III BAHAN DAN METODE
A. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilakukan selama 7 (tujuh) bulan dari bulan Februari hingga Agustus 2009, dan dilaksanakan di IPB yaitu di laboratorium lapangan Departemen Teknik Pertanian (Leuwikopo), Laboratorium Teknologi Industri Pertanian, dan laboratorium Teknik Pengolahan Hasil Pertanian. Sedangkan pabrikasi alat dilaksanakan di Bengkel bubut dan konstruksi (Jl. Raya Laladon Cilauk No.38 Bogor).
B. Bahan dan Alat Penelitian 1. Bahan Bahan Konstruksi
: - Ulir diameter 4.2 cm - Tabung besi diameter 8 cm dan tinggi 12 cm - Plat besi - Besi silinder - Heater 600 watt - Termostat dengan interval 50⁰C sampai 300⁰C) - Hidrolik jack dengan kekeuatan 10 ton
Bahan Pengujian
: - Biji jarak kering (6%) - Tepung biji jarak kering - Kernel biji jarak kering - Tepung kernel biji jarak kering
2. Alat Peralatan yang digunakan selama melakukan penelitian ini terdiri dari : a. Mesin las b. Peralatan bengkel c. Komputer d. Software autocad e. Blender f. Jangka sorong
15
g. Viskotester model VT-02 RION.CO.LTD. h. Adiabatic Bomb Calorymeter
C. Prosedur Penelitian Penelitian ini dibagi dalam tiga tahap yaitu rancang bangun alat ekstraksi minyak biji jarak, penentuan tingkat kematangan buah jarak, dan pengujian alat ekstraksi minyak biji jarak. Diagram alir prosedur penelitian dapat dilihat pada Gambar 6.
Mulai
a
Indentifikasi Masalah
Pengeringan
Kebutuhan Fungsional
Ekstraksi
Karakteristik Fisik CJCO Analisis Perancangan
Selesai Pembuatan Alat
Pengujian Kinerja
tidak Modifikasi
Alat Beroperasi ya Pengaruh Kematangan Buah terhadap Kandugan Minyak
Buah Index 5
Pengujian Alat
a
Gambar 6 Diagram alir prosedur penelitian.
16
1. Identifikasi Masalah Mengidentifikasi masalah-masalah yang muncul pada penggunaan alat ekstraksi minyak biji jarak tipe hydraulic untuk dilakukan perbaikan atau perancangan desain baru sesuai dengan permasalahan yang ditemui. Permasalahan yang ditemui pada saat ini adalah alat ekstraksi minyak biji jarak tipe hydraulic belum mampu mengekstraksi minyak biji jarak hingga mendekati rendemen idealnya. Hal ini disebabkan oleh tidak adanya pemanasan bahan selama ekstraksi minyak biji jarak pagar dilakukan.
2. Analisis Perancangan Analisis
perancangan
digunakan
untuk
menentukan
kebutuhan
komponen-komponen yang digunakan untuk membuat alat ekstraksi minyak biji jarak. Analisis ini terdiri dari analisis fungsional dan analisis struktural yang dilengkapi dengan analisis teknik. Dalam analisis fungsional dilakukan penentuan komponen-komponen yang diperlukan untuk membuat alat ekstraksi minyak biji jarak dengan tipe hidrolik. Sedangkan analisis struktural menentukan bentuk dan komponen-komponen yang sesuai dengan besarnya kebutuhan bahan yang digunakan.
3. Pembuatan Alat Ekstraksi Minyak Biji Jarak Pembuatan lat ekstraksi minyak biji jarak ini dilakukan di Bengkel bubut dan konstruksi di Laladon.
4. Uji Kinerja Uji kinerja bertujuan untuk mengetahui kinerja alat ekstraksi minyak biji jarak yang sudah dirancang apakah sudah berfungsi sebagaimana yang diharapkan serta mengetahui tingkat efisiensi alat ekstraksi minyak biji jarak. Apabila tidak dapat beroperasi sesuai prinsip kerja alat ekstraksi minyak biji jarak maka perlu dilakukan perbaikan kembali tetapi jika sudah dapat beroperasi dengan baik maka dilakukan pembuatan laporan penelitian.
