BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
1.1 Gambaran Umum Nira Siwalan atau Lontar
Menurut Rismawati dan Nashrullah, 2012, Pohon lontar berasal dari India dan kemudian tersebar sampai Papua Nugini, Afrika, Australia, Asia Tenggara, dan Asia Tropis. Pohon ini terutama tumbuh di daerah kering. Di Indonesia lontar terutama tumbuh di bagian timur Pulau Jawa, Madura, Bali, dan Sulawesi, Nusa Tenggara Barat, Nusa Tenggara Timur. Tanaman lontar atau siwalan (Borassus flabellifer L.) merupakan tanaman multi guna karena hampir semua komponennya dapat dimanfaatkan (Handayani, 1999). Klasifikasi tanaman siwalan menurut Davis and Johnson (1987) adalah
Kerajaan : Plantae Divisio : Angiospermae Kelas : Monocotyledoneae Ordo : Arecales
Familia : Arecaceae (sin. Palmae) Genus : Borassus
Spesies : Borassus flabellifer
Gambar 2. 1 (a) Pohon Siwalan, (b) Pohon Siwalan yang sedang di iris untuk dicari niranya. (Sumber: Observasi di Banjar Dinas Penggak Sajeng, Desa Labasari)
Nira siwalan merupakan sirup gula yang disadap atau diiris dari tangkainya. Panen nira dari usia 15 – 20 tahun, produktif pohon siwalan menghasilkan rata-rata 6 L nira per hari. Menurut Johnsin, 1992, Pohon siwalan jantan maupun betina dapat menghasilkan nira, namun nira dari pohon betina 50% lebih banyak jika dibandingkan pohon jantan. Masa produksi pohon siwalan biasanya berlangsung selama 4 bulan dalam satu tahun, sehingga dalam satu masa produksi tanaman siwalan menghasilkan 720 L nira siwalan per pohon (Lutony, 1993).
Tabel 2. 1 Komposisi Nira Siwalan
Karakteristik Jumlah BeratJenis 1,07 pH 6,7 – 6,9 Nitrogen (g/100 cc) 0,056 Protein (g/100 cc) 0,35 Total gula (g/100 cc) 10 – 15 Gulareduksi (g/100 cc) 0,96 Mineral sebagaiabu (g/100 cc) 0,54 Kalsium Sedikit Fosfor (g/100 cc) 0,14 Besi (g/100 cc) 0,4 Vitamin C (mg/100 cc) 13,25 Vitamin B1 (IU) 3,9
Vitamin B kompleks Diabaikan
1.2 Perpindahan Panas
Perpindahan panas atau heat transfer adalah ilmu untuk meramalkan energy atau proses perpindahan energy yang terjadi karena adanya perbedaan temperatur diantara benda atau material, dimana energy yang berpindah tersebut dinamakan kalor atau panas (heat). Panas akan berpindah dari medium yang bertemperatur lebih tinggi ke medium yang temperaturnya lebih rendah. Perpindahan panas ini berlangsung terus sampai ada kesetimbangan temperatur diantara kedua medium tersebut. Perpindahan panas dapat terjadi melalui beberapa mekanisme, yaitu perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi.
1.2.1 Perpindahan panas konduksi
Perpindahan panas konduksi adalah perpindahan panas yang terjadi akibat adanya perbedaan temperatur antara permukaan yang satu dengan permukaan yang lain pada suatu media padat atau pada media fluida yang diam. Konsep yang ada pada konduksi adalah merupakan aktivitas atomic dan molekuler sehingga peristiwa yang terjadi pada konduksi adalah perpindahan energi dari partikel yang lebih energetik ( molekul lebih berenergi/bertemperatur tinggi) menuju partikel yang kurang energetik ( molekul kurang berenergi/bertemperatur lebih rendah).
