PERBANDINGAN EFEKTIVITAS MATERIAL DAN BENTUK PENAMPANG PEMINDAH KALOR PADA ALAT DESTILASI MINYAK POHON NILAM

Tugas Akhir

i

PERBANDINGAN EFEKTIVITAS MATERIAL DAN BENTUK PENAMPANG PEMINDAH KALOR PADA ALAT DESTILASI MINYAK POHON NILAM

Diajukan Untuk Menyelesaikan Tugas Akhir Sarjana Teknik Jenjang pendidikan Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin

Nama

:

Junni Karter

Nim

:

01301 – 068

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2007 Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

Tugas Akhir

ii

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama

: Junni Karter

Nim

: 01301-068

Jurusan

: Teknik Mesin

Pakultas

: Teknologi Industri

Judul Tugas Akhir

: Perbandingan Efektivitas Bentuk Dan Material Penampang Pada Alat Destilasi Minyak Pohon Nilam

Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir ini Adalah benar hasil karya saya sendiri bukan salinan atau duplikat dari karya orang lain, kecuali kutipankutipan referensi yang telah disebutkan sumbernya Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya atas perhatiannya saya ucapkan Trima Kasih.

Jakarta 27 agustus 2007

Penulis : Junni Karter Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

Tugas Akhir

iii

LEMBAR PENGESAHAN Perbandingan Efektivitas Material Dan Bentuk Penampang Pemindah Kalor Pada Alat Destilasi Minyak Pohon Nilam

Nama

:

Junni Karter

Nim

:

01301-068

Jurusan

:

Teknik Mesin

Tugas ini telah diperiksa dan disetujui oleh: Mengetahui

Pembimbing 1

Pembimbing 2

( Nanang Ruchyat. St)

( Ir.Ariosuko Dh) Koordinator Tugas Akhir

(Nanang Ruchyat. St)

Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

Tugas Akhir

iv

Momen Literatur ( Daftat simbol ) Ai Ao c Cl Cp Cv Csf C,m d di do g Grf h h hi ho hr hlg hpg i j k ke L NU m pi pv prl q q/a ri ro Ra Rf t ti ts to Tf Ts Tw Tsat

Luasan permukaan pipa bagian dalam Luasan permukaan pipa bagian luar Kalor spesifik Kalor spesifik zat cair jenuh Kalor spesifik pada tekanan konstan Kalor spesfik pada volume konstan Konstanta gabungan fluida permukaan Konstanta untuk permukaan isoternal Diameter Diameter dalam pipa Dioameter luar pipa Percepatan gravitasi Bilangan Grashof (pada suhu kondisi film) Koefisien perpindahan kalor Koefisien kondensasi rat-rata Koefisien perpindahan kalor kondensasi Koefisien perpindahan kalor konveksi Koefisien perpindahan kalor radiasi Enthalpi uap (pendinginan) kJ/kg. oC Enthalpi penguapan Enthalpi Densitas arus Konduksi fluida jenuh Konduktivitas thermal efektif Panjang pipa Bilangan Nusself (pada kondisi film) Laju massa aliran Tekanan zat cair Tekanan uap didalam gelembung Angka Prandtl zat cair jenuh Luas perpindahan kalor Fluks kalor per satuan luas Jari-jari dalam pipa Jari-jari luar pipa Bilangan Ray leigh Tahanan pengotoran Ketebalan Suhu air pendingin masuk Suhu uap jenuh Suhu air pendingin keluar Suhu dievaluasi pada kondisi film Suhu permukaan solid Suhu dinding Suhu jenuh


m2 m2 kJ/kg. oC kJ/kg. oC kJ/kg. oC kJ/kg. oC kJ/kg. oC kJ/kg. oC m.s2 kJ/kg W/m2.oC W/m2.oC W/m2.oC W/m2.oC W/m2.oC kJ/kg kJ/kg kJ/kg W/m2.oC m Pa Pa kJ/s kJ/s W/m2 m m m o C o C o C o C o C o C o C