17
D. Rancangan Fungsional Alat ekstraksi minyak biji jarak pagar ini terdiri dari beberapa bagian komponen yang saling mendukung. Komponen dari alat ekstraksi minyak biji jarak pagar ini yang utama terdiri dari ulir (screw), rangka alat, screw housing, tabung tekan, bantalan tekan, pemanas, piringan tekan, termostat, dan hydraulic jack. Fungsi dari komponen-komponen tersebut dapat dilihat dalam Tabel 5.
Tabel 5 Rancangan fungsional alat ekstraksi minyak biji jarak pagar No
Komponen
Fungsi Menahan tekanan dari hydraulic jack pada
1
Ulir
biji jarak sehingga minyak keluar dari selsel biji jarak pagar
2
Tabung tekan
Tempat bahan yang akan diekstrak
3
Bantalan tekan
Bantalan untuk tabung tekan
4
Piringan tekan
Penahan biji jarak yang diekstrak
5
Pemanas
Sumber panas
6
Hydraulic jack
Sumber tenaga tekan
7
Termostat
Alat control suhu
8
Rangka mesin
Penyangga keseluruhan bagian alat
Wadah penampungan
Tempat minyak hasil ekstraksi
9
minyak
E. Rancangan Struktural
1. Karakteristik Fisik Biji Jarak Pagar Karakteristik fisik yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari datadata yang telah diteliti sebelumnya. Pada perancangan ini data karakteristik biji jarak pagar sangat dibutuhkan untuk perhitungan diameter tabung tekan yang dihubungkan dengan berapa biji yang dibutuhkan untuk sekali ekstraksi. Selain itu juga karakteristik fisik biji juga sangat penting untuk perhitungan tenaga ekstraksi. Pada penelitian ini, perhitungan tenaga ekstraksi didasarkan
18
data yang diterbitkan oleh Prokoso (2005). Menurut Prakoso (2005), tenaga yang dibutuhkan persatuan luas adalah 140.6 kg/cm2.
2. Kebutuhan Tenaga Kempah (pressure) Tenaga yang diperlukan dalam penelitian ini bersumber dari dua sumber yang secara beruntutan yaitu tenaga manusia dan hydraulic jack. Hydraulic jack yang merupakan sumber tenaga untuk ekstraksi biji jarak pagar digerakkan secara manual oleh manusia. Penentuan tenaga yang diperlukan dikalkulasikan dengan menggunakan formula seperti dibawah ini. Tekanan yang dibutuhkan untuk persatuan luas adalah 140.6 kg/cm2 …………………………………………………………………………………………………..(1)
dengan P : Tekanan (kg/cm2) A : Luas permukaan tabung tekan (cm2)
3. Ukuran Tabung Tekan Tabung tekan berfungsi untuk tempat bahan yang akan diekstraksi. Ukuran tabung tekan menentukan kapasitas alat. Pada penelitian ini diameter tabung tekan ditentukan. Diameter tabung tekan yang dirancang sebesar 80 mm. Sehingga dengan diameter tabung tekan tersebut dapat ditentukan luas permukaan tabung tekan dengan menggunakan persamaan di bawah ini.
……………………………………………………………………………………………….(2) dengan A : Luas permukaan tabung tekan(cm2) R : Jari-jari permukaan tabung tekan (cm)
19
4. Ulir (screw) dan Rumah Ulir (screw housing) Ulir berfungsi untuk menahan tekanan yang diberikan hydraulic jack terhadap biji jarak pagar yang ada pada tabung tekan sehingga minyak biji jarak pagar dapat keluar dari sel-sel biji jarak pagar. Diagram alir perhitungan ulir dapat dilihat pada Gambar 7. b
Mulai a 1. Beban W (kg)
9. Jumlah ulir yang diperlukan z
10. Tinggi rumah ulir (mm)
2. Faktor koreksi fc
11. Jumlah ulir rumah ulir z’ 3. Beban rencana Wd (kg) 12. Tegangan geser akar ulir 2 τb (kg/mm ), Tegangan geser 2 akar rumah ulir τn (kg/mm ) 4. Bahan ulir : kekuatan tarik σB 2 (kg/mm , faktor keamanan Sf, dan tegangan geser yang diizinkan 2 (kg/mm )
ya 13. qb >τa τn> τa
5. Diameter inti yang diperlukan d1 (mm)
6. Pemilihan : ulir standar, diameter luar d (mm), diameter inti d1 (mm), dan jarak bagi p (mm)
tidak 14. Bahan ulir, bahan rumah ulir, diameter nominal ulir, dan tinggi rumah ulir.
