DESAIN DAN UJI KINERJA KONDENSOR ASAP PADA PROSES PENGARANGAN BERBAHAN TEMPURUNG KELAPA ANDRIE PRIANDIRI SUDARWANTO

DESAIN DAN UJI KINERJA KONDENSOR ASAP PADA PROSES PENGARANGAN BERBAHAN TEMPURUNG KELAPA

ANDRIE PRIANDIRI SUDARWANTO

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Desain dan Uji Kinerja Kondensor Asap pada Proses Pengarangan Berbahan Tempurung Kelapa adalah benar karya saya dengan arahan dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Januari 2016 Andrie Priandiri Sudarwanto NIM F14110090

ABSTRAK ANDRIE PRIANDIRI SUDARWANTO. Desain dan Uji Kinerja Kondensor Asap pada Proses Pengarangan Berbahan Tempurung Kelapa. Dibimbing oleh SRI ENDAH AGUSTINA. Industri arang berbahan baku tempurung kelapa menjadi salah satu industri yang menjanjikan. Akan tetapi, industri arang menghasilkan asap yang membahayakan lingkungan. Salah satu solusi untuk mengatasi masalah tersebut yaitu melakukan rancang bangun kondensor sirip yang dirangkaikan dengan kiln berbahan baku tempurung kelapa sehingga, dapat mengubah asap yang dihasilkan pada proses pembuatan arang menjadi asap cair. Pengujian pendahuluan dilakukan untuk dijadikan acuan terhadap perancangan kondensor. Alat ini disusun dengan 7 buah pipa tembaga berdiameter 0.5 inci dan panjang 500 mm dilengkapi dengan sirip dari bahan plat tembaga dengan diameter 100 mm dan ketebalan 4 mm. Diketahui dari hasil pengujian bahwa, kondensor ini memiliki nilai efisiensi 11.1% dan mampu menghasilkan kondensat asap cair sebanyak 690 ml selama 390 menit dari 12 kg bahan baku tempurung kelapa dengan suhu pengarangan 268.8 oC. Kata kunci: arang tempurung kelapa, asap cair, kondensor, kondensor tipe sirip.

ABSTRACT ANDRIE PRIANDIRI SUDARWANTO. Design and Performance Test of Fin Type Condenser on Coconut Shell Carbonization Process. Supervised by SRI ENDAH AGUSTINA. Coconut shell charcoal industry has become a promising industry, but this industry has a negative impact of environmental pollution due to its huge production of smoke. One of the solutions to tackle this problems is by designing a fin type condenser that is paired with kiln to convert the smoke into liquid smoke. The design of fin type condenser in this research is based on preliminary test results, which lead to the usage of pipes made from copper with 0.5-inch diameter and 500 mm length, equipped with 4-mm-thick fins with the diameter of 100 mm. Liquid smoke amounting to 690 ml was obtained from the performance test done within 390 minutes from 12 kg coconut shell carbonization. The condenser has 11.1% of efficiency value. Keywords: coconut shell charcoal, condenser, fin type condenser, liquid smoke.

DESAIN DAN UJI KINERJA KONDENSOR ASAP PADA PROSES PENGARANGAN BERBAHAN TEMPURUNG KELAPA

ANDRIE PRIANDIRI SUDARWANTO Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016

**,%$', '!, !,, !%, #!!'#%,'$, $,%#'', !%!!, %!, $*%*!, $, ,

, "%,%!%,*&+!(#,

 ,

 




'(**, #,

%, %,!, !, 

!, **',


  


, ,

PRAKATA Puji dan syukur dipanjatkan atas kehadirat Allah SWT, atas limpahan dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Penelitian berjudul “Desain dan Uji Kinerja Kondensor Asap pada Proses Pengarangan Berbahan Tempurung Kelapa” ini telah dilaksanakan sejak bulan September 2015 dan selesai pada bulan November 2015. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada semua pihak yang telah banyak memberikan bantuan dan dukungan selama kegiatan penelitian dan penulisan skripsi ini, yaitu: 1. Ir. Sri Endah Agustina, MS selaku dosen pembimbing atas segala bentuk bimbingan, arahan, dan juga dukungannya yang telah diberikan kepada penulis selama penelitian dan penulisan skripsi berlangsung. 2. Sudarwanto dan Diah, selaku orangtua tercinta yang telah mengerahkan segala dukungan serta kesabaran dalam mengarahkan penulis selama kegiatan penelitian dan penulisan skripsi. 3. Bapak Harto selaku teknisi Laboratorium Teknik Energi Terbarukan, yang telah memberikan banyak bantuan dan masukan kepada penulis selama kegiatan penelitian berlangsung. 4. Vidya Putri selaku adik yang telah memberikan bantuan dalam penyelesaian tugas akhir. 5. Fidelia D Putri yang telah memberikan motivasi dan bantuan dalam penyelesaian tugas akhir. 6. Irvan, Dinda, Anis, Kyo, Radita dan teman-teman IAAS yang telah memberikan banyak bantuan. 7. Jamhari, Irpan, Baim, Andria, Fauzi dan teman-teman Teknik Mesin dan Biosistem 2011 (TMB 48) yang telah memberikan banyak bantuan kepada penulis selama kegiatan penelitian dan penulisan skripsi 8. Seluruh dosen, staff dan teknisi Departemen Teknik Mesin dan Biosistem yang tak dapat disebutkan namanya satu persatu, yang telah berjasa dalam pelaksanaan penelitian dan penulisan skripsi ini. 9. Seluruh keluarga besar penulis yang telah berkontribusi dan memberikan dukungan dalam segala bentuk, materiil maupun moril kepada penulis sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Ucapan terima kasih juga penulis haturkan kepada seluruh pihak yang tak dapat disebutkan satu-persatu, tanpa mengurangi rasa hormat penulis, atas seluru dukungan, bantuan, dan juga arahannya kepada penulis. Adapun masukan kritik dan saran atas penulisan skripsi apabila sekiranya dianggap masih banyak memiliki kekurangan, sangat diharapkan oleh penulis bagi penyempurnaan dan perbaikan dari skripsi ini. Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh pihak yang membaca. Bogor, Januari 2016 Andrie Priandiri Sudarwanto

DAFTAR ISI DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vi

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Tujuan Penelitian

2

TINJAUAN PUSTAKA

3

Tempurung Kelapa

3

Proses Pirolisis Primer Lambat (Pengarangan)

3

Asap

4

Asap Cair

5

Kondensasi

6

Heat Exchanger (Penukar Panas)

9

METODE

17

Waktu dan Tempat Pelaksanaan

17

Tahapan Penelitian

17

Alat dan Bahan

24

Metoda Pengambilan Data

24

HASIL DAN PEMBAHASAN

26

Hasil Uji Pendahuluan

26

Hasil Perancangan Kondensor

26

Hasil Pengujian Kinerja kondensor

32

Hasil Pengujian Kandungan Kondensat

38

KESIMPULAN DAN SARAN

43

Kesimpulan

43

Saran

43

DAFTAR PUSTAKA

44

LAMPIRAN

47

DAFTAR TABEL 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Komposisi Kimia Tempurung Kelapa Komposisi kimia asap kayu Kualitas dan kuantitas asap cair pada berbagai grade Perbandingan hasil pengujian pendahuluan dengan pengujian sebelumnya (Hasanah 2013) Bagian-bagian kondensor dan fungsinya masing-masing Perbandingan pengaruh suhu pengarangan terhadap rendemen asap cair dan rendemen arang Perbandingan sistem kondensor asap sirip dengan sistem kondensor yang lain Hasil pengujian kandungan asap cair Komposisi fenol distilat asap tempurung kelapa menurut Febriani (2006) Hasil pengujian kandungan asap cair Maga (1988) Hasil pengujian kandungan asap cair Trenggono dkk (1996)

3 5 6 26 27 33 35 40 41 42 42

DAFTAR GAMBAR 1. Jenis kondensasi (a) film, (b) dropwise condensation pada permukaan,

2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19.

(c) kondensasi homogen, atau pembentukan kabut sebagai hasil kenaikan tekanan karena ekspansi, (d) direct contact condensation. Kondensasi pada permukaan yang bersih dan kering Kondensasi film dan butiran Klasifikasi heat exchanger Kondensor refrigerant pada kendaraan bermotor Jenis desain sirip heat exchanger plat (a) segitiga (b) segiempat (c) gelombang (d) offset (e) multilouver (f) berlubang a) tube dengan sirip individual (b) tube dengan sirip kontinyu Tipe desain sirip luar tubing Kiln rancangan Hasanah (2013), skala 1:100 (dalam satuan mm) Tahapan penelitian Titik pengukuran. Tampak depan (b) dan tampak samping (a) (skala 1:20) rancangan kondensor. Hasil perancangan kerucut cerobong; tampak depan (a) dan tampak samping (b) Hasil perancangan pipa penghubung; tampak samping (a) dan tampak depan (b) Hasil perancangan inlet kondensor; tampak depan (a) dan tampak samping (b) Hasil perancangan tubuh kondensor Hasil perancangan sirip kondensor; tampak samping (a) dan tampak atas (b) Hasil perancangan outlet kondensor; tampak depan (a) dan tampak samping (b) Hasil perancangan kaki penyangga

7 7 8 14 15 15 16 16 17 18 25 28 28 29 29 30 30 31 31

20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28.

Pengujian kinerja kiln (a) tanpa kondensor (b) dengan kondensor Arang hasil pengujian kinerja kiln, (a) uji I, (b) uji II dan (c) uji III Grafik hubungan suhu dan waktu pada pengujian Grafik hubungan suhu dan waktu pada titik 1 Grafik hubungan suhu dan waktu pada titik 2 Grafik hubungan suhu dan waktu pada titik 4 Grafik hubungan suhu dan waktu pada titik 5 Grafik hubungan suhu dan waktu pada titik 6 Sampel asap cair yang diuji (a) sampel I dan (b) sampel II

32 34 34 36 36 37 37 38 39

DAFTAR LAMPIRAN 1. 2. 3. 4. 5.

Gambar detail Gambar ortogonal Gambar piktorial Perhitungan kondensor Perhitungan sirip

47 48 49 50 54

PENDAHULUAN

Latar Belakang Arang aktif memegang peranan yang penting sebagai bahan baku maupun sebagai bahan pembantu pada beberapa jenis industri guna meningkatkan kualitas atau mutu produk yang dihasilkan. Hal tersebut mempengaruhi kenaikan permintaan arang aktif dipasar domestik maupun internasional. Meningkatnya permintaan pasar terhadap arang aktif menyebabkan produksi arang dengan berbagai bahan dasar meningkat pula, salah satunya adalah arang berbahan dasar tempurung kelapa. Tempurung kelapa yang dulu hanya digunakan sebagai bahan bakar, sekarang sudah merupakan bahan baku industri cukup penting. Produk yang dihasilkan dari pengolahan tempurung adalah arang aktif, tepung tempurung, dan barang kerajinan. Arang aktif dari tempurung kelapa memiliki daya saing yang kuat karena mutunya tinggi dan tergolong sumber daya yang terbarukan. Saat ini industri arang tempurung kelapa berkembang sangat pesat. Berdasarkan data FAOSTAT (2015) jumlah ekspor arang batok kelapa selama dua dekade mengalami peningkatan yang signifikan. Hal tersebut ditunjukan oleh data pada tahun 2014 yang mencapai 244044 ton, meningkat jauh dibanding 151200 ton pada tahun 1995. Proses konversi tempurung kelapa menjadi arang berkaitan dengan peningkatan kualitas dari suatu bahan bakar biomassa dapat digunakan melalui proses pirolisis (pengarangan), dilakukan pada kondisi pembakaran dengan oksigen yang terbatas, untuk mencegah terjadinya pembakaran sempurna yang nantinya justru akan membakar habis tempurung kelapa yang akan diarangkan. Namun, proses tersebut menghasilkan asap yang memberikan dampak buruk terhadap lingkungan karena dapat mengandung benzo[a]pirene (Guillen et al. 1995; Guillen et al. 2000; Kazerouni et al. 2001; Stolyhwo & Sikorski 2005 dalam Zuraita 2008). Salah satu solusi agar pengarangan tempurung kelapa tidak menimbulkan pencemaran lingkungan adalah mengubah asap buangan tersebut menjadi asap cair. Salah satu manfaat asap cair adalah sebagai bahan pengawet yang lebih aman dibandingkan dengan formalin, sehingga selain mengurangi dampak negatif terhadap lingkungan, pemanfaatan asap produksi arang batok kelapa menjadi asap cair ini juga mampu meningkatkan nilai guna dari produk samping proses pengarangan, yaitu asap. Tantangan teknologi yang ada adalah bagaimana membuat sistem pendingin asap yang dapat digunakan untuk membuat asap cair dari tempurung kelapa agar dihasilkan nilai rendemen yang lebih baik dibandingkan sistem pendingin yang sudah umum digunakan di masyarakat, yaitu alat pendingin dengan tipe kondensor spiral yang direndam dalam cairan. Tipe pendingin tersebut berbentuk tabung yang besar dan terdapat pipa spiral dan juga cairan pendingin. Kondensor tipe sirip diharapkan lebih efisien sebagai pendingin asap karena memiliki permukaan pindah panas yang lebih besar.

