendingin rata-rata dengan membagi kebutuhan air dengan kebutuhan waktu.
6. Suhu pada beberapa titik pada sistem penyulingan meliputi suhu udara, suhu penyulingan, suhu kondensat, suhu air pendingin masuk, suhu air pendingin keluar dan suhu dalam labu penyulingan.
7. Tekanan yang digunakan pada saat penyulingan minyak meliputi tekanan yang dihasilkan boiler dan tekanan aktual yang digunakan pada ketel suling.
2.3. Operasi Penyulingan a. Perlakuan Pendahuluan
1. Pengecekan kesiapan alat dengan uji kosong sebelum melakukan penyulingan pada hari sebelumnya.
2. Pengecilan ukuran biji pala kering dengan alat pengecil ukuran dan ditampung dengan karung beras. Pengecilan ukuran bertujuan mempercepat proses pengekstrakan minyak dari bahan biji pala. Tempat pengecilan ukuran tidak boleh jauh dari tempat penyulingan untuk mengurangi kehilangan minyak saat tansportasi.
22
4. Penyiapan kayu bakar dengan mengumpulkan kayu yang sejenis dan ditimbang masing-masing kayu.
5. Pengambilan sampel kayu sejumlah yang diperlukan dari masing-masing jenis kayu untuk diukur kadar airnya. Dari perhitungan kadar air kayu akan didapatkan nilai kalor kayu.
b. Penyulingan
1. Bahan berupa biji pala yang sudah dihancurkan dimasukkan kedalam ketel bahan sebanyak 100 kg kemudian diratakan sambil ditekan. Sebelum pengisian bahan tersebut sebelumnya penahan sarangan diletakkan pada sarangan paling bawah. Setelah fraksi pertama terisi maka sarangan kedua diletakkan dan diberi penahan sarangan lagi. Bahan dimasukkan lagi sejumlah 100 kg diratakan dan dipadatkan. Untuk fraksi terakhir diletakkan sarangan ketiga dan kemudian diisi bahan sejumlah 100 kg, sehingga total bahan per batch sebanyak 300 kg. Ketel bahan yang telah terisi pala, siap dimasukkan ke ketel suling dengan bantuan katrol. Setelah ketel bahan masuk, ketel suling ditutup kemudian dilakukan pengencangan baut.
2. Pengisian boiler dengan air dan penyalaan boiler serta dilakukan pencatatan posisi awal meteran air lama waktu menghasilkan steam.
3. Tekanan pada ketel suling dijaga konstan 1 atm, dan waktu penyulingan di tentukan selama 12 jam. Apabila setelah 12 jam masih terdapat minyak, maka penyulingan dilanjutkan sampai tidak keluar minyak lagi. Minyak setelah 12 jam dibandingkan jumlahnya dengan minyak hasil penyulingan 12 jam
6. Penjagaan titik kritis penyulingan yaitu ketel suling selalu dijaga tekanannya sebesar 1 atm gauge selama penyulingan. Suhu destilat selalu dijaga kisarannya 30 - 35°C. Serta laju alir destilat dijaga agar stabil 150 liter/jam.
7. Saat penyulingan berakhir dilakukan pengukuran air yang terpakai, air sisa penyulingan, serta pengambilan sampel bahan setelah disuling untuk diuji kadar air dan kadar minyak.
8. Perhitungan rendemen minyak dan pengujian karakteristik minyak yang dibandingkan dengan SNI SNI 06-2388-2006 tentang minyak Pala.
Berikut adalah diagram alir penyulingan:
24
c. Pencatatan Data
Pengumpulan Data dicatat 5 orang pencatat yaitu:
Pengukuran di boiler, mengukur suhu, tekanan dan mengamati fenomena pada boiler selama penyulingan dilakukan 1 orang. Pengukuran suhu di pipa penghubung, ketel suling dan kondensor
selama penyulingan dilakukan 2 orang.
Pengukuran laju alir dan minyak dilakukan 1 orang.
Pengukuran tekanan dan pengoperasian valve untuk menjaga tekanan 1 kgf/cm2 dilakukan 1orang.
2.4. Hasil Penyulingan
Setelah didapatkan minyak hasil penyulingan, maka dilakukan pengujian terhadap mutu minyak atsiri yang dihasilkan dibandingkan dengan SNI 06-2388-2006. Pengujian ini merupakan analisis karakteristik meliputi karakteristik yang perlu dianalisis antara lain : rendemen minyak, kadar air, bobot jenis, indeks bias, putaran optik, bilangan asam, bilangan ester, dan kelarutan minyak atsiri dalam etanol 90 %. Prosedur analisis terdapat pada Lampiran 8.
2.5. Analisis Kinerja Sistem Penyulingan
Analisis kinerja optimal dapat diketahui dengan melihat parameter neraca energi, neraca massa dan penentuan tingkat efisiensi.
