BAB III PROSES PERPINDAHAN KALOR DESTILASI DAN ANALISA
3.1
Proses Perpindahan Kalor
3.1.1 Sumber Kalor Untuk melakukan perpindahan kalor dengan metode uap dan air diperlukan sumber destilasi untuk mendidihkan air dan menguapannya.Pada pengujian alas destilasi tipe spiral berbahan daun minyak kayu putih ini digunakan bahan bakar minyak tanah untuk mengubah air dalam ketel menjadi uap dengan jumlah yang telah diperkirakan sebelumnya dalam proses desain alat. 3.1.1.1 Minyak tanah Minyak tanah merupakan bahan bakar yang cukup banyak digunakan oleh masyarakat karena cukup praktis penggunaannya dengan memakai kompor sumbu,dan harganya lebih mahal dibanding bahan bakar minyak lainnya atau gas elpiji. Walau pada saat-saat ini harga cenderung naik. Dengan menggunakan kompor, nyala api pada proses destilasi dapat dikontrol besar kecilnya dan cukup stabil penyalaannya dibanding briket batu bara, embuata serta sewaktu-waktu dapat dimatikan dan dinyalakan kembali dengan cepat. Dengan cenderung menaiknya harga bahan bakar minyak sangat berpengaruh terhadap dunia industri,
terutama yang berskala besar. Oleh karena itu, perlu dipertimbangkan penggunaannya berdasarkan besar kecilnya proses yang berlangsung. 3.1.2 Bahan Destilasi Bahan destilasi yang digunakan berupa daun nilam kering dan juga termasuk batangnya dengan komposisi yang lebih sedikit. Untuk bahan yang berupa rumput-rumputan harus diberikan proses awal yaitu pemotongan bahan menjadi ukuran kecil agar bahan dapat masuk kedalam tangki bahan lebih lama. Untuk bahan yang dapat didestilasi dalam kondisi kering, dilakukan proses pengeringan dengan menjemur bahan dibawah sinar matahari dalam waktu yang tidak terlalu lama (sinar matahari dibawah jam 12 siang) atau dengan menggunakan alat pengering agar kadar air yang terdapat didalamnya berkurang, sehingga uap akan lebih menyerap kedalam daun. 3.1.3 Langkah-langkah Proses Destilasi Sebelum melakukan proses destilasi, terlebih dahulu harus dipersiapkan peralatanperalatan terutama untuk mengalirkan air pendingin dari sumbernya dan juga pembuangan air pendingin. Untuk itu hal-hal yang perlu diperhatikan yaitu 3.1.3.1 Persiapan Alat a. Tempa Alat Destilasi sedapat mungkin diletakan pada tempat yang dekat dengan sumber air dan saluran pembuangan air pendingin serta terlindung dari hujan dan angin agar proses destilasi tidak terganggu.
b. Mengisi Air Destilasi Air destilasi diisi kedalam ketel sampai batas yang ada pada dinding ketel. Apabila air destilasi diisi melampaui batas tersebut, maka akan memperlama proses penguapan dan air akan mengenai bahan yang berada pada dasar tangki bahan.
c. Memasuka Bahan Bahan dimasukan ke dalam tangki bahan dengan terlebih dahulu menimbangnya dan kemudian tidak menekan terlalu padat agar uap dapat berpenetrasi dengan baik. Kemudian setelah dimasukan ke dalam tangki bahan, tangki bahan tersebut dimasukan ke dalam ketel uap dan ditutup rapat serta menguncinya dengan mur-baut sampai benar-benar kencang agar uap tidak keluar dari ketel ke lingkungan. d. Mengatur Posisi Ketel Uap dengan Kondensor Setelah tutup ketel dikunci dengan mur-baut samapai rapat, ketel diletakan di atas sumber kalor, contohnya di atas kompor, dengan mengatur posisinya dengan kondensor agar pipa uap dari ketel ke kondensor dapat dipasang dengan baik. Setelah dipengaturan posisi ketel dilakukan, maka sumber kalor dinyalakan untuk memanaskan ketel. e. Memasang Pipa Uap Ketel – Kondensor Pipa uap ketel-kondensor dipasang pada sisi keluar uap di atas tutup ketel dan pada sisi masuk uap ke kondensor. Pada kedua ujung dari pipa uap ketel-kondensor, sebelum dikencangkan derat water mur harus diberi seal tape. f. Memasukan Air Pendingin Ke Dalam Tangki Kondensor Setelah pipa uap ketel-kondensor dipasang, air pendingin dimasukkan ke dalam tangki kondensor sampai seluruh tube kondensor terendam air. Sedangkan pada bagian keluar air pendingin dipasang kran. Pada saat ini kran untuk keluar air pendingin tiba saatnya untuk diganti. 3.1.3.2 Proses Pendidihan Air Dalam proses pendidihan air dalam ketel berlangsung kurang lebih 50-60 menit dengan api kompor yang stabil. Tekanan dalam ketel yang digunakan pada proses ini adalah 0 gauge, sehingga air dalam ketel diharapkan akan mendidih pada suhu 100ºC.