2 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Melakukan rancang bangun kondensor sirip yang dirangkaikan dengan kiln (reaktor pengarangan) berbahan baku tempurung kelapa untuk mengubah asap yang dihasilkan pada proses pembuatan arang menjadi asap cair. 2. Melakukan uji kinerja kondensor tersebut dengan menggunakan kiln tipe venturi rancangan Nurul Hasanah (2013)

3

TINJAUAN PUSTAKA Tempurung Kelapa Tempurung kelapa dikategorikan oleh Grimwood tahun 1975 sebagai kayu keras, tetapi mempunyai kadar lignin lebih tinggi dan kadar selulosa lebih rendah. Pirolisis tempurung kelapa menghasilkan senyawa fenol 4.13%, karbonil 1.30% dan keasaman 10.2% (Tranggono et al. 1996; Darmadji, 1995). Tempurung merupakan lapisan yang keras dengan ketebalan 3-5 mm. Sifat kerasnya disebabkan oleh banyaknya kandungan silikat (SiO2) di tempurung tersebut. Dari berat total buah kelapa, 15-19% merupakan berat tempurungnya. Selain itu, tempurung juga banyak mengandung lignin. Sedangkan kandungan methoxyl dalam tempurung hampir sama dengan yang terdapat dalam kayu. Namun, jumlah kandungan unsurunsur itu bervariasi tergantung lingkungan tumbuhnya. Komposisi kimia tempurung kelapa menurut Djatmiko et al. (1985) disajikan dalam Tabel 1. Tabel 1 Komposisi Kimia Tempurung Kelapa Komponen Persentase (%) Abu 0.23 Lignin 33.30 Selulosa 27.31 Pentosan 17.67 Metoxil 5.39 Sumber : Djatmiko et al., (1985)

Proses Pirolisis Primer Lambat (Pengarangan) Paris et al. (2005) mengatakan bahwa pirolisis merupakan proses pengarangan dengan cara pembakaran tidak sempurna bahan-bahan yang mengandung karbon pada suhu tinggi. Pirolisis primer adalah pirolisis yang terjadi pada bahan baku, sedangkan pirolisis sekunder adalah pirolisis yang terjadi di atas partikel dan gas/uap hasil pirolisis primer. Suhu 350-800°C merupakan suhu yang umum digunakan untuk proses pirolisis. Pirolisis primer terjadi pada suhu kurang dari 600°C dan hasil penguraian yang utama adalah karbon (arang). Berdasarkan tingkat kecepatan reaksi pada saat proses berlangsung, pirolisis primer dibedakan atas pirolisis primer lambat dan pirolisis primer cepat. Pirolisis primer lambat terjadi pada proses pembuatan arang, dan merupakan teknologi yang telah dipraktekkan sejak zaman besi, saat arang digunakan untuk melelehkan bijih besi (Hasanah 2013). Reaksi utama yang terjadi pada laju pemanasan lambat (suhu 150-300°C), adalah dehidrasi (kehilangan kandungan air). Sedangkan, karbon padatan (C = arang), air (H2O), karbon monoksida (CO) dan karbon dioksida (CO2) merupakan hasil reaksi keseluruhan dari hal tersebut. Pada umumnya, semakin lambat proses yang terjadi, mutu arang yang dihasilkan akan semakin baik. oleh karena itu dibutuhkan waktu berhari-hari bahkan beberapa minggu untuk memproduksi arang dalam jumlah besar dan bermutu baik.

4 Salah satu teknologi pengarangan yang sederhana, mudah dan dapat diterapkan masyarakat adalah pengarangan menggunakan kiln. Kiln adalah alat pengarangan yang menggunakan prinsip ruang yang terinsulasi termal atau dapat dideskripsikan seperti oven dengan panas yang terkontrol. Kiln yang sudah umum digunakan di masyarakat adalah flat-kiln dan juga drum-kiln. Institut Pertanian Bogor (IPB) mengembangkan beberapa jenis kiln agar memiliki pengoperasian yang mudah dan juga menghasilkan arang yang baik. Salah satunya adalah kiln tipe ventury yang dirancang oleh Hasanah pada tahun 2013. Kiln hasil rancangan Hasanah (2013) memiliki hasil yang baik jika dibandingkan dengan kiln hasil rancangan penelitian sebelumnya (Fonda 2002 dan Isriyanto 1992 dalam Hasanah 2013). Rancangan Hasanah (2013) lebih baik dalam hal lama waktu pengarangan yang lebih singkat yaitu 70 menit dengan rendemen yang lebih besar karena kapasitas optimum kiln lebih besar, yaitu 24% dari kapasitas optimum 12.45 kg, juga mutu arang dilihat dari nilai kalornya lebih besar, yaitu sebesar 36151.6 kJ/kg, karena capaian suhu pengarangannya tinggi mencapai 908.56 oC. Asap Asap merupakan hasil pembakaran yang tidak sempurna yaitu pembakaran dengan oksigen terbatas. Pembakaran dengan oksigen cukup, hasilnya berupa uap air, gas asam arang dan abu. Dalam kondisi ini tidak terbentuk asap. Sebaliknya, jika pembakaran dengan oksigen sedikit, maka asap yang dihasilkan terdiri dari gasasam arang, alkohol dan asam organik lainnya (Pearson dan Tauber, 1973 dalam Tampubolon, 1988 dalam Marasabessy 2007). Menurut Tillman et al. (1981), secara umum kayu keras memiliki homoselulosa (e.g. karbohidrat) dan lebih sedikit lignin daripada kayu lunak. Selulosa adalah golongan polisakarida (C6H10O5)n dengan berat molekul sekitar 1.500.000, jika dihidrolisis akan membentuk glukosa. Pembakaran kayu keras yang mengandung selulosa dan lignin akan menghasilkan senyawa-senyawa kimia yang dapat menghambat aktivitas bakteri (bakteriostatik) seperti formaldehida, asetaldehida, asam-asam karboksilat (asam formiat, asetat dan butirat), fenol, kresol, alkohol-alkohol primer dan sekunder, keton (Winarno et al. 1980). Asap diperoleh melalui pembakaran kayu keras dan kayu lunak yang banyak mengandung selulosa, hemiselulosa dan lignin (Maga, 1988). Umumnya kayu mengandung selulosa 4060% (Zaitsev et al. 1969 dalam Marasabessy 2007), hemiselulosa 20-35% dan lignin 20-35% (Rojum, 1999 dalam Marasabessy 2007). Selanjutnya dikatakan, bahwa selain kayu juga dapat digunakan serabut dan tempurung kelapa maupun merang padi sebagai penghasil asap (Zaitsev et al 1969 dalam Marasabessy 2007). Hasil penelitian Pettet dan Lane (1940) dalam Marasabessy (2007) menemukan bahwa, senyawa kimia yang terdapat dalam asap kayu jumlahnya lebih dari 1000 macam. 300 diantaranya dapat diisolasi dan yang sudah berhasil di deteksi antara lain : fenol (85 macam diidentifikasi dalam kondensat dan 20 macam dalam asap), karbonil, keton dan aldehid (45 macam dalam kondensat), asam 35 macam, furan 11 macam, alkohol dan ester 15 macam, lakton 13 macam, hidrokarbon alifatik (1 macam dalam kondensat dan 20 macam dalam produk asap), hidrokarbon polisiklik aromatik (47 macam). Sedangkan hasil penelitian selanjutnya dikemukakan oleh Daun (1979) menyatakan bahwa, terdapat lebih dari 200 jenis senyawa kimia yang dapat diidentifikasi dari hasil pengasapan. Secara

5 umum senyawa yang ada pada asap kayu adalah karbonil, asam organik, fenol, basa organik, alkohol, hidrokarbon aromatik dan gas-gas seperti CO2, CO, O2, N2 dan N2O. Zaitsev et al. (1969) dalam Marasabessy (2007) menyatakan bahwa komposisi kimia asap kayu seperti terlihat pada Tabel 2. Komponen asap tersebut berfungsi sebagai bahan bakterisidal, antioksidan serta pembentuk flavor asap dan warna. Asap kayu terbagi menjadi empat kelompok berdasarkan pengaruhnya terhadap nilai gizi produk yang diasap (Harris dan Karmas 1989), yaitu : 1) Zat yang melindungi penyusutan nilai gizi produk yang diasapi dengan menghambat perubahan kimiawi dan biologi yang merugikan. 2) Komponen yang tidak menunjukkan aktifitas dari segi nilai gizi. 3) Senyawa yang berinteraksi dengan komponen bahan pangan dan menurunkan nilai gizi produk yang diasapi. 4) Komponen beracun. Tabel 2 Komposisi kimia asap kayu Komposisi Kimia Formaldehid Aldehid lain (termasuk furfural) Keton (termasuk aseton) Asam format Asam asetat dan asam lainnya Metil alkohol Tar Fenol Air

Kandungan % dari berat mg/m3 asap serbuk kayu 0.06 30-50 0.19 180-830 0.13 190-200 0.43 115-160 1.8 600 1.04 5.28 1295 23-40 -

Sumber: Zaitsev et al. 1969

Asap Cair Asap cair merupakan suatu campuran larutan dan disperse koloid dari uap asap kayu dalam air yang diperoleh dari hasil pirolisa kayu (Putnam 1999 dalam Zuraida 2008). Karseno et al. (2002) mengungkapkan bahwa asap cair dapat diperoleh secara distilasi kering bahan baku asap misalnya tmpurung kelapa, sabut kelapa, atau kayu pada suhu 400 0C selama 90 menit lalu diikuti dengan peristiwa kondensasi. Untuk peristiwa kondensasi yang terjadi pada asap pembakaran menjadi asap cair, dibutuhkan kondensor yang mampu menurunkan suhu hingga mencapai titik suhu dimulainya proses kondensasi asap pembakaran, yaitu pada suhu 55oC. (CIBSE 2001) Terdapat beberapa zat antimikroba yang terkandung pada asap cair, seperti yang dikemukakan oleh Siskos et al. (2007), zat tersebut antara lain adalah asam dan turunannya (format, asetat, butirat, propionat, dan metil ester), alkohol (metil, etil, propil, alkil, dan isobutil alkohol), aldehid (formaldehid, asetaldehid, furfural, dan metil furfural), hidrokarbon (silene, kumene, dan simene), keton (aseton, metil

6 etil keton, metil propil keton, dan etil propil keton), phenol, piridin, dan metil piridin. Menurut Pszczola (1995) dan Chen Dan Lin (1997) dalam Zuraida (2008), asap cair mempunyai kelebihan, yaitu (1) selama pembuatannya, senyawa Polisiklik Aromatik Hidrokarbon dapat dihilangkan, (2) konsentrasi pemakaian asap cair dapat diatur dan dikontrol serta kualitas produk akhir menjadi lebih seragam, (3) polusi udara dapat ditekan dan (4) pemakaian asap cair lebih mudah yaitu dengan cara direndam atau disemprotkan serta dicampurkan langsung ke dalam bahan pangan. Kualitas asap cair ditentukan oleh kondisi proses pembakaran, yaitu tekanan, suhu pembakaran dan lamanya waktu pembakaran. Kualitas asap cair juga ditentukan dari banyaknya tar, kandungan asam dan fenol didalamnya. Secara khusus, perbedaan kandungan fenol sangat ditentukan oleh banyaknya lignin yang terkandung dalam bahan baku distilat asap tersebut (Daun 1989). Hal tersebut diperkuat oleh hasil penelitian Firmansyah (2004), bahwa semakin tinggi kandungan lignin dalam bahan baku maka kandungan fenol dalam distilat asap akan semakin tinggi pula. Luditama (2006) membandingkan kualitas dan kuantitas asap cair pada berbagai grade seperti pada Tabel 3. Grade 1 merupakan asap cair yang dihasilkan dari distilasi pada suhu 150 °C sampai 200 °C. Grade 1 memiliki kualitas yang tertinggi dibandingkan dengan fraksi asap cair lainnya karena memiliki kandungan fenol dan asam organik yang paling tinggi. Tabel 3 Kualitas dan kuantitas asap cair pada berbagai grade No

Sampel

1. 2. 3. 4.

Grade 1 Grade 2 Grade 3 Grade 4

Kualitas Kuantitas (%b/b) Kadar Fenol (%) Kadar Asam (%) 1,3 - 1,4 0,64 - 0,78 58,63 - 59,93 1,8 - 2,1 0,64 43,96 - 44,24 7,5 - 14,7 0,59 - 0,64 8,08 - 18,92 15,9 - 45,5 0,37 - 0,47 4,15 - 9,65

Sumber: Luditama 2006

Kondensasi Kondensasi atau pengembunan adalah perubahan wujud benda ke wujud yang lebih padat, seperti gas (atau uap) menjadi cairan. Kondensasi terjadi ketika uap didinginkan menjadi cairan, tetapi dapat juga terjadi bila sebuah uap dikompresi (yaitu, tekanan ditingkatkan) menjadi cairan, atau mengalami kombinasi dari pendinginan dan kompresi. Cairan yang telah terkondensasi dari uap disebut kondensat. Sebuah alat yang digunakan untuk mengkondensasi uap menjadi cairan disebut kondensor. Kondensor umumnya adalah sebuah pendingin atau penukar panas yang digunakan untuk berbagai tujuan, memiliki rancangan yang bervariasi, dan banyak ukurannya dari yang dapat digenggam sampai yang sangat besar. Kondensasi uap menjadi cairan adalah lawan dari penguapan (evaporasi) dan merupakan proses eksothermik (melepas panas). Salah satu contohnya adalah air yang terlihat pada tutup panci ketika selesai merebus air, uap air hasil rebusan akan

7 menjadi air kembali. Proses terjadinya kondensasi pada air berada pada suhu dibawah titik didihnya, yaitu dibawah 100 oC (CIBSE 2001). Karena prosesnya yang beragam, proses kondensasi diklasifikasikan menjadi beberapa macam berdasarkan faktor-faktor yang mempengaruhinya (Ghiaasiaan 2008), yaitu : 1. Jenis kondensasi: homogenous, heterogenous, dropwise, film, atau direct contact. 2. Kondisi uap: satu komponen, banyak komponen dengan semua komponen mampu terkondensasi, banyak komponen beserta komponennya yang tidak mampu terkondensasi. 3. Geometri sistem: plane surface, external, internal. Dari klasifikasi di atas sangat mungkin ada kategori dari metode klasifikasi yang berbeda terjadi overlaps, artinya pada kategori proses kondensasi yang satu masih berhubungan dengan kategori proses kondensasi yang lain. Diantara klasifikasi di atas, yang paling banyak digunakan adalah kondensasi berdasarkan jenis (Ghiaasiaan 2008) .

Drop

(a)

vapour

(c)

(b) Liquid

vapour

vapour Liquid spray

Droplet

(d)

Gambar 1 Jenis kondensasi (a) film, (b) dropwise condensation pada permukaan, (c) kondensasi homogen, atau pembentukan kabut sebagai hasil kenaikan tekanan karena ekspansi, (d) direct contact condensation. Kondensasi homogen (homogenous) terjadi ketika uap didinginkan di bawah temperatur jenuhnya untuk menghasilkan droplet nucleation. Hal ini disebabkan oleh campuran dua aliran uap pada temperatur yang berbeda, pendinginan radiatif (memancar) pada campuran uap dan komponen uap yang tak terkondensasikan seperti pada pembentukan kabut (fog) di atmosfer, atau penurunan tekanan uap yang tiba-tiba.