2.5.1 Neraca Massa
Neraca massa merupakan kesetimbangan antara input meteri berupa biji pala dan air, yang dibandingkan dengan output materi berupa air, biji pala bekas suling dan minyak pala. Neraca massa ini diamati dari pengukuran:
1. Kadar air dan kadar minyak bahan yang disuling 2. Kadar air dan kadar minyak bahan setelah disuling 3. Jumlah air yang masuk ke boiler
2.5.2 Neraca Energi
Neraca panas merupakan keseimbangan keseluruhan energi total yang masuk ke sistem penyulingan terhadap yang yang keluar dari sistem. Hal ini dapat dilihat dengan pengukuran:
1. Kalor dari jenis kayu yang digunakan
2. Konsumsi bahan bakar dalam satuan massa kering 3. Perpindahan kalor ke fluida berupa steam
4. Distribusi kalor pada sistem
5. Kehilangan kalor dari sistem penyulingan
C. PERHITUNGAN
1. Asumsi yang Digunakan: a) Asumsi 30 menit konstan
Dalam pengujian alat diperlukan sampel pengukuran setiap terjadi perubahan sehingga data akurat. Dalam pengukuan sampel dilakukan setiap 30 menit dengan asumsi dalam 30 menit, keadaan tersebut dianggap tetap.
b) Kalor merupakan satu-satunya Energi Yang diperhitungkan.
Dalam peritungan energi dihitung berdasarkan femomena kalor yang terjadi pada sistem. Energi lain seperti energi listrik yang digunakan pada pompa dan kipas diabaikan
c) Produksi Steam sama dengan kebutuhan air
Jumlah Produksi Steam dari boiler selama penyulingan diasumsikan sama dengan jumlah kebutuhan air yang digunakan untuk produksi steam.
d) Dalam suatu sistem ada input, output dan kehilangan energi
26
Kalor
Kalor Asumsi Kehilangan Panas:
1. Tutup ketel dapat diasumsikan sebagai plat horizontal yang sedang dipanaskan dari bawah walaupun memiliki luasan permukaan yang berbeda dalam diameter yang sama.
Gambar 8. Simulasi Plat dipanaskan dari bawah
2. Bagian Dasar ketel dapat diasumsikan sebagai plat horizontal yang sedang dipanaskan dari atas. Kehilangan kalor akan lebih kecil pada bagian ini.
Gambar 9. Simulasi Plat dipanaskan dari atas
3. Bagian dinding ketel diasumsikan sebagai pipa silider vertikal yang besar, dan untuk pipa penghubung horizontal model kehilangan panas dapat dilihat pada Gambar dibawah.
Kalor
Kalor
d Asumsi d
i
Kalor
Kalor
d Asumsi d
Angka grashof dan angka prandtl merupakan bilangan tanpa dimensi yang menunjukkan fenomena konveksi alami yang terjadi.
Angka prandtl (NPr ) dapat dicari dengan persamaan :
……... (1) Dimana :
Cp = Kalor spesifik udara, Joule/kg °C μ = Viskositas udara, kg/m s
k = Konduktifitas panas udara lingkungan, W/mK Nilai NGr dapat dicari dengan persamaan :
... (2) g = Percepatan gravitasi (m/s)
ΔT = Perbedaan suhu permukaan pipa dan udara (K) μ2
= viskositas udara (kg/m s)
Angka nusselt merupakan perbandingan tingkat konveksi panas terhadap konduktivitas udara, besarnya angka nusselt didapat dari fungsi angka grashof dan angka prandt.
NNu = a (NGr NPr)m ……….. (3) Tabel 3. Konstanta Angka Nusselt
Sistem Jangkauan NGr NPr a m
Plat vertikal, silinder Vertikal Plat horizontal dipanaskan
menghadap keatas Plat horizontal dipanaskan
28
2. Efisiensi sub sistem Boiler
Perhitungan nilai efisiensi pada boiler ini digunakan metode pendekatan langsung, yaitu berupa perbandingan energi yang dihasilkan dari sumber energi yang masuk pada boiler. Persamaan efisiensi boiler adalah
... (4)
Perhitungan energi yang cukup sederhana ini dimaksudkan agar tidak terjadi kesalahan hitung, karena pada boiler ini terdapat banyak faktor loss, sehingga perhitungan tidak dapat maksimal. Energi bahan bakar didapatkan dengan mengkalkulasikan total kayu dalam keadaan kering mutlak. Untuk persamaan menghitung nilai kalor bahan bakar.