Tugas Akhir Too Uo v α β β γ λ µ ρ ρl ρv σ ∆x ∆ Te ∆ Tm

v Suhu dievaluasi pada kondisi arus bebas Koefisien perpindahan kalor menyeluruh W/m2.oColume spesfik biasanya Defusivitas termal Koefisien volume pemuaian Koefisien temperatur konduktivitas termal cp/cv isentropik Panjang gelombang Viskositas dinamik Densitas Densitas zat cair jenuh Densitas uap jenuh Tegangan permukaan muka batas uap zat cair Tebal dinding Excess temperature Beda suhu rata-rata logaritmik


o

C W/m2.oC m3/kg m2/s 1/k 1/ oC kg/m3 kg/m3 kg/m3 m o C o C

Tugas Akhir

vi

KATA PENGANTAR Bismillahirrohmanirrohim Syukur alhamdilillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT Yang telah memberikan rahmat dan hidayahnya –Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini, serta tidak lupa salawat dan salam pada junjungan kita Nabi besar Muhammad SAW, beserta Keluarga, Sahabat, para pengikut beliau yang setia pada akhir jaman. Laporan tugas ini berawal dari pemikiran penulis tentang bagaimana cara meningkatkan produksi penyulingan minyak nilam pada home Industri sekala kecil/lab dan menengah, dan bagaimana cara meningkatkan kualitas dari minyak nilam tersebut, supaya bisa melakukan secara mudah dan ekonomis, Berdasarkan hal tersebut maka penulis coba melakukan perbandingan hasil pengujian terhadap beberapa jenis bentuk dan material pemindah kalor pada alat destilasi minyak pohon nilam. Dengan Pengetahuan yang penulis miliki dari Universitas Mercu Buana dan juga pengamatan penulis dari berbagai industri skala kecil, Penulis berharap hasil dari beberapa perbandingan hasil ppercobaan yang telah penulis lakukan nantinya dapat di aplikasikan pada industri kecil dan menengah, dan bermampaat bagi kalangan perkembangan usaha, sehingga dapat meningkatkan pendapatan dan kesejahtraan perusahaan. Penyusun menyadari tidak mungkin dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini tanpa adanya petunjuk, pengarahan, bimbingan serta dorongan semangat dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan Trimakasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Kedua Orang Tua,

dan semua Kaka saya yang telah memberikian

semuanya. 2. Bapak Nanang Ruhyat. St. MT Selaku dosen Pembimbing 1, sekaligus sebagai Koordinator Tugas Akhir ini. 3. Bapat Ir. Ariosuko Dh Selaku dosen pembimbing 2 Tugas akhir ini. 4. Teman-teman Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Khususnya Angkatan 2001 Universitas Mercu Buana. 5. Teman-teman Unit Kegiatan Mahasiswa PPS Betako Merpati Putih Universitas Mercu Buana.


Tugas Akhir

vii

Penulis menyadari dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan dan keterbatasan pengetahuan yang penulis miliki, Oleh karna itu Kritik dan Saran sangat di harapkan untuk Penyempurnaan Tugas akhir ini

dalam rangka

mendapatkan hasil yang baik di masa-masa yang akan datang.