Gambar 2 Kondensasi pada permukaan yang bersih dan kering

8 Pada kenyataannya, sebagian besar proses kondensasi adalah heterogenous, dimana droplet terbentuk dan muncul pada permukaan benda padat. Pendinginan uap yang cukup sangat dibutuhkan untuk memulai kondensasi ketika permukaannya halus dan kering. Kondensasi heterogen dapat memicu terjadinya jenis kondensasi film atau dropwise seperti pada Gambar 3.

Gambar 3 Kondensasi film dan butiran Kondensasi butiran (dropwise condensation) terjadi ketika cairan kondensat jatuh membasahi permukaan dan membentuk lapisan (film). Kondensat membentuk butiran di sepanjang permukaan. Kondensasi butiran merupakan jenis perpindahan kalor yang paling efisien karena laju perpindahan kalor kondensasinya jauh lebih besar dibandingkan kondensasi film. Akumulasi dari butiran pada permukaan dapat memicu terbentuknya lapisan cairan (liquid film). Kondensasi film merupakan jenis kondensasi yang umum terjadi pada kebanyakan sistem. Kondensat, dalam bentuk butiran, membasahi permukaan dan jatuh bergabung membentuk lapisan cairan yang saling menyatu. Lapisan cairan mengalir sebagai akibat gravitasi, gesekan uap, dan lain-lain. Kondensasifilm paling banyak terjadi pada aplikasi keteknikan. Aliran cairan kondensat akan memunculkan fenomena seperti aliran laminer, aliran gelombang (wavy), transisi laminer-turbulen, dan butiran yang jatuh pada permukaan lapisan cairan. Proses kondensasi film dan butiran keduanya termasuk kondensasi pada permukaan benda padat yang dingin. Pada kondensor, demikian pula heat exchanger, aliran fluida kondensasi dipisahkan dari aliran fluida pendingin dengan dinding pipa. Namun pada beberapa aplikasi, dua lairan fluida tersebut mengalami kontak secara langsung (direct contact) seperti pada percikan cair dingin lanjut (subcooled liquid sprays). Contoh lainnya adalah kondensor siklus Rankine terbuka, seperti pada kondensor direct-contact pada konsep konversi energi termal lautan. Kondensasi direct-contact sangat efisien karena selain tidak terjadi resistansi dinding, pada prakteknya dua lairan fluida dapat dicampur. Namun, aplikasi kondensasi direct-contact sangat terbatas karena kondensat dan pendingin bercampur (Ghiaasiaan 2008) .

9 Heat Exchanger (Penukar Panas) Heat exchanger adalah sebuah alat yang berfungsi untuk mentransfer energi panas (entalpi) antara dua atau lebih fluida, antara permukaan padat dengan fluida, atau antara partikel padat dengan fluida, pada temperatur yang berbeda serta terjadi kontak termal. Lebih lanjut, heat exchanger dapat pula berfungsi sebagai alat pembuang panas, alat sterilisasi, pesteurisasi, pemisahan campuran, distilisasi (pemurnian, ekstraksi), pembentukan konsentrat, kristalisasi, atau juga untuk mengontrol sebuah proses fluida. Pada dasarnya, prinsip kerja yang digunakan pada alat heat exchanger adalah prinsip kerja dari proses pindah panas. Pindah panas adalah perpindahan energi dari suatu bidang ke bidang yang lain dengan disertai perubahan temperatur pada dua bidang tersebut (McCabe et al. 2005). Pindah panas dapat terjadi dengan 3 metode, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Pindah panas pada pipa yang dipanaskan secara langsung mengalami proses konduksi dan konveksi. Konduksi Konduksi dalam suatu bahan mengalir terdapat gradien suhu, maka kalor akan mengalir tanpa disertai oleh sesuatu gerakan zat. Aliran kalor tersebut disebut dengan konduksi. (McCabe et al. 2005). Menurut Holman (2010) secara umum besaran kalor dapat dalam konduksi dapat dihitung melalui persamaan berikut: “ൌǦ

Ɂ Ɂš

(2.1)

dimana :

q = laju perpindahan kalor (W) Ɂ = gradien suhu perpindahan kalor Ɂš k = konduktivitas termal bahan (W/mK) Besarnya nilai δT/δx dipengaruhi bentuk bidang tempat pindah panas terjadi. Untuk silinder berlubang nilainya dapat dicari dengan persamaan berikut: † ͳ ሺ Ǧ ሻ ൌ †” Ž ቀ”Ͳ ቁ ‹ ‘

(2.2)

”‹

Dari persamaan diatas maka besarnya kalor yang dipindahkan pada bidang silinder berlubang atau pipa adalah : “ൌ

ʹɎ ͳ ሺͳ ǦͲ ሻ ”

Ž ቀ ‘ ቁ ”‹

dimana :

q ri

= Pindah panas secara konduksi (joule) = Jari-jari dalam pipa (m)

(2.3)

10 ro l k ሺͳ ǦͲ ሻ

= Jari-jari luar pipa (m) = Panjang pipa (m) = Konduktivitas panas (watt/mK) = Perbedaan pipa luar dan pipa dalam (K)

Konveksi Konveksi merupakan perpindahan panas antara permukaan solid dan berdekatan dengan fluida yang bergerak atau mengalir dan itu melibatkan pengaruh konduksi dan aliran fluida. Menurut Holman (2010) nilai kalor yang dipindahkan melalui konveksi dapat menggunakan persamaan berikut: “ൌŠሺ• Ǧλ ሻ dimana :

h A • λ

(2.4)

= koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2) = luas penampang (m2) = temperatur plat (K) = temperatur fluida yang mengalir dekat permukaan (K)

Menurut Lienhard IV dan Lienhard V (2003) konveksi dapat dibedakan menjadi dua yaitu konveksi bebas dan konveksi paksa. Konveksi bebas adalah perpindahan panas yang terjadi dimana aliran fluida bergerak dengan pengaruh gravitasi tanpa pengaruh eksternal yang lain. Sedangkan konveksi paksa adalah proses pindah panas dimana fluida bergerak dengan disengaja dan diatur kecepatan dan debitnya. Menurut Lienhard IV dan Lienhard V (2003) konveksi pada pipa dipengaruhi oleh bilangan reynold yang dapat dicari dengan persamaan berikut: ‡ൌ dimana :

Re ρ V D μ

ɏ Ɋ

(2.5)

= Bilangan reynold = Densitas (kg/m3) = Kecepatan aliran (m/detik) = Diameter pipa pemanas air (m) = Viskositas dinamis (kg/ms)

Perhitungan tradisional untuk menghitung pindah panas secara konveksi paksa dengan aliran turbulen di dalam pipa dapat digunakan dengan menggunakan rumus berikut: —† ൌͲǤͲʹ͵‡ͲǤͺ ” 

(2.6)

11 Persamaan tersebut berlaku jika memenuhi syarat sebagai berikut (Lienhard IV dan Lienhard V 2003) : 1. Semua nilai dari sifat panas fluida berdasarkan suhu rata-rata. 2. Nilai n = 0.3 jika fluida didinginkan, sedangkan nilai n = 0.4 jika fluida dipanaskan. 3. Nilai Re harus lebih besar dari 104. 4. Nilai Pr terletak antara 0.6 sampai 100. 5. Perbandingan antara L dengan D lebih dari 60. Ɋ

˜ ”ൌ ൌ Ƚ

ɏ 

ൌ

’ Ɋ 

(2.7)

ɏ’

Nilai koefisien pindah panas secara konveksi dapat dihitung melalui persamaan berikut (Lienhard IV dan Lienhard V 2003) : Šൌ ൬ dimana :

Nud h k D

—† ൰ 

(2.8)

= Nusselt Number = koefisien pindah panas secara konveksi (W/m2K) = koduktivitas panas fluida (W/mK) = Diameter pipa (m)

Konveksi natural pergerakan fluida terjadi secara natural atau yang biasa disebut dengan buoyancy (Holman 2010). Densitas merupakan fungsi dari tempertaur, variasi dari densitas pada tekanan konstan dapat dinyatakan dalam koefisien volume ekspansi β. Pada gas ideal β dapat dihitung dengan menggunakan rumus: Ⱦൌ

ͳ 

(2.9)

T = suhu dalam Kelvin Besarnya nilai konveksi secara natural dapat ditung dengan menggunakan rumus berikut : (2.10) —ˆ ൌሺ ”ˆ š”ˆ ሻ dimana :

Nuf = Nusselt Number Gr = Grashof Number Pr = Prandtl Number C dan m = Konstanta pada setiap kasus Besarnya nilai Nuf pada pipa horizontal dengan aliran laminar pada 103 < (Pr.Gr) < 109 dapat dihitung dengan menggunakan rumus : —ˆ ൌͲǤͷͶሺ ”ˆ š”ˆ ሻͲǤʹͷ

(2.11)

12 dengan nilai Grashof dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut :

”ൌ dimana :

Ⱦ‰ሺ™ Ǧλ ሻš ͵ ˜ʹ

Gr β Tw T∞ x v

(2.12)

= Grashof number = Koefisien volume ekspansi (1/K) = Suhu pemanasan bahan (K) = Suhu di dinding (K) = Diameter (m) = Viskositas kinematik (m2/s)

Suhu rata-rata pindah panas yang terjadi dapat dihitung dengan persamaan berikut : ˆ ൌ dimana :

Tf Tw T’

ሺ™ ൅λ ሻ ʹ

(2.13)

= Suhu rata-rata (K) = Suhu pemanasan bahan (K) = Suhu di dinding (K)

Radiasi Radiasi, merupaka perpindahan energi karena emisi gelombang elektromagnetik (atau foton). Laju perpindahan kalor secara radiasi dapat dinyatakan sebagai: ‫ ݍ‬ൌ ߝ‫ߪܣ‬ሺܶ௦ ସ െ ܶ௦௨௥ ସ ሻ Dimana :

ε A σ ܶ௦ ସ ܶ௦௨௥ ସ

(2.14)

= emisivitas sifat radiasi pada permukaan = luas permukaan (m2) = konstanta Stefan-Boltzman (5.67 x 108 W/m2K4) = temperatur absolut sekitar (K4) = temperatur absolut permukaan (K4)

Satu bagian terpenting dari heat exchanger adalah permukaan kontak panas. Pada permukaan inilah terjadi perpindahan panas dari satu zat ke zat yang lain. Semakin luas bidang kontak total yang dimiliki oleh heat exchanger tersebut, maka semakin tinggi nilai efisiensi perpindahan panasnya. Pada kondisi tertentu, ada satu komponen tambahan yang dapat digunakan untuk meningkatkan luas total bidang kontak perpindahan panas ini. Komponen tersebut adalah sirip. Heat exchanger dapat diklasifikasikan menjadi berbagai jenis berdasarkan beberapa aspek. Secara ringkas macam-macam heat exchanger terdapat pada Gambar 4. (Shah, R. K. dan Sekulić, D. P. 2003)

13

(a) Klasifikasi berdasarkan proses perpindahan

(b) Klasifikasi berdasarkan proses perpindahan

(c) Klasifikasi berdasarkan kepadatan pemukaan

(d) Klasifikasi berdasarkan konstruksi

14

(e) Klasifikasi berdasarkan susunan aliran

(f) Klasifikasi berdasarkan mekanisme perpindahan panas Gambar 4 Klasifikasi heat exchanger Heat exchanger dengan sirip Satu kelemahan dari heat exchanger tipe tubular dan plat adalah koefisien perpindahan panas yang relatif rendah, yakni hanya mampu mencapai maksimal 60%. Hal ini dikarenakan angka perbandingan luas permukaan perpindahan panas tiap satuan volume yang rendah, yaitu kurang dari 700 m2/m3. Sehingga salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi perpindahan panas adalah dengan jalan meningkatkan luas permukaan perpindahan panas, yakni dengan menggunakan sirip. Prinsip dasarnya adalah, (1) dengan adanya sirip ini maka permukaan kontak terjadinya perpindahan panas semakin luas sehingga meningkatkan efisiensi perpindahan panas; (2) pada fluida mengalir, dengan adanya sirip ini maka aliran fluida akan sedikit terhambat sehingga didapatkan waktu untuk transfer panas yang lebih lama dan efektif (Shah, R. K. dan Sekulić, D. P. 2003). Berikut adalah dua macam desain heat exchanger dengan sirip: x Heat exchanger plat tipe sirip Heat exchanger tipe ini merupakan modifikasi dari heat exchanger tipe plat yang diberi tambahan sirip. Prinsip desainnya adalah penggunaan sirip yang berbentuk segitiga ataupun kotak yang dipasangkan di antara dua plat paralel.

15

Gambar 5 Kondensor refrigerant pada kendaraan bermotor Pada kondensor ini ada dua bentuk sirip, yang pertama berukuran kecil dan terpasang memanjang sejajar dengan panjang plat. Sisi tersebut menjadi jalur aliran fluida refrigerant. Sirip yang kedua berukuran lebih besar berbentuk segitiga dan terpasang di antara dua plat yang mengalirkan refrigerant. Udara sebagai fluida pendingin mengalir melewati sirip-sirip segitiga tersebut dan menciptakan aliran yang tegak lurus (cross-flow) dengan aliran refrigerant.

Gambar 6 Jenis desain sirip heat exchanger plat (a) segitiga (b) segiempat (c) gelombang (d) offset (e) multilouver (f) berlubang (Dimiliki oleh Delphi Harrison Thermal Systems, Lockport, NY.)

x

Heat exchanger tubular dengan sirip Perluasan permukaan juga dapat diaplikasikan ke pipa tubing heat exchanger. Sirip tersebut dapat terletak pada sisi luar ataupun dalam tubingdengan berbagai bentuk desain yang disesuaikan dengan kebutuhan. Untuk sirip eksternal ada yang didesain secara individual untuk tiap-tiap tubing, dan dapat pula yang secara bersamaan untuk beberapa tube.

16

Gambar 7 a) tube dengan sirip individual (b) tube dengan sirip kontinyu

Gambar 8 Tipe desain sirip luar tubing Heat exchanger dengan tubing bersirip ini digunakan jika salah satu fluida memiliki tekanan kerja dan temperatur yang lebih tinggi daripada fluida kerja yang lainnya. Sehingga dengan adanya sirip tersebut terjadi perpindahan panas yang efisien. Aplikasi tubing dengan sirip ini digunakan seperti pada kondensor dan evaporator pada mesin pendingin (air conditioning), kondensor pada pembangkit listrik tenaga uap, pendingin oli pada pembangkit listrik, dan lain sebagainya.