Untuk kondisi perpindahan panas keadaan steady melalui dinding datar satu dimensi seperti ditunjukkan pada gambar 2.1
(Sumber: Incopera Frank P and P. Dewitt David,1996, Fundamental of Heat and mass Transfer, hal 4)
Hubungan dasar untuk perpindahan panas dengan cara konduksi disebut hukum Fourier (Fourier’s Law) yang dalam bentuk persamaan matematika sebagai berikut:
𝑞𝑘𝑜𝑛𝑑 = −𝑘𝐴 (𝑑𝑇 𝑑𝑥) 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑞𝑘𝑜𝑛𝑑 𝐴 = −𝑘 ( 𝑑𝑇 𝑑𝑥)……… (2.1) Dimana:
𝑞𝑘𝑜𝑛𝑑 = laju perpindahan panas konduksi (Watt)
k = konduktivitas bahan (W/mK)
A = luas penampang tegak lurus terhadap arah aliran panas (𝑚2) 𝑑𝑇
𝑑𝑥 = gradient suhu (perubahan temperature terhadap x) (K/m)
Tanda ( -) diselipkan agar memenuhi hukum kedua termodinamika, yaitu bahwa panas berpindah dari media temperatur tinggi ke media temperatur lebih rendah.
2.2.2 Perpindahan Panas Konveksi
Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi antara permukaan benda dengan fluida yang bergerak atau sebaliknya, dimana diantara keduanya terdapat perbedaan temperature.
(Sumber: Incopera Frank P and P. Dewitt David,1996, Fundamental of Heat and mass Transfer, hal 6)
Laju perpindahan panas konveksi adalah merupakan Hukum Newton tentang pendinginan (Newton’s Law of Cooling) yaitu:
𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣 = ℎ𝐴𝑠(𝑇𝑠− 𝑇𝑤) ………...……… ……. (2.2) Dimana :
𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣 = Laju perpindahan panas konveksi (W)
= Koefisien perpindahan panas konveksi ( W/m2.K) 𝐴𝑠 = Luas permukaan perpindahan panas (m2)
𝑇𝑠 = Temperatur permukaan (K) 𝑇𝑤 = Temperatur fluida (K)
Menurut aliran fluidanya, perpindahan panas konveksi dapat diklasifikasikan menjadi 2 yaitu:
1. Konveksi paksa (forced convection), perpindahan panas aliran gas atau cair disebabkan oleh gaya atau tenaga luar seperti : blower, pompa, atau kipas angin. 2. Konveksi alamiah atau bebas (free convection atau natural convection), terjadi bila
aliran fluidanya disebabkan oleh efek gaya apungnya (buoyancy forced effect). Perpindahan yang terjadi karena perbedaan suhu dan beda massa jenis. Pada fluida, temperatur berbanding terbalik/berlawanan dengan massa jenis (density). Dimana, makin tinggi temperatur fluida maka semakin rendah massa jenis fluida tersebut dan sebaliknya makin rendah temperatur maka makin tinggi massa jenisnya. Fluida dengan temperatur lebih tinggi akan menjadi lebih ringan karena massa jenisnya mengecil maka akan naik mengapung di atas fluida yang lebih berat.
2.3 Pengertian Destilasi
Destiasi atau penyulingan merupakan suatu teknik pemurnian dan pemisahan zat cair yang menghasilkan zat dengan massa jenis dan variasi temperatur yang berbeda melalui proses pemanasan dan pendingian zat, selama zat cair tersebut memiliki titik didih yang berbeda maka pemisahan bisa dilakukan dengan cara destilasi.
Destilasi adalah cara pemisahan suatu zat dari suatu larutan menjadi dua atau lebih zat hasil yang memiliki massa jenis yang berbeda melalui proses pemanasan atau penguapan. Pada umumnya proses destilasi terdiri dari dua proses antara lain proses penguapan (evaporasion) dan proses pengembunan(condensation) (sukedana dkk, 2015).
Gambar 2. 5 Destilasi Sederhana.
2.4 Proses Destilasi Arak Tradisional
Nira dari pohon siwalan atau ental dapat digunakan untuk pembuatan gula lontar, dan dapat juga dikembangkan untuk menghasilkan produk bernilai tinggi seperti etanol.
Gambar 2. 6 Alat Destilasi Arak Tradisional.