QBB (ωBB Qpy m) ... (5) Dimana:
Q BB = Nilai kalor kayu bakar total, (J) ωBB = Kadar air bahan bakar, (% kg/kg)
Q py = Nilai kalor kayu bakar kering mutlak, (J/kg) m = massa bahan bakar, (kg)
energi yang dihasilkan boiler dapat dihitung dengan mengkalkulasikan kebutuhan air pada boiler dan sisa air setelah penyulingan. Sisa air pada boiler diasumsikan sebagai air yang belum berubah menjadi steam tetapi telah menerima kalor mencapai suhu 100°C. persamaan menghitung energi yang dihasilkan boiler adalah:
………(6)
Dimana :
Q ot = Kalor yang dihasilkan boiler, (J)
Hs = Entalphi Steam pada tekanan yang dihasilkan manometer, (J/kg) Ha = Entalphi air pada suhu ruang, (J/kg)
Ht = Entalphi air pada suhu 100°C, (J/kg)
3. Efisiensi sub sistem pipa penghubung
Pada perhitungan nilai efisiensi pipa penghubung dapat dicari dengan melihat energi yang masuk pada ujung pipa yang dikurangi energi yang hilang saat perjalanan pada pipa. Persamaan perhitungan nilai efisiensinya adalah: energi yang didapat dari boiler dan ketel. Perhitungan kehilangan panas pada pipa-pipa ini didasarkan pada transport panas secara konveksi dengan asumsi pipa sebagai padatan yang menghasilkan kalor dan udara sebagai fluida. Persamaan kehilangan energi dari pipa dapat dilihat pada Lampiran 4.
4. Efisiensi sub sistem ketel
Seperti perhitungan pipa penghubung, untuk perhitungan nilai efisiensi alat yaitu energi yang masuk ke ketel suling berupa steam dikurangi dengan kehilangan kalor yang terjadi pada tiap bagian ketel suling. Persamaan efisiensi ketel suling yaitu:
100%
Untuk kehilangan kalor pada ketel mengikuti persamaan kehilangan panas akibat konveksi alamiah. Konveksi alamiah memiliki laju yang berbeda. Perhitungan kehilangan panas dapat dilihat pada Lampiran 4.
5. Efisiensi sub sistem kondensor
30
yang dilepaskan. Persamaan efisiensi kondensor dapat ditulis sebagai berikut:
Kalor yang ditransfer ke air pendingin
Q trnfr = U x A x TLMTD ...(10) Dimana:
Q trnfr = Energi yang dilepakan oleh uap air, (J) U = konstanta Pindah Panas Kondensor (W/m2.°K) A= Luas area pindah panas kondensor, (m2)
TLMTD = selisih suhu rataan logaritmik (°K) (Sumber Mc Cabe et al. 2001)
Dari persamaan (e) pada Lampiran 4, rata –rata suhu yang digunakan adalah rataan logaritmik. Proses transfer panas ke air pendingin akan terjadi gradien panas, sehingga bagian permukaan air akan lebih panas. Gradien suhu atau yang biasa disebut lapisan panas pada fluida mengikuti pola kurva logaritmik, sehingga untuk mengurangi faktor kesalahan digunakan rataan logaritmik. Ilustrasi gradien suhu dapat dilihat pada Gambar 11. Selain persamaan diatas,perhitungan efisiensi daur ulang panas dilakukan untuk mengetahui besarnya kalor yang mampu diserap air pendingin, yang mengacu pada asas black.
120 cm
T1 T3
T2
6. Kehilangan Kalor Secara Radiasi
Selain secara konveksi alamiah yang disebutkan diatas persamaannya, kehilangan kalor juga terjadi secara radiasi. Kehilangan kalor radiasi pada suatu permukaan mengikuti pola persamaan:
q = . . A. (Tp4-Tl4)...(11) Dimana:
q = Energi yang dipancarkan permukaan, (W) = Emisivitas permukaan
= Konstanta Stefan-Boltzman 5.672 x 10-8 W/m2Δ°K A= Luas permukaan(m2)
Tp = suhu permukaan (°K)
Tl = suhu lingkungan (°K) (Zemansky,1994 )
D. STUDI BANDING KINERJA ALAT
32
IV PEMBAHASAN
A. UJI KINERJA DAN EFISIENSI ALAT PENYULINGAN 1. Pengujian Pendahuluan
Hasil uji pendahuluan dapat didilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Parameter Hasil Uji Pendahuluan
Parameter nilai
Tekanan Boiler 3,2 kgf/cm2 (gauge) Tekanan Ketel 1 kgf/cm2 (gauge) Laju destilat 180 liter/jam Suhu air
pendingin
72°C Setelah 1 jam pengujian
Suhu destilat 31°C
Dari hasil dari uji pendahuluan tersebut ditetapkan parameter yang digunakan untuk penyulingan menggunakan pototipe antara lain:
a. Penetapan tekanan ketel 1 kgf/cm2 (gauge) serta menjaga kestabilan dengan mengatur valve.
b. Menjaga laju destilat sebesar 180 liter/jam setelah tekanan ketel terpenuhi.
c. Penyalaan pompa air pendingin setelah satu jam pengujian d. Menjaga suhu destilat pada range suhu 30 - 35°C
2. Kinerja Berdasarkan Desain a. Subsistem boiler.
Subsistem boiler mempunyai perbedaan yang cukup banyak antara penyulingan prototipe dengan penyulingan UKM. Perbedaan pada kedua boiler ini salah satunya adalah jenis boiler. Jenis prototipe boiler adalah gabungan pipa air dan pipa api. Boiler yang digunakan pada penyulingan rakyat berjenis pipa api yang dilengkapi dengan burner