17

METODE Waktu dan Tempat Pelaksanaan Penelitian ini dilakukan mulai dari bulan September hingga Desember 2015. Proses perancangan kondensor dilaksanakan pada bulan September hingga Oktober 2015, sedangkan pabrikasi kondensor dilaksanakan pada bulan Oktober 2015, dan uji kinerja kondensor dilaksanakan pada bulan November 2015. Kegiatan penelitian dilakukan di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Laboratorium Energi Terbarukan, dan Bengkel Metanium Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Leuwikopo, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Tahapan Penelitian Pada penelitian ini dirancang kondensor tipe sirip, dimulai dari penelitian pendahuluan, kemudian dilakukan analisa teknik, setelah mendapatkan hasil analisa, kemudian tahapan penelitian selanjutnya akan dilakukan perancangan fungsional dan struktural sebelum dibuat prototype nya sesuai dengan bagan alir penelitian pada Gambar 10. Penelitian pendahuluan Pada tahap penelitian pendahuluan, dilakukan pengambilan data uji kinerja dari kiln sebagai data dasar perancangan, yaitu suhu asap dan jumlah asap yang dihasilkan dari proses pirolisis. Kiln yang digunakan adalah kiln hasil rancangan Hasanah (2013). Sedangkan data yang diperoleh diantaranya suhu dan jumlah asap yang dihasilkan pada proses pirolisis.

(a) Tampak kanan (b) Dimensi kiln Gambar 9 Kiln rancangan Hasanah (2013), skala 1:100 (dalam satuan mm)

18 Mulai

Penelitian pendahuluan Pendekatan rancangan Analisa teknik Perancangan fungsional dan struktural Gambar teknik li i d b k ik Pabrikasi

Uji fungsional dan kinerja

Analisis data pengujian

Sukses

Penulisan laporan

Selesai

Gambar 10 Tahapan penelitian

Tidak Sukses

19 Pendekatan rancangan Rancangan ditentukan berdasarkan prinsip kerja alat yang akan dibuat, dilakukan dengan menentukan kriteria dasar kondensor. Kondensor digunakan untuk mengkondensasikan / mengubah gas yang bertekanan tinggi menjadi cairan. Alat yang dihasilkan pada perancangan ini didasarkan pada kebutuhan suhu kondensasi dari gas yang dihasilkan pada proses pirolisis tempurung kelapa untuk menghasilkan asap cair. Keadaan saat gas hasil pembakaran mulai kondensasi berada pada suhu 55 oC (CIBSE 2001), sehingga alat yang dirancang harus mampu menurunkan suhu asap keluaran menjadi kurang dari 55 oC. Untuk menangkap asap hasil pirolisis tempurung kelapa tersebut dibutuhkan kerucut penampung yang kemudian disalurkan ke pipa penghubung, dimensi dari kerucut disesuaikan dengan cerobong kiln yang digunakan dan juga berdasarkan dari perhitungan perkiraan jumlah asap yang dihasilkan dengan cara mengasumsikan bobot yang hilang dari bahan baku menjadi arang sebagai uap air, sehingga mendapat jumlah asap yang keluar sebanyak sebesar 9.05 kg. Penentuan dimensi alat didasarkan pada ukuran orang Indonesia. Menurut Rahimah (2013) tinggi rata-rata orang Indonesia adalah 160-175 cm. Data tersebut berdasarkan pengamatan yang dilakukan pada sejumlah mahasiswa Institut Pertanian Bogor. Analisis teknik Pada setiap rancangan diperlukan adanya analisis teknik. Analisis teknik pada penelitian ini merupakan metode yang akan digunakan dalam penentuan dimensi dari kondensor yang akan dirancang. Panjang kondensor menjadi penentu apakah gas hasil pirolisis tempurung kelapa dapat dikondensasikan menjadi bentuk cair. Untuk mengkondensasikan gas hasil pirolisis tempurung kelapa dibutuhkan nilai dari overall heat transfer coefficient. Penentuan nilai overall heat transfer coefficient berdasarkan fenomena pindah panas yang terjadi pada kondensor, terdapat tiga buah fenomena yang terjadi pada sistem kondensor yang dirancang: konveksi natural pada bagian luar kondensor, konduksi antara gas hasil pirolisis tempurung kelapa dengan bagian kondensor dan yang terakhir adalah kondensasi yang terjadi di dalam kondensor. Terdapat beberapa data yang dibutuhkan dalam penentuan panjang kondensor, diantaranya: x x

Kondisi suhu pada sistem (oC): suhu gas keluaran yang diharapkan (Tg), suhu gas yang masuk kedalam kondensor, suhu lingkungan (Tw), dan suhu udara yang melewati kondensor. Pipa yang digunakan pipa tembaga dengan karakteristik: diameter luar (OD) dan dalam (ID) dengan satuan m dan konduktifitas termal (K) dengan satuan W/m.

20 Bagian 1 : peristiwa yang terjadi di dalam kondeser merupakan peristiwa kondensasi x

Temperature film Tf dalam oC ܶ௙ ൌ

൫ܶ௚ ൅ ܶ௪ ൯ ʹ

x

Properties udara pada suhu tertentu adalah: Densitas (p) dalam kg/m3 Dynamic Viscosity (u) dalam kg/m.s konduktivitas termal (k) dalam W/m Entalphy Evaporation (hfg ) dalam kJ/kg Tg-Tw dalam oC

x

Konveksi pada kondensasi ݄ത ൌ ͲǤͷͷͷ‫ ݔ‬ቆ

ሗ ߩሺߩ௩ െ ߩሻ‫ ݇ݔ݃ݔ‬ଷ ‫݄ݔ‬௙௚ ߤ‫ݔ݀ݔ‬൫ܶ௚ െ ܶ௪ ൯

(4.1)

଴Ǥଶହ

ቇ

(4.2)

Bagian 2: peristiwa yang terjadi adalah konduksi x

Konduksi pada pipa kondensor ௥

ܴ௦ ൌ

Ž ቀ ௥೚ ቁ ೔

(4.3)

ʹߨ݇ଵ

Bagian 3 : konveksi natural yang terjadi pada luar condenser. x

Temperature film Tf dalam oC ܶ௙ ൌ

x

ሺܶ௪ ൅ ܶஶ ሻ ʹ

Penentuan properties udara pada suhu tertentu Densitas (p) dalam kg/m3 Dynamic viscosity (u) dalam kg/m.s Konduktivitas termal (k) dalam W/m Panas spesifik (cp) dalam J/kgK Koefisien ekspansi (β) dalam K-1 Nilai Prandt (Pr) Viskositas kinematik (v) dalam m2/s Tg-Tw dalam oC

(4.4)

21 Karena yang terjadi pada luar kondensor adalah konveksi natural maka: ߚ݃ሺܶ௪ െ ܶஶ ሻ‫ ݔ‬ଷ ‫ ݎܩ‬ൌ ‫ݒ‬ଶ Gr x Pr

(4.6)

ܰ‫ݑ‬௙ ൌ ͲǤͷͶሺ‫ݎܩ‬௙ ‫ݎܲݔ‬௙ ሻ଴Ǥଶହ ܰ‫ݑ‬௙ ݄ ൌ ݇൬ ൰ ‫ܦ‬ Dimana :

Nuf Gr Pr

(4.5)

(4.7) (4.8)

= Nusselt Number = Grashof Number = Prandtl Number

Nilai dari overall heat transfer coefficient adalah: ͳ

ܷ௢ ൌ

ೝ

஺೚ ଵ ஺೔ ௛೔

൅

஺೚ ୪୬൬ ೝ೚ ൰ ೔

ଶగ௞௅

ଵ

൅௛

(4.9)

೚

Setelah di dapatkan nilai dari overall heat transfer coefficient maka dapat ditentukan panjang kondensor yang dibutuhkan untuk mengkondensasikan gas hasil pirolisis. Sedangkan untuk mengetahui pindah panas yang terjadi pada udara, oleh sebab itu perlu diketahui pindah massa dari udara di dalam kondensor : ṁ (kg/s)= ρ x v x A (4.10) Pindah panas yang terjadi pada kondensor : q (W) = ṁ.cp.ΔT οܶ௠ ሺ ௢‫ ܥ‬ሻ ൌ

ሺοܶଵ െ οܶଶ ሻ ο்

Ž ቀο்భ ቁ

(4.11) (4.12)

మ

Dimana

ṁ q

: Laju aliran massa (kg/s) : Heat duty (Watt)

Kemudian data didapatkan untuk mencari luas penampang ‫ܣ‬ሺ݉ሻ ൌ

‫ݍ‬ ܷ௢ ‫ݔ‬οܶ௠

(4.13)

22 Dan panjang kondensor dapat ditentukan ‫ܮ‬ሺ݉ሻ ൌ Dimana

A L OD ܷ௢

‫ܣ‬ ߨ‫ܦܱݔ‬

(4.14)

: Luas penampang pipa kondensor (m) : Panjang pipa kondensor (m) : Diameter luar pipa kondensor (m) : Overall heat transfer coefficient

Perancangan Perancangan meliputi rancangan fungsional untuk menentukan fungsi dari komponen utama alat pendingin dan rancangan struktural untuk menentukan bentuk, dimesi dan tata letak dari komponen utama. 1. Rancangan fungsional alat Setiap alat mempunyai banyak komponen yang menyusunnya. Dan komponen utama yang dimaksud adalah komponen yang jika tidak ada maka fungsi alat menjadi terganggu secara keseluruhan. Komponen utama ini merupakan dasar dari tujuan dibuatnya alat tersebut. Dalam hal ini, rancangan fungsional alat terdiri dari: x x

Pipa penghubung Pipa penghubung berfungsi untuk menghubungkan asap yang keluar dari cerobong pada kiln menuju kondensor. Kondensor Kondensor berfungsi untuk menangkap gas yang keluar dari dalam reaktor selama proses dan digunakan untuk melakukan kondensasi gas tersebut sehingga menjadi cair.

2. Rancangan struktural alat Rancangan struktural merupakan hal yang penting dalam perancangan karena rancangan struktural merupakan perwujudan dari sketsa yang telah dipilih untuk melaksanakan fungsi yang dimaksud pada rancangan fungsional. Rancangan struktural pada penelitian ini adalah sebagai berikut : x

Pipa penghubung Pipa penghubung berfungsi untuk menyalurkan dan menghubungkan asap keluaran cerobong dengan kondensor. Pada salah satu ujung pipa penghubung terdapat kerucut cerobong asap yang dirancang terbuat dari plat besi dengan tebal 3 mm, tinggi 150 mm dan lebar 160 mm. Kerucut ini bersentuhan langsung dengan cerobong kiln agar asap yang keluar dari cerobong dapat terkumpul dan dialirkan ke pipa penghubung. Sedangkan pipa penghubung dirancang terbuat dari pipa besi galvanis dengan diameter 1 inci dan dilengkapi elbow di kedua ujungnya dengan ukuran 1 inci agar

23 memudahkan instalasi antara kiln dengan pipa penghubung dan pipa penghubung dengan kondensor. x

Kondensor Kondensor pada sistem ini merupakan kondensor berpendingin udara yang terbuat dari pipa tembaga dan dilengkapi dengan sirip sebagai penukar panas, menurunkan temperatur asap dari gas menjadi cair. Kondensor yang dirancang terbuat dari 7 buah pipa tembaga berdiameter 0.5 inci dan dilenkapi dengan sirip yang tebuat dari tembaga dengan diameter 100 mm dan tebal 4 mm.

Gambar teknik Gambar teknik diperlukan agar dapat memudahkan dalam proses pabrikasi. Dalam gambar teknik harus memperhatikan dimensi dari mesin dan skala. Gambar teknik dilakukan dengan bantuan software Solidwork Premium 12 Pabrikasi Rancang bangun kondensor sirip asap cair berbahan dasar tempurung kelapa ini dirancang untuk dapat dipabrikasikan di bengkel las terdekat dari Institut Pertanian Bogor, yaitu bengkel metanium dan mesin pertanian yang terletak di Laboratorium Siswadhi Soepardjo, milik Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Alat yang digunakan pada proses ini adalah peralatan pemotong dan pengelasan, sedangkan untuk bahan yang digunakan adalah pipa tembaga dengan panjang 350 mm dengan diameter 0.5 inci untuk pipa kondensor, sedangkan lingkaran berdiameter 50 mm dengan tebal 4 mm digunakan sebagai sirip dari kondensor. Kondensor yang dibangun terbuat dari bahan tembaga. Pengujian Kinerja kondensor Terdapat beberapa parameter yang digunakan dalam pengujian kinerja kondensor, diantaranya adalah performansi sistem produksi asap cair, rendemen yang dihasilkan dan mutu asap cair yang dihasilkan. x

Performansi sistem produksi asap cair Secara umum, pengujian performansi alat sistem produksi distilat asap dilakukan untuk mengetahui analisis neraca bahan, laju pengeluaran distilat asap (liter/jam), dan laju fluida pendingin (liter/jam).

x

Rendemen yang dihasilkan Variabel yang diukur untuk mendapatkan rendemen yang dihasilkan adalah berat tempurung kelapa yang diarangkan dan berat asap cair yang dihasilkan. Rendemen yang dihasilkan menunjukkan berapa banyak asap cair yang dihasilkan dari berat tempurung kelapa awal, juga menunjukkan efisiensi proses kondensasi.

x

Mutu asap cair yang dihasilkan Kualitas asap cair yang baik dapat diketahui melalui warna, warna asap cair yang berwarna cerah mempunyai kualitas yang lebih baik jika