3.1.3.3 Proses Kondensasi Proses Kondensasi terjadi setelah proses destilasi berlangsung kurang lebih 1 jam. Indikasi jika akan terjadi proses kondensasi yaitu apabila sudah terjadi perpindahan kalor dari tube kondensor ke air pendingin dengan terlihatnya kenaikan suhu pada alat pengukur suhu. Apabila terjadi kenaikan suhu air pendingin yang cukup tinggi, maka air pendingin harus diganti. 3.1.3.4 Proses Penampungan Kondensat Setelah terjadi proses kondensasi dengan menetesnya air kondensat ke dalam alat penampung, maka kondensat tersebut semakin lama memenuhi alat penampung dan terlihat pemisah antara minyak dan air karena adanya perbedaan masa jenis. Minyak dengan massa jenis yang lebih kecil dari pada massa jenis air berada diatas dan komponen-komponen lain yang ikut terdestilasi dengan massa jenis yang lebih besar dari air akan turun ke dasar penampung. Untuk destilasi daun nilam kering, terlihat pada hasil kondensat diatas air, pada kondisi normal, semakin lama terlihat bewarna kuning kecoklatan dan menimbulkan wangi aroma yang khas. Metode penampungsn terdapat beberapa jenis, di antaranya yaitu dengan alat penampung yang pada bagian atasnya memiliki saluran untuk mengalirkan minyak yang sudah terkumpul diatas air langsung ketempat penampungan yang berbeda apabila tinggi kondensat sudah mencapai sisi keluar saluran tersebut. Metode yang lain yaitu dengan membiarkan minyak terkumpul di atas air dengan alat penampung sampai proses destilasi selesai, kemudian kondensat dituangkan ke pemisah air dan minyak.
Gambar 3.1 Penampang Air Kondensor 3.1.3.5 Proses Pengambilan Minyak Setelah kondensat sudah berada dalam alat penampung sampai proses destilasi selesai, minyak yang berada diatas air dikeluarkan dengan menggunakan pipet ukuran untuk dipindahkan kedalam wadah sempel sambil mengukur volume minyak yang dipindahkan
Gambar 3.2 Mintak Hasil Destilasi
3.1.4 Proses Pengambilan Data Operasi Untuk mengetahui kondisi kerja alat destilasi minyak destilasi minyak atsiri, maka dilakukan percobaan-percobaan untuk mengambil data-data operasi yang akan memberikan gambaran kinerja alat tersebut. Parameter-parameter yang diambil dalam percobaan yaitu: a. Air Destilasi Awal dan Akhir Pada awal proses destilasi, air destilasi dalam ketel dan begitu juga setelah proses destilasi selesai. Ketinggian air destilasi yang diukur dikonversi menjadi besaran volume dalam satuan liter. b. Waktu Proses Destilasi Waktu proses destilasi didapatkan dengan mencatat jam pada saat proses destilasi dimulai dan juga pada saat proses destilasi selesai. c. Berat Bahan Sebelum melakukan proses destilasi terlebih dahulu bahan ditimbang untuk mengetahui jumlah bahan yang akan dimasukkan kedalam tangki bahan. d. Jumlah Bahan Bakar Jumlah bahan bakar diketahui dengan mengukur tinggi minyak tanah dari dasar penampung pada saat awal dan akhir proses destilasi, kemudian dengan mengetahui diameter penampung dapat diketahui volume minyak tanah dsalam penampung. e. Suhu Lingkungan Suhu lingkungan diukur di sekitar alat destilasi f. Suhu Air Destilasi Suhu air destilasi diukur sebelum dilakukan proses pemanasan. g. Laju AliranAir Pendingin