Jakarta 15 Agustus 2007

Penyusun


Tugas Akhir

viii

ABSTRAK Tumbuhan pohon nilam adalah merupakan salah satu

pohon yang dapat

menghasilkan minyak atsiri di Indonesia. dalam industri makanan/minuman, wewangian, dan obat-obatan memerlukan minyak atsiri sebagai bahan pencampur yang terus berkembang penggunaannya seiring dengan meningkatnya Industri-industri tersebut di atas, Indonesia merupakan negara yang memiliki sebagian besar wilayah tanah yang subur maka cocok untuk membumi dayakan pohon nilam yang dapat menghasilkan minyak atsiri. Untuk tujuan tersebut di atas maka perlu di desain alat destilasi minyak nilam yang kemungkinan besar lebih efektif dan ekonomis, agar bisa terjangkau oleh masarakat yang ingin memproduksi sendiri minyak nilam, serta melakukan percobaan-percobaan terhadap bentuk ataupun jenis matrial pada alat destilasi yang selama ini di gunakan oleh petani minyak nilam dalam rangka pengembangan alat destilasi minyak nilam itu sendiri. Dari hasil percobaan alat yang di desain diharapkan akan mampu memberikan data-data yang akurat untuk mengetahui sistem, karakteristik alat destilasi minyak nilam yang di gunakan sehingga nantinya akan dapat menghasilkan minyak atsiri yang berkualitas dan hasil rendemen yang maksimal metode yang di gunakan dalam pembuatan alat destilasi ini adalah metode air dan uap.


Tugas Akhir

ix

DAFTAR ISI

JUDUL..........................................................................................................i PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR.......................................ii LEMBAR PENGESAHAN........................................................................iii MOMEN LITERATUR..............................................................................iv KATA PENGANTAR.................................................................................vi ABSTRAK..................................................................................................viii DAFTAR ISI................................................................................................ix DAFTAR GAMBAR..................................................................................xii DAFTAR TABEL......................................................................................xiii BAB 1

PENDAHULUAN...................................................................1

1.1

Latar Belakang...........................................................................................1

1.2

Tujuan Penulisan.......................................................................................2

1.3

Pembatasan Masalah..................................................................................2

1.4

Metodologi Penulisan................................................................................3

1.5

Flowchart..................................................................................................4

1.6

Sistematika Penulisan................................................................................5

BAB 11

LANDASAN TEORI...............................................................................6

2.1

Tumbuhan Nilam.......................................................................................6

2.2

Komponen Utama Minyak Nilam.............................................................7

2.3

Standar Mutu Minyak Nilam.....................................................................7


Tugas Akhir

x

2.4

Potensi Ekonomi Minyak Nilam................................................................9

2.5

Perkembangan ekspor Impor Dunia..........................................................13

2.6

Metode-metode Penyulingan Minyak Nilam............................................15

BAB III

RANCANGAN DESAIN.......................................................18

3.1

Karakteristik Bahan..................................................................................18

3.2

Kesetimbangan Massa..............................................................................19

3.3

Kesetimbangan Kalor................................................................................19

3.4

Desain Kondenser bentuk spiral (coil condenser/reflux ondenser)..........20

3.5

Desain Kondenser bentuk Spiral (stainless).............................................20

3.5

Desain Kondenser bentuk Spiral (Tembaga)............................................25

3.6

Pembuatan Alat Pemindah Kalor..............................................................30

BAB IV

Pengujian Dan Analisa..........................................................33

4.1

Proses Penyulingan...................................................................................33

4.1.1

Sumber Kalor........................................................................................33

4.1.2

Bahan Penyulingan...............................................................................34

4.2

Langkah-langkah Proses Penyulingan......................................................35

4.2.1

Persiapan Alat.....................................................................................35.

4.2.2

Proses Pendidihan Air..........................................................................36

4.2.3

Proses Kondensasi................................................................................36

4.2.4

Proses Penampungan Kondensat.........................................................37

4.2.5

Proses Pengambilan Minyak................................................................37

4.3

Proses Pengambilan Data Pengujian.........................................................37

4.4

Data Pengujian Kondenser........................................................................40

4.5

Kenaikan Suhu Air Penyuling Dalam Ketel.............................................48


Tugas Akhir 4.6

xi Analisa.......................................................................................................49

4.6.1

Proses Desain Alat................................................................................49

4.6.2

Data Hasil Pengujian................................................................49

BAB V

PENUTUP...............................................................................51

5.1

Kesimpulan...............................................................................................51

5.2

Saran.........................................................................................................52