24 dibandingkan dengan asap cair yang berwarna gelap. Warna asap cair dipengaruhi oleh suhu pirolisis yang menyebabkan degradasi (selulosa, hemiselulosa dan lignin). Hal ini diperkuat hasil penelitian yang dilakukan oleh Wijaya et, al (2008) bahwa perubahan suhu menyebabkan terjadinya perubahan warna pada asap cair. Semakin tinggi suhu pirolisis maka semakin gelap warna asap cair yang dihasilkan. Alat dan Bahan Pengujian kinerja dari kondensor akan dilakukan sebanyak lima kali, mencakup dua kali uji pendahuluan awal untuk mengetahui prosedur terbaik mana yang menghasilkan proses kondensasi optimum. Tiga kali kondensasi berikutnya menggunakan prosedur tersebut disesuaikan dengan capaian tingkat suhu pirolisisnya. Bahan yang akan diarangkan adalah tempurung kelapa, dengan umpan yang digunakan berupa tmepurung kelapa yang diberi bahan bakar pemantik yaitu minyak tanah. Umpan yang digunakan akan diletakkan pada kedua laci pembakaran. Pengujian kinerja dari kondensor hasil perancangan akan menggunakan peralatanperalatan yaitu: 1. Termokopel berfungsi untuk mengukur suhu selama proses kondensasi berlangsung. 2. Recorder berfungsi untuk mencatat suhu yang terukur oleh termokopel selama proses kondensasi berlangsung. Melalui hasil pencatatan recorder, hubungan antara suhu dan waktu pada saat proses kondensasi dapat terlihat. 3. Timbangan berfungsi untuk menimbang bahan baku tempurung kelapa yang akan diarangkan. 4. Gelas ukur berfungsi untuk mengukur asap cair yang dihasilkan, hasil ini akan dijadikan sebagai nilai rendemen yang dihasilkan. Sedangkan bahan yang digunakan adalah pipa besi berdiameter 1 inci untuk pipa penghubung dan pipa tembaga berdiameter 0.5 inci dan plat tembaga dengan tebal 4 mm untuk kondensor. Tempurung kelapa sebagai bahan baku utama untuk diarangkan dan serabut kelapa sebagai bahan bakar awal. Tempurung dan serabut kelapa yang digunakan diperoleh dari Pasar Dramaga. Metoda Pengambilan Data Pengambilan data dilakukan dengan menempatkan alat ukur suhu (termokopel) pada 6 titik pengukuran dan 1 titik pengukuan menggunakan anemometer digital yang sekaligus mengukur kecepatan udara lingkungan dan suhu. Pengukuran dilakukan setiap 10 menit dimulai dari saat kondensor mulai dipasang, sedangkan lama proses yang dilakukan membutuhkan waktu 300-390 menit. Titik pengukuran yaitu di tempat pengarangan, outlet kiln, pipa penyambung, inlet kondensor, badan kondensor dan outlet kondensor. Hal tersebut dilakukan untuk mengetahui sebaran suhu yang dihasilkan selama proses kondensasi. Penampakan penempatan titik pengukuran dapat dilihat pada Gambar 11.

25

1 2

3

7 Gambar 11 Titik pengukuran.

Prosedur pengujian Prosedur pengujian kondensor adalah sebagai berikut : 1. Memasang alat ukur suhu pada semua titik yang telah ditentukan. 2. Tempurung kelapa dimasukan kedalam kiln. 3. Bahan yang terdapat di dalam kiln dilakukan pengarangan, dan kiln ditutup rapat. 4. Pipa penyalur asap dihubungkan dengan lubang keluaran yang ada di tutup kiln. 5. Ujung pipa penyalur di hubungkan dengan socket pada kondensor. 6. Pada ujung pipa kondensor diletakkan wadah untuk menampung asap cair yang dihasilkan. 7. Menyalakan recorder untuk megukur dan mencatat suhu selama proses pengarangan dan kondensasi berlangsung. 8. Penghitungan waktu dimulai sampai dihasilkan asap cair.

26

HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Uji Pendahuluan Sebanyak lima kali total pengujian pada penelitian ini dilakukan, diantaranya adalah dua kali pengujian pendahuluan untuk menguji kinerja kiln dan tiga kali pengujian inti untuk menguji kinerja kondensor yang dirancang. Pengujian pendahuluan dilakukan sesuai dengan prosedur pengujian kiln yang ada dengan menggunakan massa bahan baku tempurung kelapa 12 kg untuk pengujian pendahuluan pertama dan kedua. Pengujian pendahuluan bertujuan untuk menguji kinerja kiln yang digunakan masih sesuai dengan kinerja awal kiln, dan juga untuk mengetahui suhu asap yang dihasilkan kiln untuk menentukan perancangan kondensor. Pengujian pendahuluan pertama menghasilkan produk akhir arang 3.5 kg dengan waktu proses 45 menit dan menghasilkan suhu asap rata-rata 262.4 oC. Pengujian pendahuluan kedua menghasilkan produk akhir arang 3.2 kg dengan waktu proses 60 menit dan menghasilkan suhu asap 231.4 oC. Pengujian kinerja terhadap kiln yang akan digunakan menghasilkan kinerja dan suhu asap yang masih sama seperti saat kiln tersebut dibuat. Perbandingan hasil pengujian pendahuluan dengan pengujian sebelumnya dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4 Perbandingan hasil pengujian pendahuluan dengan pengujian sebelumnya (Hasanah 2013) Pendahuluan I

Pendahuluan II Hasanah (2013) Tempurung kelapa 12 kg 12.45 kg

Bahan baku

Jenis Massa

12 kg

Proses pengarangan

Lama

45 menit

60 menit

90 menit

Produk arang

Massa rendemen

3.50 kg 29%

3.2 kg 26.6%

3.40 kg 27%

Hasil Perancangan Kondensor Rancangan fungsional Secara keseluruhan, kondensor hasil perancangan ini terdiri dari pipa penyambung, pipa inlet kondensor, tubuh kondensor, pipa outlet kondensor dan kaki penyangga. Penjelasan fungsi dari bagian-bagian tersebut dijelaskan pada Tabel 4. Rancangan fungsional dihasilkan dari pertimbangan yaitu fungsi utama kerucut cerobong sebagai tempat berkumpulnya asap keluaran cerobong, fungsi dari pipa penghubung sebagai jalur aliran asap dari cerobong kiln menuju pipa inlet kondensor. Gas dari hasil proses pirolisis ditangkap dan dikondensasi untuk didapatkan asap cair hasil dari proses pirolisis tempurung kelapa dengan bantuan kondensor. Tubuh kondensor sebagai sistem penukar panas, sehingga terjadi

27 penurunan temperatur asap berbentuk gas dan diubah menjadi cair. Asap cair hasil proses pirolisis tempurung kelapa ditampung di dalam gelas plastik. Tabel 5 Bagian-bagian kondensor dan fungsinya masing-masing No. Nama bagian 1. Kerucut cerobong 2.

Pipa penyambung

3.

Pipa inlet kondensor

4.

Tubuh kondensor

5.

Pipa outlet kondensor

6.

Kaki penyangga

Fungsi Tempat berkumpulnya asap keluaran cerobong sebelum dialirkan ke piipa penghubung Jalur aliran asap dari cerobong kiln menuju pipa inlet kondensor. Tempat masuknya asap dari pipa penyambung yang akan dikondensasikan. Tempat terjadinya kondensasi yang menurunkan suhu asap sehingga terjadi perubahan wujud dari gas menjadi cair. Tempat keluaran asap yang telah melewati proses kondensasi yang kemudian kondensat akan ditampung pada gelas plastik. Menyangga kokoh kondensor selama dioperasikan maupun tidak dioperasikan.

Kondensor sebagai sebuah bentuk kesatuan dari media pengkondensasian harus memiliki bentuk yang kokoh sehingga dibutuhkan bagian penyokong badan kondensor yaitu berupa kaki penyangga yang dapat dirakit. Kondensor yang ditujukan untuk digunakan pada skala rumah tangga ini dirancang dengan kapasitas dan bentuk yang praktis, dan juga kondensor ini dapat dirakit sehingga dapat dibersihkan dari tar dan residu yang menghambat laju aliran asap. Kondensor ini dapat dioperasikan tanpa menggunakan listrik, sehingga dapat diterapkan pada pedesaan yang belum teraliri listrik. Rancangan Struktural Rancangan struktural dari kiln beserta nama-nama bagiannya disajikan pada Gambar 12. Detail dari rancangan kiln dapat dilihat pada Lampiran gambar perancangan. Kondensor hasil perancangan memiliki seluruh bagian pipa penyambung dengan tebal 2 mm dan panjang total 900 mm terbuat dari pipa besi, untuk kerucut cerobong dibuat dari plat besi dengan tinggi 150 mm, lebar 160 mm dan tebal 2 mm. Tubuh kondensor yang terdiri dari pipa dan sirip dengan ketebalan 2 mm dan panjang 500 mm untuk pipa dan ketebalan 4 mm dengan diameter 50 mm untuk bagian sirip. Sedangkan untuk bagian kaki penyangga dibuat dari plat besi dengan tinggi 1135 mm dan lebar 500 mm. Pemilihan bahan ini dilakukan dengan alasan untuk koefisien pindah panas yang baik yaitu tembaga dan juga alasan kekuatan untuk menopang berat kondensor yaitu pelat besi. Penampakan dari kondensor hasil perancangan dapat dilihat pada Gambar 12.

28

(a)

(b)

Gambar 12 Tampak depan (b) dan tampak samping (a) (skala 1:20) rancangan kondensor. Tinggi total dari kondensor mulai dari kaki penyangga, hingga pipa adalah 127 cm, dengan pertimbangan bahwa operator yang ditujukan adalah masyarakat Indonesia, dengan ketinggian tubuh rata-rata 160-175 cm. Dimensi dari kondensor perancangan ini diharapkan dapat memberikan kemudahan operasional bagi pengguna. 1. Kerucut Cerobong Kerucut cerobong terletak tepat diatas cerobong asap dari kiln, yang berfungsi sebagai tempat berkumpulnya asap sebelum dialirkan ke pipa penghubung.

(a)

(b)

Gambar 13 Hasil perancangan kerucut cerobong; tampak depan (a) dan tampak samping (b)

29 Bagian ini memiliki tinggi 150 mm dan tebal 2 mm dan lebar 160 mm menyesuaikan dengan lebar dari cerobong asap kiln. Bagian ini dirancang dengan plat besi dengan alasan agar dapat menahan suhu yang mencapai 250 oC. Penampakan kerucut cerobong dapat dilihat pada Gambar 13. 2. Pipa Penghubung Pipa penghubung terletak diantara kiln dengan kondensor, bagian ini dirancang dengan satu sisi terdapat kerucut cerobong yang menempel pada cerobong asap, dan satu sisi lain menempel pada pipa inlet kondensor. Pipa penghubung berfungsi sebagai jalur aliran asap dari cerobong menuju kondensor. Pada pipa penghubung dilengkapi dengan dua buah elbow pada kedua sisi nya dan memiliki panjang 900 mm dengan diameter 1 inci dan tebal 2 mm. Penampakan pipa penghubung dapat dilihat pada Gambar 14.

(a)

(b)

Gambar 14 Hasil perancangan pipa penghubung; tampak samping (a) dan tampak depan (b) 3. Inlet kondensor Pipa inlet kondensor terletak pada bagian atas kondensor yang berfungsi sebagai jalur masuk asap yang diterima dari pipa penghubung menuju kondensor untuk dilakukan proses kondensasi.

(a)

(b)

Gambar 15 Hasil perancangan inlet kondensor; tampak depan (a) dan tampak samping (b)

30 Bagian ini memiliki pipa dengan tinggi 200 mm dengan diameter 1 inci, dan dilengkapi dengan flang berdiameter 210 mm dengan tebal 20 mm. Seluruh bagian ini terbuat dari bahan besi, kecuali gasket yang terletak diantara flang. Penampakan inlet kondensor dapat dilihat pada Gambar 15. 4. Tubuh Kondensor Tubuh kondensor adalah bagian yang terpenting dari seluruh bagian kondensor, karena bagian ini berfungsi sebagai penukar panas yang mengakibatkan turun nya suhu gas dalam konensor. Pada badan kondensor terdapat 7 buah pipa dan 20 sirip yang terpasang pada pipa berjarak 20 mm dari tiap sirip yang terpasang. Pipa kondensor berukuran panjang 500 mm dan tebal 2 mm yang disusun secara melingkar, sedangkan sirip kondensor berbentuk lingkaran berdiameter 100 mm dan tebal 4 mm. Penampakan tubuh kondensor dapat dilihat pada Gambar 16, sedangkan penampakan sirip dapat dilihat pada Gambar 17.

Gambar 16 Hasil perancangan tubuh kondensor

(a)

(b)

Gambar 17 Hasil perancangan sirip kondensor; tampak samping (a) dan tampak atas (b) Pada tubuh kondensor terjadi perbedaan pada hasil proses perancangan dengan hasil pabrikasi, hal ini terjadi karena pada proses pabrikasi dilakukan optimasi dari hasil perancangan. Optimasi yang dilakukan adalah menambah luas permukaan dengan cara menambah

31 ukuran panjang dari pipa dan jumlah sirip yang digunakan sehingga diharapkan dapat menurunkan suhu mencapai dibawah 55 oC. 5. Outlet kondensor Distilat yang dihasillkan dari proses kondensasi akan keluar melalui saluran outlet kondensor dan kemudian akan ditampung menggunakan gelas plastik. Bagian ini dirancang mirip dengan saluran inlet kondensor, memiliki lubang keluaran dengan diameter 1 inci. Lubang keluaran tersebut berada pada sisi atas flang yang berdiameter 210 mm dengan tebal 20 mm. Seluruh bagian ini terbuat dari bahan besi, kecuali gasket yang terletak diantara flang. Penampakan outlet kondensor dapat dilihat pada Gambar 18.

(a)

(b)

Gambar 18 Hasil perancangan outlet kondensor; tampak depan (a) dan tampak samping (b) 6. Kaki Penyangga Kaki penyangga kondensor memiliki fungsi utama sebagai penyangga kokoh seluruh badan kondensor saat kondensor beroperasi dan juga maupun saat tidak dioperasikan. Kaki penyangga juga berfungsi sebagai pemberi jarak antara outlet kondensor dengan permukaan tanah agar tidak bersentuhan langsung. Penampakan dari kaki penyangga dapat dilihat pada Gambar 19.