(Sumber: Observasi di Banjar Dinas Penggak Sajeng, Desa Labasari)
Pada Gambar 2.6 merupakan alat destilasi arak tradisional dan masih sangat sederhana, dimana nira dari pohon siwalan akan diproses dengan alat ini untuk menghasilkan etanol. Proses destilasi ini diawali dengan menghidupkan api dari kayu bakar berukuran kecil, ketika nyala api dari kayu kecil sudah besar kemudian ditambah lagi dengan kayu bakar yang berukuran lebih besar dengan panjang kayu kira-kira 3 meter
dan jumlah kayu bakar besar 2-4 batang dari awal sampai akhir pemanasan. Tujuan penggunaan kayu bakar besar yaitu agar nyala api tidak terlalu besar atau kecil. Kemudian nira siwalan yang sudah terkumpul kira-kira 16 liter dimasukan kedalam tabung besi. Pemanasan nira dilakukan sampai menguap dengan menjaga api tetap dalam kondisi stabil, tidak boleh mati ataupun terlalu besar. Jika api mati akan berpengaruh terhadap penguapan dan jika api terlalu besar akan berpengaruh terhadap uap yang dihasilkan karena air dalam nira akan ikut menguap. Uap yang dihasilkan akan bergerak menuju bambu penghubung tabung besi dengan kendi tanah liat, uap yang sudah berada didalam kendi akan ditampung sampai selesai pemanasan dan didinginkan dengan proses alami sampai uap itu mengembun dan berubah fase menjadi cair. Hasil dari destilasi terkumpul didalam kendi ketika sudah mencair akan dituangkan kedalam botol berukuran 1,5 liter dan 600 mili liter.
Gambar 2.7 (a) Kendi Penampung Uap, (b) Kondisi Uap Dalam Bambu, (c) Kondisi Uap Dalam Kendi. (Sumber: Observasi di Banjar Dinas Penggak Sajeng, Desa Labasari)
Gambar (C) menunjukan kondisi uap didalam kendi yang belum terkondensasi, pendinginan yang terjadi pada alat ini masih alami.
2.5 Pengembunan Destilasi
Peristiwa pengembunan terjadi seperti pada penguapan yaitu berubahnya fase suatu zat, hanya disini perubahan itu terjadi dari fase uap menjadi fase cair, berlawanan dengan
peristiwa penguapan. Perpindahan kalor pengembunan dipengaruhi besarnya laju kosentrasi massa uap air yang berubah menjadi air.
𝑞𝑐 =Mc.C𝑝(T𝑢𝑎𝑝 𝑛𝑖𝑟𝑎−T𝑘𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑡)
∆t ………..(2.5)
Dimana:
𝑀𝑐 = massa yang terkondensasi (kg)
Harga sifat-sifat air seperti kalor penguapan dan kalor pengembunan, dicari pada temperatur film (Tf). 𝑇𝑓 = Tc+Tu 2 (K) …………...………..(2.5.1) Dimana: 𝑇𝑈 = Temperatur uap (K) 𝑇𝑐 = Temperatur kondensat (K) 2.6 Efisiensi Destilasi
Efisiensi destilasi ini bertujuan mengetahui hasil destilasi yang dihasilkan memiliki efisiensi dilihat dari kapasitas yang dihasilkan dalam ukuran persen.
𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑠 = volume destilasi etanol (L)
volume larutan terdestilasi (L) 𝑥 100% …………..(2.6) (sumber: jurnal Mhd Rizal Marjoni, 14 Mei 2017)
Efisisnsi Thermis = 𝐿𝑎𝑗𝑢 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑚𝑏𝑢𝑛𝑎𝑛
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎 ………(2.6.1)
Efisiensi Over All = efisiensi volumetris . efisiensi thermis…………..(2.6.2)
2.7 Alat Destilasi 2.7.1 Prinsip Kerja
Alat Destilasi Arak Bali ini memiliki prinsip kerja berupa pemanasan dan pendinginan. Bahan dasar arak akan dipanaskan, pemanasan dilakukan dengan temperatur tertentu menyebabkan penguapan, ini terjadi karena perbedaan berat jenis nira. Terjadi
sirkulasi pemanasan, berat jenis nira yang tidak bisa menguap akan terkukumpul dibawah dan yang berat jenis ringan akan ke atas sehingga terjadi penguapan.