DAFTAR PUSTAKA.................................................................................53 LAMPIRAN................................................................................................54


Tugas Akhir

xii DAFTAR GAMBAR

Gambar

1

Tanaman Nilam...............................................................................9

Gambar

3

Tanaman Nilam Kering ..................................................................9

Gambar

2

Tube Kondenser Spiral (tembaga)................................................30

Gambar

3

Tube kondenser spiral (stainless).................................................31

Gambar

4

Tube Kondenser bentuk Kotak (stainles)......................................33


Tugas Akhir

xiii

DAFTAR TABEL Tabel

1

Contoh hasil minyak nilam.......................................................................11

Tabel

2

Negara-negara pengekspor dan pengimporTerbesar................................13

Tabel

3

Negara-negara pengimpor terbesar Pada tahun 2002................................14

Tabel

4

Negara-negara pengekspor terbesar Pada tahun 2002..............................15

Tabel

5

Karakteristik bahan...................................................................................18

Tabel

6

Kesetimbangan massa...............................................................................19

Tabel

7

Hasil perhitungan......................................................................................29

Tabel 8

Percobaan 1dan 2 Kondensor bentuk spiral bahan Tembaga...................40

Tabel 9

Percobaan 1dan 2 Kondensor bentuk spiral bahan Stainless...................41

Tabel

10

Percobaan 1dan 2 Kondensor bentuk kotak bahan Tembaga...................42.

Tabel 11

Percobaan 1dan 2 Kondensor bentuk kotak bahan Stainless...................43

Tabel

12

Percobaan 1dan 2 Kondensor bentuk spiral dengan arah vertikal ...........44

Tabel 13

Percobaan 1dan 2 Kondensor bentuk kotak dengan arah vertikal ...........45

Tabel

14

Percobaan 1dan 2 Kondensor bentuk spiral dengan arah vertikal ...........46

Tabel 15

Percobaan 1dan 2 Kondensor bentuk kotak dengan arah vertikal ...........47

Tabel 16

Kenaikan suhu air penyuling dalam ketel terhadap Waktu......................48


Tugas Akhir

1

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Minyak nilam atau patchouli oil, termasuk dalam golongan minyak atsiri atau minyak eteris (essential oil). Minyak nilam selama ini diperoleh melalui peroses destilasi biasa (Tradisional). Yaitu dengan merebus daun dan batang nilam didalam kukusan yang terbuat dari drum bekas minyak. Minyak yang dihasilkan dengan cara tradisional umumnya hasil rendemen yang dihasilkan relatif sedikit dan warna minyaknya agak hitam kecoklatan. Bahan material yang digunakan dalam pembuatan alat destilasi sangat berpengaruh terhadap mutu minyak. Misalnya bahan yang terbuat dari besi umumnya akan menyebabkan mutu minyak rendah dan warna minyak yang dihasilkan agak hitam kecoklatan Hal ini dapat menjadi alasan perlunya dikembangkan peralatan destilasi minyak nilam dengan tujuan agar dapat menggantikan sistem peralatan yang relatif masih sederhana, sehingga diharapkan dapat menghasilkan rendemen minyak nilam yang berkualitas baik dalam jumlah besar. Dalam proses penyulingan minyak atsiri terdapat tiga metode yang dapat dilakukan yaitu; dengan destilasi air, dertilasi air dan uap serta destilasi uap. Metode destilasi air adalah air dan bahan dicampur dalam satu ketel, sehingga penguapan air dan minyak berlangsung bersamaan penyulingan seperti ini mudah dilakukan, namun minyak yang dihasilkan tidak banyak dan mudah rusak. Metode destilasi air dan uap yaitu dengan memisahkan bahan dengan air dengan suatu batasan yang fungsinya menjaga agar bahan baku tidak berhubungan langsung dengan air mendidih.air yang menguap akan membawa partikel-partikel minyak dan akan dialirkan melalui pipa alat pendingin untuk mengembunkan uap airyang bercampur dengan minyak , dan selanjutnya minyak dan air dipisahkan. Sedangkn metode destilasi uap adalah ketel