Gambar 19 Hasil perancangan kaki penyangga

32 Hasil Pengujian Kinerja kondensor Uji kinerja kondensor terhadap jumlah minyak yang dihasilkan dilakukan sebanyak 3 kali dengan tingkat suhu pengarangan rata-rata yang didapat berbeda yaitu 299.7 oC, 257.3 oC dan 268.8 oC. Gas, cairan, dan juga padatan (arang/charcoal) merupakan produk dari proses pirolisis, namun jumlah masingmasing dari produk tersebut dapat dikontrol melalui temperatur proses dan juga waktu penahanan (retention time). Pada proses pirolisis akan terjadi proses pengeringan yaitu menguapnya kadar air (moisture content) dan devolatilisasi yaitu zat yang menguap (volatile matter) keluar dari dalam bahan produk pirolisis berupa arang (charcoal) yang berwujud padatan, tar yang berwujud cairan, dan gas. (Setiawan 2010). Pada pengujian performansi sistem produksi kondensat asap ini dilakukan untuk mengetahui kinerja alat yang meliputi analisis neraca bahan, laju pengeluaran distilat asap cair (liter/jam), suhu uap masuk dan keluar kondensor dan efisiensi kondensor. Respon yang diamati adalah rendemen distilat asap cair (R) dan analisis kimia terhadap kandungannya yang dihasilkan. Pengaruh suhu pengarangan rendemen asap cair dan arang yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 6.

(a)

(b) Gambar 20 Pengujian kinerja kiln (a) tanpa kondensor (b) dengan kondensor Tabel 6 menunjukan bahwa performa kiln tanpa adanya sebuah kondensor memiliki suhu pengarangan rata-rata yang berbeda dengan suhu pengarangan performa kiln yang terpasang sebuah kondensor. Performa kiln tanpa kondensor memiliki suhu pengarangan rataan 484.95 oC dan dapat mencapai suhu 908.56 oC, dengan performa seperti itu, pengoperasian kiln untuk mendapatkan arang membutuhkan waktu 70 menit. Performa kiln menunjukan hasil yang berbeda ketika terpasang sebuah kondensor. Suhu pengarangan yang didapat tidak mencapai 300 oC dan juga suhu

33 tertinggi yang dicapai hanya mencapai 538 oC. Hal tersebut mengindikasikan bahwa proses yang terjadi adalah pirolisis lambat, parameter tersebutlah yang menjadikan pengoperasian kiln menjadi lebih lama. Proses bertambah lama nya waktu pengujian dan penurunan suhu pengarangan dapat disebabkan oleh perubahan diameter aliran dari cerobong udara berdiameter 15 cm menuju pipa penghubung berdiameter 2.54 cm. Pergantian diameter inilah yang menyebabkan aliran pada cerobong asap menjadi terganggu. Selain itu, hal tersebut dapat diakibatkan karena desain dari kerucut terlalu kecil sehingga tidak mampu menampung asap yang dihasilkan dari proses pirolisis. Asap tersebut menumpuk dan berkumpul di kerucut cerobong hingga memenuhi badan kiln. Tertutupnya bagian dalam badan kiln oleh asap membuat pasokan udara yang terdapat di dalam ruang pembakaran menjadi berkurang, sehingga proses pengarangan menjadi lambat. Hal yang harus dilakukan adalah menambah ukuran kerucut sehingga kerucut mampu menampung asap dengan lebih baik. Tabel 6 Perbandingan pengaruh suhu pengarangan terhadap rendemen asap cair dan rendemen arang Uji I Massa Bahan baku

Proses pengarangan

Produk arang Produk asap cair

Uji II

Uji III

12000 g

Hasanah (2013) 12450 g

Kadar air

8.44%

6.51%

6.29%

Bentuk

Kecilkecil

Besar dan tebal

Kecilkecil

340 menit

300 menit

390 menit

13.41 % Besar hampir bulat 70 menit

299.7 oC

257.3 oC

268.8 oC

484.95 oC

484 oC

475 oC

538 oC

908.56 oC

3300 g

3400 g

3200 g

3400 g

200 g

300 g

-

-

27.5% 550 ml

28% 500 ml Grade 3

26.7% 690 ml

27 % -

Lama Suhu pengarangan Suhu tertinggi Massa arang Massa tidak matang arang Rendemen Kuantitas Kualitas

Dari hasil yang ditunjukan oleh Tabel 6, bahwa kadar air yang dimiliki oleh bahan tidak mempengaruhi banyak nya jumlah kondensat yang dihasilkan, namun bentuk bahan baku, waktu dan suhu pengarangan yang mempengaruhi nya. Waktu dan suhu pengarangan menjadi hal yang berpengaruh pada jumlah kondensat yang dihasilkan, semakin lama proses pengarangan dengan suhu yang tinggi maka semakin banyak kondensat yang dihasilkan, dan juga bahan yang yang diarangkan akan semakin seragam menjadi arang seutuhnya. Hal tersebut dapat dilihat pada perbandingan pengujian pertama, kedua dan ketiga pada Gambar 21.

34

(a) (b) (c) Gambar 21 Arang hasil pengujian kinerja kiln, (a) uji I, (b) uji II dan (c) uji III

600 500

Suhu (oC)

400 300

Uji 1 Uji 2

200

Uji 3

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

0

Waktu (s)

Gambar 22 Grafik hubungan suhu dan waktu pada pengujian Pengujian ketiga memiliki waktu pengarangan yang paling lama diantara kedua pengujian yang lain nya, meskipun suhu rata-rata pengujian pertama hanya 268.8 oC, namun pengujian ketiga mampu mencapai suhu tertinggi pada 538 oC, sedangkan pengujian pertama memiliki waktu pengarangan lebih sedikit dibanding pengujian ketiga, namun pada pengujian pertama memiliki suhu rata-rata 299.7 oC dan suhu tertinggi yang diperoleh sebesar 484 oC. Pada pengujian kedua, waktu dan suhu pengarangan yang diperoleh paling kecil dibanding pengujian yang lain. Suhu rata-rata pengujian kedua sebesar 475 oC dan suhu tertinggi nya hanya 475 oC. Berdasarkan hal tersebut, waktu dan suhu pengarangan berbanding lurus dengan hasil arang yang dihasilkan. Parameter terakhir yang mempengaruhi banyaknya kondensat adalah bentuk dari bahan baku yang digunakan. Pada pengujian ketiga dalam bentuk kecil-kecil dan menjadi arang semua, sedangkan pengujian pertama yang memiliki waktu lebih sedikit, memiliki bahan baku yang kecil-kecil namun menghasilkan bahan yang tidak menjadi arang sebanyak 200 g, dan pengujian kedua yang mempunyai waktu pengarangan lebih sedikit memiliki bahan baku yang besar dan tebal sehingga

35 bahan baku yang tidak menjadi arang mencapai 300 g. Penampakan hasil arang pengujian dapat diliat pada Gambar 21. Bila dibandingkan dengan kondensor yang sudah ada sebelumnya, data pengujian sistem kondensor tipe sirip yang diperoleh dapat dikatakan cukup baik, hal ini dapat dilihat pada Tabel 7. Kondensor tipe sirip memiliki hasil rendemen kondensat yang lebih baik dari hasil rancangan Gumanti, namun masih berada dibawah hasil rancangan kondensor Nurhasanah. Hal ini diakibatkan oleh tipe kiln yang digunakan berbeda, kiln yang pada pengujian kondensor tipe sirip dan kondensor milik Gumanti adalah tipe pembakaran langsung, sedangkan kondensor Nurhasanah menggunakan kiln tipe pembakaran tidak langsung. Pada tipe pembakaran langsung, asap yang tertahan di bagian badan kiln dapat membuat pembakaran di dalam kiln terganggu, namun pada tipe pembakaran tidak langsung, asap yang tertahan di bagian badan kiln tidak dapat membuat pembakaran terganggu dikarenakan api pemanasan berada di luar badan kiln. Tabel 7 Perbandingan sistem kondensor asap sirip dengan sistem kondensor yang lain Jenis

Bahan baku Massa Jenis (kg)

Gumanti 2006

Tempurung Kelapa Tempurung Kelapa Tempurung Kelapa Tempurung Kelapa

Nurhasanah 2008

Tempurung Kelapa

Uji I Uji II Uji III

Arang (kg)

Hasil Kondensat Rendemen (ml) kondensat

Waktu (menit)

12

3.3

550

4.58%

340

12

3.4

500

4.17%

300

12

3.2

690

5.75%

390

333

83

6900

2.07%

960

2

-

124

6.2%

45

Kondensor yang dirancang Gumanti pada tahun 2006, memiliki hasil rendemen kondensat sebesar 2.07% yang dijalankan selama 960 menit, kondensor tersebut dirancang untuk tipe kiln pembakaran langsung, yaitu posisi api yang bersentuhan langsung dengan bahan baku di dalam kiln. Sedangkan kondensor yang dirancang Nurhasanah pada tahun 2008, memiliki hasil rendemen kondensat sebesar 6.2% yang dijalankan selama 45 menit, kondensor tersebut dirancang untuk tipe kiln pembakaran tidak langsung, yaitu posisi api yang tidak bersentuhan langsung dengan bahan baku. Sedangkan untuk besaran efisiensi dari kondensor hasil reancangan ini didapatkan dari perhitungan berdasarkan sebaran suhu yang didapat, sebaran suhu yang didapat dari setiap titik pengukuran dapat dilita pada Gambar 24-29. Nilai dari efisiensi kondensor tersebut sebesar 11.1%.

36

80 70

Suhu (oC)

60 50 40

Uji 1

30

Uji 2

Uji 3

20

10 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

0

Menit

Gambar 23 Grafik hubungan suhu dan waktu pada titik 1

50 45 40

30 25

Uji 1

20

Uji 2

15

Uji 3

10 5 0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

Suhu (oC)

35

Menit

Gambar 24 Grafik hubungan suhu dan waktu pada titik 2

37

Gambar 25 Grafik hubungan suhu dan waktu pada titik 4

Gambar 26 Grafik hubungan suhu dan waktu pada titik 5

38

40

35

Suhu (oC)

30 25 20

Uji 1

15

Uji 2 Uji 3

10 5

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

0

Menit

Gambar 27 Grafik hubungan suhu dan waktu pada titik 6

Hasil Pengujian Kandungan Kondensat Pada tahap ini dilakukan analisis kimia untuk mengetahui kandungan kimia dari kondensat asap hasil penyulingan. Sampel yang diuji berjumlah dua buah yang diambil dari dua pengujian berbeda, sampel 1 diambil dari pengujian 3 yang menghasilkan 3200 g arang dan 690 ml asap cair selama 390 menit, sedangkan sampel 2 diambil dari pengujian 1 yang menghasilkan 3300 g arang, 200 g bahan tidak jadi arang dan 550 ml asap cair selama 340 menit. Alasan pengambilan sampel tersebut didasari oleh apakah adanya perbedaan antara kandungan asap cair hasil pengarangan sempurna dan tidak. Pengujian kandungan kondensat dilakukan menggunakan GC MS pirolisis di Pusat Penelitian dan Pengembangan (Puslitbang) Hasil Hutan. Kandungan kimia kondensat tersebut kemudian akan digunakan untuk menentukan kualitas distilat asap yang dihasilkan. Berdasarkan beberapa hasil penelitian sebelumnya, kandungan kimia yang paling berpengaruh dalam penentuan kualitas distilat asap adalah senyawa fenol. Berdasarkan hasil analisis kimia di laboratorium, kandungan kimia yang terkandung pada kondensat asap tempurung kelapa dapat dilihat pada Tabel 8.

39

(a)

(b)

Gambar 28 Sampel asap cair yang diuji (a) sampel I dan (b) sampel II Berdasarkan Tabel 8 dapat dilihat bahwa komponen senyawa kimia selain air yang terkandung dalam sampel 1 dengan sampel 2 tidak terdapat banyak perbedaan, adapun komponen-komponen penyusun asap cair yang diuji didominasi oleh dua senyawa diantaranya: x Senyawa fenol Senyawa fenol diduga berperan sebagai antioksidan sehingga dapat memperpanjang masa simpan produk asapan. Kandungan senyawa fenol dalam asap sangat tergantung pada temperatur pirolisis kayu (Misdarpon dan Prasetyo 2014). Menurut Girard (1992), kuantitas fenol pada kayu sangat bervariasi yaitu antara 10-200 mg/kg Beberapa jenis fenol yang biasanya terdapat dalam produk asapan adalah guaiakol, dan siringol. Senyawa-senyawa fenol yang terdapat dalam asap kayu umumnya hidrokarbon aromatik yang tersusun dari cincin benzena dengan sejumlah gugus hidroksil yang terikat. Senyawa-senyawa fenol ini juga dapat mengikat gugus-gugus lain seperti aldehid, keton, asam dan ester (Maga, 1987). x Senyawa asam Senyawa-senyawa asam mempunyai peranan sebagai anti bakteri dan membentuk citarasa produk asapan. Senyawa asam ini antara lain adalah asam asetat, propionat, butirat dan valerat. Asam asetat merupakan asam organik yang memiliki peranan tinggi dalam asap cair. Asam asetat kemungkinan terbentuk sebagian dari lignin dan sebagian lagi dari komponen karbohidrat dari selulosa. Senyawa-senyawa asam pada asap cair memiliki sifat antimikroba. Sifat antimikroba tersebut akan semakin meningkat apabila asam organik ada bersamasama dengan senyawa fenol.Ssenyawa asam organik terbentuk dari pirolisis komponen-komponen kayu seperti hemiselulosa dan selulosa pada suhu tertentu. (Luditama 2006)

40 Tabel 8 Hasil pengujian kandungan asap cair Sampel 1 No.

Kandungan (%)

Nama Senyawa Acetic acid (CAS) Ethylic acid Acetic acid, anhydride with formic acid 2-hydroxymethyl-3methyl-oxirane Acetic acid (CAS) Ethylic acid

Sampel 2 Kandungan (%) 19.40

Acetic acid (CAS) Ethylic acid

1.87

Acetic acid (CAS) Ethylic acid

40.69

Phenol (CAS) Izal

1.

21.80

2.

4.62

3.

2.38

4.

11.45

5.

39.42

Phenol (CAS) Izal

2.26

6.

6.82

Phenol, 2-methoxy(CAS) Guaiacol

1.48

7.

1.23

2-Methoxy-4methylphenol

1.58

8.

0.94

9.

3.52

10.