Laju air pendingin diukur dengan menghitung jumlah volume airdalam liter yang keluar dari tangki kondensor dan ditampung dalam wadah takaran per satuan waktu, sehingga akan didapat laju aliran air pendingin liter/jam. h. Laju Air Kondensor Laju air kondensor diukur pada saat uap air dan minyak mulai terkondensasi dengan mencatat kenaikan kondensat pada alat penampung sampai batas tertentu sampai batas tertentu dan mencatat lamanya waktu yang diperlukan dalam proses tersebut. Ketika kondensat yang dihasilkan tidak mengalami kenaikan lagi dalam alat penampung/sudah mencapai level kondensat, maka laju air diukur pada saat kondisi tersebut tercapai sampai selesai proses destilasi dengan menghitung banyaknya air kondensat dalam ember yang keluar dari alat penampung selama proses tersebut berlangsung. i. Jumlah Minyak Yang Dihasilkan Minyak diambil dari alat penampung dengan menggunakan pipet sambil mengukur volumenya dan kemudian dimasukan ke dalam wadah sempel. j. Jumlah Rendemen
Jumlah
Rendemen didapat berdasarkan jumlah minyak yang dihasilkan dari proses destilasi dibagi dengan banyaknyabahan yang akan didestilasi dalam satuan liter/kg atau ml/g dan dinyatakan dalam persen. 3.1.5 Data Pengujian Proses Destilasi Kenaikan Suhu Air Destilasi dalam Ketel dengan Bahan Bakar Minyak Tanah (dengan isolasi karet dan glass wool). Kenaikan suhu air destilasi dalam ketel diukur dalam kondisi : •
Jumlah air destilasi
= 7 liter
•
Suhu lingkungan
= 25 ºC
•
Pemakaian minyak tanah
= 0,36 liter
Tabel 3.1 Kenaikan suhu air destilasi dalam ketel terhadap waktu (bahan bakar minyak tanah, dengan isolasi) Suhu Air Menit ke Destilasi (0C) 0 23 5 36 10 40 15 48 20 52 25 59 30 66 35 72 40 76 45 82 50 88 55 92 60 98 65 100 70 102 75 106 Tabel 3.2 Kenaikan suhu air destilasi dalam ketel terhadap waktu (bahan bakar minyak tanah, dengan isolasi) Menit ke 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Suhu Air Destilasi (0C) 23 36 40 48 52 59 66 72 76 82 88 92 98 100 102 106 106 106 106 106 106
3.2 ANALISA 3.2.1 Proses Desain Alat Dalam melakukan proses desain, data-data mengenai properties bahan,baik bahan baku destilasi maupun pembuatan alat diasumsikan dengan referensi yang mungkin mendekati properties bahan sebenarnya, sehingga dalam penghitungan desain dimasukan faktor koreksi untuk menghindari hasil yang berada dibawah spesifikasi yang dibutuhkan. Rumus-rumus yang digunakan juga merupakan rumus-rumus empiris dari buku-buku refrensi yang dapat menyatakan suatu proses perpindahan kalor dalam kondisi tertentu yang mendekati kondisi operasi alat yang akan dibuat 3.2.2 Pembuatan Alat Ketel yang dibuat menggunakan bahan stainless steel, sehingga tidak memakai las untuk menyambung pelat melainkan menggulung kemudian dipress. Oleh karena itu tekanan operasi yang digunakan adalah O gauge, karena apabila terdapat tekanan yang cukup besar dalam ketel, diperkirakan akan terjadi kebocoran pada lipatan-lipatan sambungan pada ketel. Kebocoran-kebocoran pada alat destilasi karena tidak rapatnya sambungan-sambungan yang terdapat pada pipa, kususnya pada tube kondensor karena sambungan pada pipa tersebut diletakan
dengan
lem,selain
itu
kebocoran
terdapat
pada
elbo,sehingga
untuk
mengatusipasinya digunakan lem rapat-rapat pada bagian-bagian yang mungkin terjadinya kebocoran. Pembuatan tube kondensor dari stainless steel tidak dapat dilakukan proses rol karena ukuran diameter pipa ½ inchi dengan diameter lengkung kurang dari 12 cm, sehingga harus dilakukan penyambungan dengan elbow untuk membentuk pipa spiral.stainless steel tidak