Tugas Akhir

2

uap dan ketel penyulingan saling terpisah, ketel uap yang berisi air dipanaskan, uapnya mengalir kedalam ketel penyulingan, prtikel-partikel bahan akan terbawa bersama uap panas selanjutnya pengembunan dipisahkan air dari minyak. Untuk meningkatkan kualitas dan kuantitas hasil rendemen minyak nilam perlu dilakukan pengujian terhadap material dan bentuk pemindah kalor pada alat destilasi minyak nilam agar bisa diperoleh hasil yang lebih efektif dari alat yang akan digunakan nantinya. Diharapkan pada uji tersebut, ditemukan banyaknya massa daun nilam yang efektif agar didapat hasil rendemen yang terbanyak persatuan waktu tertentu dan dimensi alat yang di buat (design). 1.2 Tujuan Penulisan Tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk : •

Membandingkan bentuk penampang pemindah kalor yang baik pada alat destilasi penyulingan minyak nilam yang dapat menjadi acuan dasar untuk desain pembuatan alat yang lebih baik dan efektif

•

Membandingkan jenis material pemindah kalor agar dapat menjadi acuan dasar untuk desain pembuatan alat yang lebih baik dan efektif.

•

Meminimalisasi kerugian kalor yang terjadi selama proses penyulingan berlangsung.

•

Memperoleh alat distilasi penyulingan minyak nilam yang dapat di jangkau oleh masyarakat yang ingin memproduksi sendiri dengan hasil rendemen yang lebih maksimal dan okonomis.

1.3 Pembatasan Masalah Di dalam pembahasan Tugas Akhir ini yang di bahas adalah yang bersangkutan dengan perbandingan efektivitas matrial dan bentuk penampang pemindah kalor pada alat destilasi penyulingan Minyak nilam yang berdasarkan kondisi sebagai berikut :


Tugas Akhir

3

•

Peroses penyulingan yang digunakan adalah metode air dan uap.

•

Tekanan yang digunakan adalah 0 gauge.

•

Bahan yang akan disuling adalah pohon nilam kering.

•

Uap yang ada dalam tube kondensor dianggap uap jenuh karena perbandingan uap minyak dan air sangat kecil.

•

Kandungan minyak dianggap tersebar pada pohon nilam

•

Material kondensor yang digunakan adalah alumunium dan stainless

•

Kondensor yang digunakan adalah bentuk spiral dan kotak

1.4 Metodelogi Penulisan Metode penulisan yang dilakukan oleh penulis untuk Penyusunan Tugas Akhir ini antara lain: •

Metode literatur, berdasarkan dari buku-buku referensi yang berkaitan dengan destilasi batang/daun nilam.

•

Metode responsi dari dosen pembimbing serta orang yang ahli / menguasai dibidang destilasi penyulingan minyak nilam.

•

Mengamati atau melakukan percobaan pada proses penyulingan dari alat yang telah dibuat dan mencari data/ parameter-parameter yang diperlukan.

•

Menghitung kesetimbangan kalor dan massa dari proses penyulingan dengan metode air dan uap lalu mencari luasan kondensor yang diperlukan untuk mengkondensasikan uap yang terbentuk dalam peroses penyulingan.

•

Mengoperasikan alat destilasi untuk mengetahui apakah alat berfungsi atau tidak dan mengambil data-data dari pengoperasian tersebut.

•

Melakukan pengujian terhadap masing-masing bentuk dan material pemindah kalor sehingga nantinya dapat diperoleh data-data yang dibutuhkan dalam peoses desain.