7.81

Phenol, 2,6dimethoxy- (CAS) 2,6Dimethoxyphenol Dodecanoic acid (CAS) Lauric acid Phenol, 4-pentyl(CAS) p-nAmylphenol

Nama Senyawa

7.66

Phenol, 2-methoxy(CAS) Guaiacol Octanoic acid (CAS) Caprylic acid 2-Methoxy-4methylphenol Phenol, 2,6dimethoxy- (CAS) 2,6Dimethoxyphenol

8.98

Dodecanoic acid (CAS) Lauric acid

0.67

Hinokione

15.42

Phenol, 4-pentyl(CAS) p-nAmylphenol

Dari hasil spektra kromatografi gas, senyawa dominan dari masing-masing sampel adalah Phenol (CAS) Izal dengan luas area bervariasi antara 39.42 – 40.69 %. Hasil ini tidak jauh berbeda dengan hasil penelitian Tranggono, et al. (1996), yang menggunakan bahan baku berbagai jenis kayu dan tempurung kelapa pada suhu pembakaran 350-400 °C, kemudian senyawa dominan dari asap cair hasil penelitiannya adalah fenol dengan luas area sebesar 44,13 %. Senyawa dominan lainnya adalah Acetic acid (CAS) Ethylic acid yang terdapat pada kedua sampel dan merupakan senyawa dominan kedua pada sampel yang menggunakan bahan pengasap tempurung kelapa. Senyawa lainnya yang terdapat pada kedua sampel adalah Phenol, 4-pentyl- (CAS) p-n-Amylphenol yang terdapat pada masingmasing sampel dengan persentase luas area yang bervariasi, lalu diikuti oleh Phenol, 2-methoxy- (CAS) Guaiacol, Dodecanoic acid (CAS) Lauric acid dan 2-Methoxy4-methylphenol. Senyawa fenol dan turunan nya yang terdapat pada kedua sampel tersebut memiliki kesamaan dengan senyawa fenol yang ditemukan pada penelitian sebelumnya (Febriani 2006) mengenai kandungan fenol dan turunannya pada asap

41 cair. Kandungan senyawa fenol dan turunannya menurut Febriani terdapat pada Tabel 9. Tabel 9 Komposisi fenol distilat asap tempurung kelapa menurut Febriani (2006) Komponen kimia (Fenol) 2-methoxy-4-methyl 4-ethyl-2-methoxy (CAS)p-ethylguaiacol 2-6-dimethoxy 2-methoxy-4-(2-propenyl)-(CAS)-eugenol

Rumus molekul C8H10O2 C9H12O2 C8H10O C10H12O2

Jumlah (%) 14.44 5.89 10.50 0.86

Berdasarkan hasil pengukuran menggunakan GC-MS diatas juga dapat diketahui bahwa asap cair sampel 2 memiliki kadar fenol yang lebih besar bila dibandingkan dengan asap cair sampel 1. Asap cair sampel 2 memiliki fenol sebesar 67,5 % sedangkan asap cair sampel 1 memiliki fenol sebesar 58,6 %. Hal ini mengindikasikan bahwa proses pengarangan yang baik dengan hasil arang yang merata, tidak membuat kandungan asap cair yang dihasilkan menjadi lebih baik dari asap cair hasil dari proses pengarangan yang tidak merata. Dengan hal tersebut, asap cair yang dihasilkan dapat digunakan sebagaimana mestinya, meski proses pengarangan yang terjadi berjalan kurang baik. Selain itu, dari pengukuran asap cair menggunakan GC-MS juga dapat diketahui bahwa asap cair yang melalui proses pengarangan hingga pada suhu pembakaran 484 oC dan 538 °C masih memiliki fenol yang tidak jauh berbeda. Padahal berdasarkan teori, kadar fenol pada asap cair berasal dari dekomposisi lignin pada suhu pembakaran 400 °C yang berarti pada suhu pembakaran 300 °C seharusnya tidak terdapat fenol. Dengan kata lain, fenol ternyata tidak hanya dihasilkan dari dekomposisi lignin saja. Menurut Luditama (2006), dekomposisi hemiselulosa atau selulosa pada suhu pembakaran dibawah 300 °C pun dapat menghasilkan fenol. Komponen yang paling banyak terdapat pada bahan pengasap kayu terutama kayu keras adalah lignin. Lignin apabila dibakar dan mengalami pirolisis akan menghasilkan senyawa fenol. Hal tersebut lah yang menjadikan fenol dan turunannya menjadi senyawa yang paling dominan dari seluruh sampel asap cair. Hasil lengkap senyawa penyusun masing-masing sampel asap cair hasil analisis GC-MS dapat dilihat pada Lampiran hasil GC MS. Komposisi asap pertama kali diditeliti oleh Pettet dan Lane pada tahun 1940, dari penelitian tersebut didapat sekitar 1000 jenis senyawa kimia yang terkandung di dalam asap, 300 diantaranya telah dapat diidentifikasi. Senyawa-senyawa yang dapat dideteksi diantaranya: 85 jenis fenol dalam kondensat dan 20 jenis dalam asap, 45 jenis karbonil, keton, aldehid, 35 jenis asam, 11 macam furan, 15 macam alkohol dan ester, 13 macam lakton serta hidrokarbon alifatik sebanyak 1 jenis dalam kondensat dan 20 jenis dalam asap (Djatmiko,1985). Sedangkan Maga (1988) dalam gumanti (2006) menyebutkan bahwa komposisi distilat asap didominasi oleh air, seperti yang disajikan pada Tabel 10.

42 Tabel 10 Hasil pengujian kandungan asap cair Maga (1988) No. 1. 2. 3. 4. 5.

Komponen Kimia Air Fenol Asam Karbonil Ter

Persentase (%) 11 - 92 0.2 - 2.9 2.8 – 4.5 2.6 – 4.6 1 - 17

Trenggono dkk (1996) dalam gumanti (2006) menyatakan bahwa distilat asap mengandung 7 komponen dominan yakni fenol, 3-metil-1,2-siklopentadion, 2metoksifenol, 2-metoksi-4-metilfenol, 4-etil-2-metoksifenol, 2,6-dimetoksifenol, 2,5-dimetoksibenzil alkohol. Mereka juga menemukan bahwa dari beberapa jenis kayu lain (jati,lamtorogung, mahoni, kamper, bangkirai, kruing dan glugu) asap cair yang dihasilkan memiliki kandungan yang disajikan pada Tabel 11. Tabel 11 Hasil pengujian kandungan asap cair Trenggono dkk (1996) No. 1. 2. 3.

Komponen Kimia Fenol Senyawa karbonil Total Asam

Persentase (%) 2.10 – 5.13 8,56 – 15,23 4,27 – 11,3

Sebagaimana yang telah dijelaskan dalam beberapa penelitian terdahulu, dapat dibandingkan kualitas distilat asap tempurung kelapa yang dihasilkan berdasarkan kandungan fenol yang dimiliki. Hal tersebut dikarenakan kandungan fenol yang dimiliki berpengaruh terhadap daya awet distilat asap cair itu sendiri. Semakin tinggi kandungan fenol maka pH produk akan semakin rendah yang akhirnya menurunkan aktivitas bakteri. (Gumanti 2006)

43

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Pada tahap penelitian pendahuluan, dilakukan pengambilan data uji kinerja dari kiln sebagai data dasar perancangan. Pengujian pendahuluan dilakukan menggunakan 12 kg tempurung kelapa menghasilkan hasil yang terbaik dengan jumlah arang 3.5 kg dan jumlah asap yang keluar sebanyak 9.05 kg dengan suhu asap rata-rata 262.4 oC. Proses tersebut membutuhkan waktu 45 menit. Kondensor yang dirancang menggunakan kiln jenis ventury-drum yang dirancang oleh Hasanah (2013) sebagai tungku pengarangan, kondensor tersebut memiliki bagian-bagian utama yaitu pipa penghubung yang dibuat dari bahan pipa besi galvanis berukuran 1 inci dengan panjang total 913 mm dilengkapi dengan dua buah elbow di kedua sisi nya. Selanjutnya, pipa intlet kondensor yang terdiri dari satu buah pipa besi galvanis berukuran 1 inci sepanjang 200 mm dan satu buah flange berdiameter 200 mm, tinggi 120 mm berbahan besi. Badan kondensor dirancang dengan dua bagian berbeda, yaitu 7 buah pipa tembaga dengan panjang 500 mm, diameter 0.5 inci disusun melingkar. Sedangkan plat tembaga berdiameter 100 mm dengan tebal 4 mm sebanyak 20 buah disusun vertical sebagai sirip. Bagian selanjutnya adalah pipa outlet kondensor yang dirancang sama dengan bagian inlet kondensor, yang membedakan hanya tidak terdapat pipa besi galvanis pada bagian ini dan bagian yang terakhir adalah kaki penyangga dibuat dari besi hollow dengan panjang 1150 mm. Pengujian kondensor yang dilakukan didapatkan hasil yang terbaik dengan mengarangkan 12 kg tempurung kelapa dalam bentuk bahan yang kecil-kecil selama 390 menit, memiliki suhu pengarangan rata-rata 268.8 oC dengan suhu tertinggi mencapai 538 oC menghasilkan rendemen arang 26.7% dan kondensat 690 ml. Dari hasil tersebut nilai efisiensi yang dicapai oleh kondensor hasil rancangan mencapai 11.1%. Kondensat yang dihasilkan memiliki komponen senyawa yang sama dengan peneletian sebelumnya, komponen senyawa tersebut didominasi oleh senyawa fenol dan asam. Kedua senyawa tersebut yang mempengaruhi kualitas asap cair sebagai pengawet, senyawa fenol berperan sebagai antioksidan sehingga dapat memperpanjang masa simpan produk asapan sedangkan senyawa asam mempunyai peranan sebagai anti bakteri dan membentuk citarasa produk asapan. Berdasarkan hasil uji kinerja, kondenser hasil rancangan dapat dikatakan efektif. Tetapi pengoperasian kondensor tersebut memiliki kelemahan, yaitu proses pengujian kinerja kondensor, membutuhkan waktu yang lebih lama untuk proses pengarangan menjadi lebih lambat jika dibandingkan pengarangan tanpa kondensor (390 menit, dibandingkan 45 menit). hal tersebut dikarenakan asap pengarangan tertumpuk pada badan kiln dan mempengaruhi suhu pengarangan. Saran . Untuk mengatasi kelemahan yang terjadi disarankan untuk memperbesar ukuran kerucut agar mampu menampung asap dengan lebih baik. Dengan demikian aliran asap pada bagian kepala kiln tidak menumpuk dan tidak mengganggu pasokan udara ke dalam kiln yang berakibat pada perlambatan proses pengarangan.

44

DAFTAR PUSTAKA [CIBSE] Chartered Institution of Building Services Engineers. 2001. Reference Data: CIBSE Guide C. Volume ke-3. Oxford (GB): Routledge. Daun H. 1979. Interaction of wood smoke component and food. J Food Technol 33(5): 66-70. Darmadji P. 1995 Produksi asap cair dan sifat-sifat fungsionalnya [tesis]. Yogyakarta (ID): Universitas Gadjah Mada.. Djatmiko BS, Ketaren, Setyakartini. 1985. Arang Pengolahan dan Kegunaannya. Bogor (ID): IPB Pr El Bassam N dan Maegaard P. 2004. Integrated renewable energy for rural communities: planning guidelines, technologies and applications. J Agricultural Systems 86(2): 239–240 [FAOSTAT] Food and Agriculture Organization Statistic. 2015. Indonesian Charcoal Export Value. Roma (ITA): Food and Agriculture Organization. Febriani RA. 2006. Pengaruh konsentrasi larutan asap cair terhadap mutu belut (Monopterus albus) asap yang disimpan pada suhu kamar [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Firmansyah. 2004. Penggunaan kombinasi serbuk kayu jati dan cangkang telur ayam pada produksi asap cair [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Fonda SM. 2002. Rancangan dan uji kinerja kiln metal tipe single drum untuk pengarangan serbuk gergajian [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.. Ghiaasiaan SM. 2008. Two Phase Flow, Boiling, and Condensation in Conventional and Miniatur System. Cambridge (GB): Cambridge Univ Pr. Girrard JP. 1992. Technology of Meat and Meat Products. New York (US): Ellis Horwood. Grimwood BE. 1975. Coconut Palm Product Tropical. London (GB): Product Institute. Guillen MD, Manzanos MJ, Zabala L. 1995. Study of commercial liquid smoke flavoring by means of Gas Chromatography-Mass Spectrometry and Fourier transporm Infrared Spectroscopy. J Agric Food Chem. 43(2):463-468. Guillen MD, Manzanos MJ, Ibargoitia ML. 2001. Carbohydrate and nitrogenated compounds in liquid smoke flavorings. J Agric Food Chem 49(1):2395-2403. Gumanti FM. 2006. Kajian sistem produksi distilat asap tempurung kelapa dan pemanfaatannya sebagai alternatif bahan pengawet mie basah [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Harris RS, Karmas E. 1989. Evaluasi Gizi pada Pengolahan Pangan. Achmadi, penerjemah. Bandung (ID): ITB Pr. Terjemahan dari: Nutritional Evaluation of Food Processing

45 Hasanah N. 2013. Rancangan dan uji kinerja kiln metal tipe venturi drum untuk pengarangan tempurung kelapa [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Holman JP. 2010. Heat Transfer. Ed ke-10. Department of Mechanical Engineering Southern Methodist University (US): McGraw-Hill. Isriyanto. 1992. Modifikasi dan uji kinerja alat pengarangan kiln metal sederhana [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Karseno, Darmadji P, Rahayu K. 2002. Daya hambat asap cair kayu karet terhadap bakteri pengkontaminan lateks dan ribbed smoke sheet. Agritech 21(1):10-15. Kazerouni N, Sinha R, Hsu CH, Greenberg A, Rothman N. 2001. Analysis of 200 food items foe benzo[a]pyrene and estimation of its intake in an epidemiologic study. J Food and Chem Toxicol 39(5): 423-436. Lienhard JH IV, Lienhard JH V. 2003. A Heat Transfer Textbook. Ed ke-3. Massachucetts (US). Phlogiston Pr. Luditama C. 2006. Isolasi dan pemurnian asap cair berbahan dasar tempurung dan sabut kelapa secara pirolisis dan distilasi [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Maga JA. 1988. Smoke in Food Processing. Florida (US): CRC Pr. Marasabessy I. 2008. Produksi asap cair dari limbah pertanian dan penggunaannya dalam pembuatan ikan tongkol (Euthynnus affinis) asap [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. McCabe W, Smith J, Harriott P. 2005. Unit Operation of Chemical Engineering. Ed ke-7. Singapore (SG): McGraw-Hill. Misdarpon D dan Prasetyo H. 2014. Bahan Baku dan Pemrosesan Biobriket dan Asap Cair. Bandung (ID): TEDC Nurhasanah E. Perancangan alat untuk membuat asap cair dari tempurung kelapa dan karakterisasinya [tesis]. Bandung (ID): Institut Teknologi Bandung. Paris O, Zollfrank C and Zickler GA. 2005. Decomposition and carbonization of wood biopolymer microstructural study of wood pyrolisis. J Carbon 43(1):5366. Pearson AM, Tauber FW. 1984. Processed Meat. Ed ke-2. Westport (US): AVI. Pszczola, Donald E. 1995. Tour highlights production and uses of smoke-based flavors. J Food Technol. 49(1):70-74. Rahimah F. 2014. Rancang bangun kiln untuk pengarangan cangkang kelapa sawit [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Rojum J. 1999. Flavor of Meat, Meat Products and Seafoods. Ed ke-2. Shahidi F, editor. Canada (CA): University of Newfoundland St John’s. Setiawan Y. 2010. Karakteristik char sampah organik dan anorganik hasil pirolisis. [skripsi]. Bangka Belitung (ID): Universitas Bangka Belitung. Shah RK and Sekulić DP. 2003. Classification of Heat Exchangers, in Fundamentals of Heat Exchanger Design. Hoboken (US): J Wiley.