Selesai
7. Bahan rumah ulir : kekuatan tarik 2 σb (kg/mm , tekanan permukaan 2 yang diizinkan qa (kg/mm ), dan tegangan geser yang diizinkan 2 (kg/mm )
8. Pemilihan : luar ulir dalam D (mm), diameter efektif ulir dalam D2 (mm), dan tinggi kaitan gigi dalam H1 (mm)
a b
Gambar 7 Diagram proses perhitungan ulir dan rumah ulir.
20
5. Bantalan Tekan Bantalan tekan berfungsi sebagai bantalan untuk tabung tekan. Bantalan yang kuat sangat mempengaruhi kualitas ekstraksi dan rendemen minyak jarak pagar yang dihasilkan. Ukuran bantalan tekan yang digunakan berbentuk silinder dengan diameter 220 mm dan ketebalan 35 mm. Ukuran ini sudah dapat mendukung kinerja alat secara maksimal.
6. Piringan Tekan Piringan tekan berfungsi sebagai menekan biji jarak pagar yang ada pada tabung tekan sehingga mengeluarkan minyak. Bagian ini memiliki ukuran diameter 78 mm dan tebal 15 mm.
7. Pemanas Pemanas berfungsi untuk supplai panas terhadap bahan yang akan diekstrak. Pemanas yang digunakan adalah pemanas 600 watt tipe spiral. Tipe pemanas ini ditentukan berdasarkan ketersedian dipasaran dan harga yang relatif murah. Sumber arus yang digunakan untuk pemanas berasal dari arus PLN. Pemanas diletakkan di dalam bantalan tekan. Hal ini diharapkan supaya panas dapat bersentuhan langsung dengan bahan yang akan diperah.
8. Termostat Termostat berfungsi untuk mengontrol panas yang diberikan pada bahan yang akan diperah. Termostat ini dapat mengontrol suhu dengan interval 50 sampai 300⁰C.
9. Wadah Penampung Minyak Wadah penampung minyak berfungsi untuk menampung minyak hasil ekstraksi.
21
10. Hydraulic Jack Dongkrak hydraulic jack merupakan salah satu inti dari alat ekstraksi ini. Bagian
ini
berfungsi
sebagai penekan/pengepres biji jarak sampai
mengeluarkan minyak. Jenis dongkrak yang digunakan adalah hydraulic jack dengan kekuatan 10 ton. Kekuatan hydraulic jack ditentukan berdasarkan beban yang dibutuhkan untuk mengekstraksi minyak biji jarak pagar pada luasan tabung tekan 80 mm.
11. Rangka Alat Pada penelitian ini, perhitungan rangka tidak dilakukan dengan secara spesifik. Hal ini dikarenakan adanya perubahan bentuk rangka dari bentuk siku-siku menjadi bentuk silinder. Perubahan ini dilakukan sesuai dengan ketersediaan bahan dan biaya yang ada.
F. Metode Pengujian Pengujian alat dilakukan di laboratorium pindah panas pada bagian Energi Elektrifikasi Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, IPB. Pengujian alat dilakukan dengan menggunakan bahan baku biji jarak pagar dengan melakukan perlakuan fisik pada biji jarak pagar tersebut. Perlakuan fisik yang dilakukan meliputi : pengecilan bentuk ukuran bahan, suhu ekstraksi, dan waktu ekstraksi. Diagram proses pengujian alat dapat dilihat pada Gambar 8 dan Gambar 9 dibawah ini.
Biji jarak kering
Solvent extraction (pelarut heksana)
Ampas atau bungkil
Evaporasi
CJCO (90-100 %)
Gambar 8 Diagram alir ekstraksi kimia.