mudah terokridasi sehingga cenderung lebih tahan lama dan tidak mempengaruhi kondisi fisik minyak yang dikondensasi. 3.2.3 Proses Destilasi Minyak Atsiri Pada proses destilasi dengan menggunakan bahan bakar minyak tanah dan dengan mengatur sumbu kompor maksimum,mulai menjadi kondensasi rata-ratasetelah proses berlangsung selama 1 jam. Ketika mulai terjadi proses kondensasi aliran kondensat masih belum stabil dikarenakan uap air dan minyak terkondensasi dalam tube kondensor masih sedikit, sehingga kondensat belum terdorong keluar. Setelah 3 jam proses destilasi berlangsung,aliran kondensat mulai stabil keluar dari kondensor. 3.2.4 Data Hasil Destilasi Minyak Atsiri Dari data-data didapat dari proses destilasi minyak kayu putih sebagai berikut: a. Percobaan Kondensor 1. Kondensor Stainless Steel
Gambar 3.3 Kondensor Stainless tees
Tabel 3.3 Percobaan Kondensor Bahan Kondensor Stainless Steel
No
Parameter
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Bahan Baku (daun kayu putih) Bahan Bakar Minyak Tanah Waktu Penyulingan Suhu Lingkungan Suhu Air penyuling Air Penyuling Ketel (Awal) Air Penyuling Ketel (Akhir) Laju Air Pendingin Suhu Air Pendingin Masuk Suhu Air Pendingin Atas Suhu Air Pendingin Keluar Hasil Minyak Suhu Kondensat Laju Aliran Kondensat Rendemen
Nilai Percobaan Percobaan 1 2 1.5 2 2 1.5 4 4 25 25 27 27 7 7 2.9 3.8 58 58 27 27 40 4 30 30 18 38 35 30 1.1 1.2 1.6 2
Satuan Kg Si Jam °C °C Liter Liter liter/jam °C °C °C Ml °C liter/jam %
b. Kecepatan Pendidihan Air Destilasi Dalam Ketel Stainless Steel dengan Bahan Bakar Minyak Tanah (tanpa isolasi) Di bawah ini adalah grafik memperlihatkan kecepatan pendidihan air destilasi dalam ketel dengan kondisi sebagsi berikut : •
Jumlah air destilasi
= 7 liter
•
Suhu lingkungan
= 25 °C
•
Api kompor
= besar (sumbu kompor maksimum)
•
Pemakaian minyak tanah
= 0,5 liter (selama 100 menit)
Gambar 3.4 Kurva Kecepatan Pendidihan Air Destilasi Dalam Ketel Stainless steel (Bahan Bakar Minyak Tanah)
120 100 80
76
72
66 59
60
52
48 36 40
40 23 20 0
15
10
5
30
25
20
35
50
45
40
92
88
82
102 106 98 100
55
60
65
70
75
0 menit ke
suhu air destilasi (°C)
Gambar 3.5 Kurva Kecepatan Pendidihan Air Destilasi Dalam Ketel Stainless steel (Bahan Bakar Minyak Tanah) 120 106106106106106106 100 95 90 85 80 75
102 98 100
100
88
92
82 80
72
76
66 59
60
48 36
40
40
23 20 0
5
52
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
0 menit ke
suhu air destilasi (°C)
Dari penjelasan kurva 3.1 temperatur suhu air destilasi mencapai 106 0C pada menit ke 75 belum menghasilkan minyak kayu putih,karena kalor baru mencapai elbo ketel akhir yang menuju tube kondensor spiral,Sedangkan pada pada table 3.2 baru dapat menghasilkan minyak kayu putih pada temperatur 106 0C dalam menit ke 100.
Untuk perbandingan kurva diatas menunjukan bahwa dengan menggunakan isolasi pada dinding ketel yang telah dihitung secara teoritis pada Bab III dengan menggunakan air destilasi yang lebih sedikit, dapat mempercepat proses pendidihan dibanding dengan kondisi tanpa isolasi dengan penggunaan air destilasi maksimum, sehingga pada kondisi diatas,air dalam ketel mencapai suhu 82 0C dalam waktu 45 menit. Jika tidak menggunakan isolasi dengan bahan bakar yang sama, air dalam ketel mencapai suhu 92 0
C dalam waktu 55 menit, sehingga mempercepat proses pendidihan ± 10 menit.