46 Sutin. 2008. Pembuatan asap cair dari tempurung dan sabut kelapa secara pirolisis serta fraksinasinya dengan ekstraksi [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Tampubolon M. 1988. Pengaruh bahan bakar terhadap daya awet ikan asap. [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Tillman DA, Rossi AJ dan Kitto WD. 1981. Wood Combustion, Principles, Processes, and Economics. New York (US): Academic Pr. Tranggono, Suhardi, Setiadji B, Darmadji P, Supranto, dan Sudarmanto. 1996. Identifikasi asap cair dari berbagai jenis kayu dan tempurung kelapa. J Ilmu dan Teknologi Pangan 1(2);15-24. Winarno FG, Fardiaz S. 1980. Dasar Teknologi Pangan. Bogor (ID): IPB Pr. Zaitsev I, Kizeveter I, Lacunov L, Makarova T, Mineer L dan Podsevalor V. 1969. Fish Curing and Processing. Moskow (RU): Mir Publishers. Zuraida I. 2008. Kajian penggunaan asap cair tempurung kelapa terhadap daya awet bakso ikan [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

47

Lampiran 1 Gambar detail

48

Lampiran 2 Gambar ortogonal

49

Lampiran 3 Gambar piktorial

50 Lampiran 4 Perhitungan kondensor

PERHITUNGAN HEAT EXCHANGER (1/2 inch) Data Perancangan a. Sistem kondensasi 1. Suhu gas keluar = 55 °C (CIBSE 2001) Suhu gas masuk = 250 °C Suhu lingkungan = 30 °C Suhu udara = 35 °C 2. Dimensi pipa tembaga yang digunakan Diameter dalam = 0.0133096 m Diameter luar = 0.015875 m k tembaga = 237 W/m.°C Perancangan Sistem Kondensasi a. Kondensasi menggunakan Udara 1. Konveksi pada kondenser ܶ௙ ൌ  

ሺͷͷ ൅ ͵ͷሻ ൌ ͶͷԨ ʹ

Besarnya konveksi pada kondenser adalah (Holman 2010) ଵȀସ

ߩሺߩ௩ െ ߩሻ ൈ ݃ ൈ ݇ ଷ ൈ ݄Ԣ௙௚ ത ݄ ൌ ͲǤͷͷͷ ൈ ቈ ቉ ߤ ൈ ݀ ൈ ሺܶ௚ െ ܶ௪ ሻ

Dimana properIy dari persamaan di atas merupakan properti air dalam bentuk cairan (liquid) pada suhu film (Tf) dan hfg serta ρv merupakan properti pada suhu jenuh Tg. Dimana modifikasi nilai dari enthalpy of vaporization:

݄Ԣ௙௚

݄Ԣ௙௚ ൌ ݄௙௚ ൅ ͲǤ͵͹ͷܿ௣Ǥ௟௜௤௨௜ௗ ሺܶ௚ െ ܶ௪ ሻ ൌ ʹ͵͹ͳ ൅ ͲǤ͵͹ͷሺͶͳͺͲሻሺͷͷ െ ͵ͷሻ ൌ ͵͵͹ʹͳ݇‫ܬ‬Ȁ݇݃



Karakteristik saturated water (liquid) pada suhu 45 °C (Tabel A- 15 Cengel 2008) Densitas ρ (kg/m3) Panas spesifik cp (J/kg.K) Konduktivitas termal k (W/m.K) Viskositas dinamik μ (kg/m.s) Bilangan Prandtl Pr

= 990.1 = 4180 = 0.637 = 0.000596 = 3.91

51 Karakteristik saturated water (vapor) pada suhu 45°C (Tabel A-15 Cengel 2008) Enthalpy penguapan hfg (kJ/kg) Densitas ρv (kg/m3) Panas spesifik cp (J/kg.K)

= 2371 = 0.1045 = 4180

Maka: ଵȀସ

ͻͻͲǤͳ ൈ ሺͻͻͲǤͳ െ ͲǤͳͲͶͷሻ ൈ ͻǤͺͳ ൈ ͲǤ͸͵͹ଷ ൈ ͵͵͹ʹͳ ݄ത ൌ ͲǤͷͷͷ ൈ ቈ ቉ ͲǤͲͲͲͷͻ͸ ൈ ͲǤͲͳ͵͵Ͳͻ͸ ൈ ሺͷͷ െ ͵ͷሻ ൌ ʹ͸͸ͲǤ͹͹ʹͲͺͺܹȀ݉ଶ Ǥ Ԩ 2. Konduksi pada pipa condenser ௥

ܴ௦ ൌ

Ž ቀ ௥೚ ቁ ೔

ʹൈߨൈ݇

ൌ ͹Ǥ͹ͺ ൈ ͳͲିହ 

3. Konveksi pada luar kondenser ܶ௙ ൌ

ሺ͵Ͳ ൅ ͵ͷሻ ൌ ͵ʹǤͷԨ ʹ

Karakteristik gas pada 32.5 °C (Tabel A-15 Cengel 2008) Densitas ρ (kg/m3) = 1.1545 Viskositas dinamik μ (kg/m.s) = 0.000018835 onduktivitas termal k (W/m.K) Bilangan Prandtl Pr Viskositas kinematik v (m2/s) Koefisien ekspansi β (/K) ∆T Panas spesifik cp (J/kg) Kecepatan aliran air u (m/s) Digunakan rumus-rumus dibawah ini:

= 0.026065 = 0.7275 = 0.00016315 = 0.003273 = 25 = 1007 =1

52

ܴ݁ ൌ 

ͳǤͳͷͶͷ ൈ ͳ ൈ ͲǤͲͳͷͺ͹ͷ ൌ ͻ͹͵ǤͲ͸ͷͶ͵͸͹ ͲǤͲͲͲͲͳͺͺ͵ͷ

Oleh karena itu nilai Re x Pr nya: ܴ݁ ൈ ܲ‫ ݎ‬ൌ ͻ͹͵ǤͲ͸ͷͶ͵͸͹ ൈ ͲǤ͹ʹ͹ͷ ൌ ͹Ͳ͹ǤͻͲͷͳͲͷʹ  Kemudian diperoleh bilangan Nusselt (Nu) nya untuk aliran pipa dengan jenis aliran turbulen dengan nilai 1.5 < Pr < 500 dan 3000 < Re < 106:

ͲǤͲ͸͸ͺ ൈ ͲǤͲͳͷͺ͹ͷ ൈ ͻ͹͵ǤͲ͸ͷͶ͵͸͹ ൈ ͲǤ͹ʹ͹ͷ ൨ ሺͳ ൅ ͲǤͲͶ ൈ ͲǤͲͳͷͺ͹ͷ ൈ ͻ͹͵ǤͲ͸ͷͶ͵͸͹ ൈ ͲǤ͹ʹ͹ͷሻଶȀଷ ൌ ͶǤʹͶ͸ͳͳͶͷʹͷ

ܰ‫ ݑ‬ൌ ͵Ǥ͸͸ ൅ ൤

 Maka besarnya konveksi h0: ݇ ݄௢ ൌ ܰ‫ ݑ‬ൈ š ͲǤͲʹ͸Ͳ͸ͷ ൌ ͸Ǥͻ͹ͳ͸ͷͳͻ͹ͷȀǤ ι ݄௢ ൌ ͶǤʹͶ͸ͳͳͶͷʹͷ ൈ ͲǤͲͳͷͺ͹ͷ

 Kemudian didapatkan nilai overall heat transfer coefficient U sebagai berikut: ܷ ൌ ͸Ǥͻͷ͵Ͷ͵ʹͺͷͻȀǤ ι  Gas hasil pirolisis tempurung kelapa diasumsikan mirip udara. Laju aliran massa yang diharapkan untuk proses pirolisis cepat dengan rendemen cairan 50-60% dalam waktu proses 1 jam yaitu: ݉ሶ ൌ ͳǤͳͷͶͷ

ሺͲǤͲͳͷͺ͹ͷ݉ሻଶ ݇݃ ൈ ߨ ൈ ൈ ͳ݉Ȁ‫ ݏ‬ൌ ͲǤͲͲͲʹʹͺͷͳ͵݇݃Ȁ‫ݏ‬ Ͷ ݉ଷ

Dimana ρ merupakan densitas gas (kg/m3), v merupakan kecepatan laju gas (m/s), dan A adalah luas penampang pipa kondenser (m2). Setelah mendapatkan laju aliran massa kemudian dilakukan perhitungan laju pindah panas yang terjadi pada kondenser: ‫ݍ‬ሶ ൌ ݉ሶ ൈ ܿ௣ ൈ οܶ ‫ݍ‬ሶ ൌ ͲǤͲͲͲʹʹͺͷͳ͵ ൈ ͳͲͲ͹ ൈ ሺʹͷͲ െ ͷͷሻ ൌ ͶͶǤͺ͹ͳͻͻ͵ͻͷܹܽ‫ݐݐ‬ Kemudian didapatkan: ሺܶ௛ଶ െ ܶ௖ଶ ሻ െ ሺܶ௛ଵ െ ܶ௖ଵ ሻ οܶ௢௩௘௥௔௟௟ ൌ ൌ ͺͺǤʹͻͻ͹ͳͻͻ͹Ԩ Žሾሺܶ௛ଶ െ ܶ௖ଶ ሻȀሺܶ௛ଵ െ ܶ௖ଵ ሻሿ ‫ ݍ‬ൌ ܷ ൈ ‫ ܣ‬ൈ ‫ ܨ‬ൈ οܶ௢௩௘௥௔௟௟ ‫ݍ‬ ‫ܣ‬ൌ ܷ ൈ ‫ ܨ‬ൈ οܶ௢௩௘௥௔௟௟

53 ‫ܣ‬ൌ

ͶͶǤͺ͹ͳͻͻ͵ͻͷܹܽ‫ݐݐ‬ ൌ ͲǤͲ͹͵Ͳͺ͵Ͳ͸ͻ݉ଶ ͸Ǥͻͷ͵Ͷ͵ʹͺͷͻ ൈ ͺͺǤʹͻͻ͹ͳͻͻ͹

Maka didapatkan panjang kondensor = 1.465389819 m

54 Lampiran 5 Perhitungan sirip

Tebal sirip (t) = 0,004 m Ds: 0,1 m Do: 0,01587m

Rs: 0,05 m

T1: 250

Ro: 0,007935m

T2: 55

Nilai Luas permukaan tanpa sirip L=

A=πDo L A = 0,073083069 m2

‫ܣ‬ πDo

L = 1,465389819 m Panas dari permukaan tersebut Qሶ Ts =h0 A∆T Untuk mencari efisiensi ሺDs -D0 ሻ 2

= 0,032935 m

t Lc =L+ ൬ ൰ 2

= 0,035435 m

r2c ሺr0 +Lc ሻ = r1 r0

= 5,465658475

L=

= 0,000177175 m2

Am =tLc 1

40 2 Lc ൬ ൰ KAm 3 2

= 0,166926311

Sehingga efisiensi didapatkan (mengacu pada grafik) Eff ൌ 0,8

Panas dari sirip Qs =eff Af h0 ∆T dimana Af =2πሺrs 2 -r0 2 ሻ+2πrs t = 0,004316773 m2 Sehingga Qs =eff Af h0 ∆T

= 4,69482618 W

Perpindahan panas untuk daerah tanpa sirip QTs =h0 A∆T

=h0 π‫ܦ‬ଵ S∆T = 6,242620803 W

Diketahui Qtotal =n (Qs + Qts ሻ Qtotal = 4,10260219 n= ≈4 (Qs + Qts ሻ Kemudian dilakukan n=20. sehingga

optimasi,

Qtotal - Qs = -2,451226483 W n ܳ௧௦ =h0 A∆T ܳ௧௦ = -0,001803072 m2 A= h0 ∆T ‫ܣ‬ = -0,036164822 m L= πDo

Qts =

Tanda (-) menandakan optimasi yang dilakukan berlebih.

bahwa desain

55

RIWAYAT HIDUP Andrie Priandiri Sudarwanto, lahir di Cimahi pada 5 Juli 1993, merupakan anak pertama dari Bapak Sudarwanto dan Ibu Diah Supriatin. Berhasil menamatkan SMA pada tahun 2011 dari SMU Negeri 1 Serang, dan diterima menjadi mahasiswa IPB melalui jalur SNMPTN Undangan (Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri) dengan program studi Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian. Penulis pernah menjabat sebagai salah satu pengurus UKM International Association of Student in Agriculture and Related Sciences (IAAS) pada tahun 20112015. Penulis juga tergabung dalam komunitas Earth Hour chapter Bogor dan pernah menjabat sebagai kepala partnership dan keuangan pada tahun 2013-1015. Penulis merupakan salah satu delegasi mahasiswa pada ajang The 22nd TriUniversity International Joint Seminar and Symposium, yang diselenggarakan di Jiangsu University, China, pada tahun 2015. Penulis melaksanakan praktik lapangan pada bulan Juni-Agustus 2014 di PTP Nusantara V (Persero) Kebun Sei Garo, Riau dengan judul “Mempelajari Aspek Keteknikan Pertanian pada Proses Produksi Crude Palm Oil (CPO) di Kebun Sei Garo, PT Perkebunan Nusantara V, Riau”