22
100% buah
Pengupasan Pemerahan
80⁰C
80⁰C Crushing
11.73 % biji kering 60⁰C
60⁰C Pemerahan
50⁰C
50⁰C Tepung biji ambien
ambien
CJCO
CJCO
Pemisahan cangkang dan kernel
Pemerahan
Kernel
80⁰C
(69.19%)
60⁰C Cangkang (31.81%)
Crushing 50⁰C
80⁰C ambien 60⁰C Tepung kernel
CJCO
50⁰C
ambien
CJCO
Gambar 9 Diagram alir ekstraksi dengan menggunakan mechanical extraction.
23
a. Perhitungan Rendemen Perhitungan rendemen diperlukan untuk melihat banyaknya minyak I yang dapat dihasilkan (Ma) dari bahan mentah yang tersedia (biji jarak kering yang diekstrak) (Bm). …………………………………………………….…………..(3)
b. Efisiensi Pengempaan Efisiensi pengempaan diperoleh dari data banyaknya minyak I yang diperoleh (Ma) dengan ekstraksi mekanik dan data banyaknya minyak yang terkandung pada biji jarak pagar kering (Mt) dengan ekstraksi kimia menggunakan heksan. …………………………………………………….…………….(4)
c. Perhitungan Kapasitas Alat Perhitungan kapsitas alat diperlukan untuk penetapan kemampuan alat dalam menghasilkan minyak jarak I (Ma) per satuan waktu (t). kapasitas alat (C) dinyatakan dalam satuan kilogram minyak per jam. …………………………………………………….………………………………….(5)
24
G. Penentuan Umur Tingkat Kematangan Buah Jarak Pagar hingga Berwarna Kuning (Index 5) Penelitian Umur tingkat kematangan buah jarak ini dilaksanakan di laboratorium lapangan TEP (Leuwikopo) pada bulan Maret sampai dengan Mei 2009. Penelitian ini dilaksanakan dengan menentukan pohon jarak pagar secara acak dari petakan lahan yang telah ditanami pohon jarak. Pada penelitian ini dilakukan penentuan umur ripening index sampai pada tahap buah berwarna kuning (yellow) yang diikuti dengan perhitungan ukuran buah yang meliputi panjang (length) dan diameter(girth) buah
mulai
saat
terbentuknya buah (date of bloom).
H. Kadar Minyak Berdasarkan Index Kematangan Buah Penelitian dilaksanakan dengan
berdasarkan ripening index yaitu
buah index 1, index 2, index 4, index 5, index 6 dan index 8 (Tabel 6).
Tabel 6 Index buah berdasarkan ripening index Index
1
2
4
5
6
8
Warna buah
Sampel diambil dari varietas Malimping, Banten yang ditanam sedangkan analisis kadar minyak dilakukan di Laboratorium Pindah Panas dan Massa menggunakan methode ekstraksi
mekanik dan Laboratorium
Teknologi Industri Pertanian menggunakan Shokhlet dengan pelarut heksan.
I. Karakteristik Minyak Mentah (CJCO) a. Warna Minyak Mentah (CJCO) Warna Crude Jatropha Curcas Oil (CJCO) ditentukan secara visual (subjektif) yaitu dengan cara mengamati warna CJCO hasil ekstraksi.
25
b. Viskositas Minyak Mentah (CJCO) Viskositas Crude Jatropha Curcas Oil (CJCO) diukur dengan menggunakan viskotester model VT-01 RION.CO.LTD pada suhu ruang.
c. Nilai Kalori Minyak Mentah (CJCO) Nilai kalori minyak diukur dengan menggunakan Adiabatic Bomb Kalorimeter OSK dan Beckman termometer. Nilai kalori minyak dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
= 4.1868
(
)∆
dengan: EEm : Nilai kalori minyak (kJ/kg) Ew
: Nilai equivalen air (0.5925kg)
Wa
: Massa air di dalam inner vessel (2.1 liter)
Wm : Massa bahan (kg) ∆T
: Perubahan suhu di dalam inner vessel (K)
26