2.7.2 Kontruksi Alat Destilasi
Alat destilasi atau penyulingan arak ini mempunyai bagian – bagian penting yang sangat berpengaruh pada performansinya yaitu:
1. Heater Pemanas
Alat ini digunakan untuk memanaskan air pada tabung evavorator, dimana nira siwalan teralirkan dalam pipa tembaga yang ada dalam tabung evavorator. 2. Control suhu
Control suhu ini berkaitan dengan heater pemanan dengan menggunakan control suhu ini, suhu dapat divariasikan secara otomatis.
3. Tabung Evavorator.
Tabung ini bahannya dari kaca bertujuan agar bisa melihat fenomena yang terjadi didalam tabung tersebut, disamping itu suhu yang tinggi maka penggunaan bahan kaca ini dipakai dalam penelitian ini agar tidak meleleh dalam proses pemanasan nantinya.
4. Tabung Kondensor
Tabung ini bahannya dari mika bertujuan agar bisa melihat fenomena perubahan fase dari uap menjadi cair pada proses destilasi arak bali yang terjadi didalam tabung tersebut.
5. Pompa
Pompa ini digunakan untuk mengalirkan bahan nira siwalan tabung evavorator. 6. Flow meter
Flow meter digunakan untuk mengetahui berapa keluaran bahan nira siwalan yang dipompakan ke tabung evavorator.
7. Termometer
Thermometer digunakan untuk mengetahui temperature panas uap setelah dilakukan pemanasan nira siwalan yang menguap dan hasil dari destilasi arak tersebut.
2.8 Kondensor
Kondensor adalah peranti penukar kalor khusus yang digunakan untuk mencairkan uap dengan mengambil kalor. Kalor laten diambil dengan menyerapnya ke dalam zat cair yang lebih dingin yang disebut pendingin (coolant). Karena suhu pendingin di dalam kondensor itu meningkat karena itu, maka alat itu dengan demikian juga bekerja sebagai pemanas. Namun sebagai fungsinya, kegiatan kondensasi itulah yangterlebih penting, dan hal ini tercermin pada namanya. Kondensor dapat dibagi atas dua golongan yaitu dalam golongan pertama yang disebut kondensor jenis selongsong-dan-tabung (shell and tube
condenser), uap yang dikondensasi dipisahkan dari pendingin oleh permukaan
perpindahan kalor berbentuk tabung. Dalam golongan kedua yang disebut kondensor kontak (contact condenser), arus pendingin dan arus uap yang keduanya biasanya adalah air, bercampur secara sik, dan meninggalkan kondensor sebagai satu arus tunggal (sukedana dkk, 2015).
Proses kondensasi untuk mengendalikan/ menyisihkan gas polutan dibedakan atas teknik kondensasi kontak langsung dan tidak langsung (surface). Dalam teknik kondensasi kontak langsung, gas polutan berkontak langsung dengan media pendingin, dan kondensat (polutan yang terkondensasi) akan bercampur dengan media pendingin. Sedangkan dalam teknik tidak langsung, gas polutan dan pendingin dipisahkan oleh suatu permukaan Kondensor, permukaan disebut pula shell-and-tube heat exchanger (Khilmi Affandi dkk, 2015).
2.9 Evaporator
Suatu piranti dalam proses destilasi yang bertujuan memanaskan suatu zat sehingga berubah fase dari cair menjadi uap panas (penguapan) pada temperature yang sudah ditentukan. Piranti evaporator terjadi proses evaporasi. Evaporasi adalah perpidahan kalor ke zat cair mendidih yang sering ditemukan sehingga sering di tangani sebagaioperasi tersendiri, operasi itu disebut evaporasi atau penguapan (evaporation). Tujuan evaporasi adalah untuk menguapkan larutan yang terdiri dari zat terlarut yang tak mudah menguap dan larutan yang mudah menguap. Dalam kebanyakan proses evaporasi,
pelarutnya adalah air, evaporasi dilakukan dengan menguapkan sebagian dari pelarut sehingga didapatkan larutan zat cair yang pekat yang memiliki konsentrasi lebih tinggi. Biasanya dalam evaporasi, zat cair pekat itulah yang merupakan produk yang berharga dan uapnya di kondensasikan dan dibuang. Tetapi, dalam situasi tertentu kebalikannya yang benar (sukadana dkk, 2015).