Tugas Akhir

.5

Flow Chart


4

Tugas Akhir

5

1.6 Sistematika Penulisan BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisikan tentang latar belakang, tujuan penulisan, pembatasan Masalah, metodologi penulisan dan sistematika penulisan. BAB II

LANDASAN TEORI Bab ini berisikan tentang informasi-informasi minyak nilam dan metode peroses penyulingannya

BAB III

RANCANGAN DISAIN Bab ini membahas tentang tahapan-tahapan dalam peroses desain pemindah kalor dari alat destilasi penyulingan minyak nilam serta menjelaskan tentang pembuatannya.

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISA Bab ini berisikan tentang bahan, sumber kalor serta langkah-langkah proses pengujian alat penyuling dan

analisa dari masing-masing

material dan bentuk model alat pemindah kalor pada alat destilasi penyulingan minyak nilam. BAB V

PENUTUP Dalam bab ini memuat tentang Kesimpulan dan saran yang diperoleh setelah melakukan peroses pengujian dan analisa.

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


Tugas Akhir

6

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Tumbuhan Nilam Tanaman nilam termasuk famili labiateac, merupakan tumbuhan semak yang tingginya berkisar antara 0,3 m – 1,3m, tumbuhan dapat diperbanyak secara vegetatif dan generatif, namun umumnya kebanyakan dilakukan secara vegetatif untuk mendapatkan pertumbuhan yang baik dan teratur. Tanaman nilam berakar serabut dengan batang yang lunak berkayu, berbuku-buku dengan berdiameter antara 10 mm – 20 mm. Ada tiga jenis tanaman nilam yang sudah dikenal selamaini, yaitu : a)

Pogostemon cablin BENTH Nilam jenis ini mempunyai bulu rambut dibagian bawah daun sehingga daun

tampak pucat. Daun nilam jenis ini biasa dimasaksetelah berumur 9 -12 bulan, dimana pada saat itu belum termasuk bunga. Jenis nilam pogostemon cablin BENTH banyak tumbuh di Indonesia, terutama di Sumatera Utara dan daerah Aceh. Kadar minyaknya lebih tinggi dari jenis nilam lain, yaitu : 1 % -3 %. b)

pogostemon hortensis BECKER Pogostemon hortensis BECKER di Indonesia lebih dikenal dengan nilam jawa,

daunnya lebih tipis bila dibandingkan dengan nilam pogostemon cablin. Kadar minyaknya sangat rendah, yaitu 0,5 % - 1,5 % dan dengan susunan dan sifat yang berbeda dari pogostemen cablin. c)

Pogfostemon heyncanus cablin BENTH Nilam jenios nilam ini meruipakan jenis tanaman yang peroses pembentukan

bunganya sangat cepat. Kadar minyaknya 0,5 % - 1,5 % dan dengan sifat dan bau yang kurang baik dibandingkan dengan jenis pogostemon cablin.


Tugas Akhir

7

Dari ketiga jewnis tanaman ini, nilam jenis pogostemon cablin BENTH yang paling banyak dipakai sebagai bahan baku minyak atsiri. Jenis ini banyak dikembang biakkan dengan stek, stek dipilih dari batang yang masih muda, tetapi sudah berkayu. Pada permulaan pertumbuhan, tanaman harus dilindungi dari sinar matahari secara langsung dan diberikan alat yang cukup. 2.2 Komponen Utama Minyak Nilam Komponen utama minyak nilam adalah patchouli alcohol. Minyak nilam yang baik mengandung patchoulu alkohol dengan kadar yang besar. Kandungan patchouli alkoholditentukan dengan gas kromatograpi. Minyak yang diperoleh dengan destilasi dengan menggunakan tekanan uap yang lebih besar memilliki kualitas yang lebih baik, karena lebih banyak mengandung patchoulli alkoholyang menguap bersama-sama dengan air. 2.3 Standar Mutu Minyak Nilam Standar mutu minyak nilam yang berlaku di Indonesia menurut SP-6 1975 adalah sebagai berikut: •

Warna: kuning muda sampai coklat tua

•

Rendemen : 2 - 5 %

•

Massa jenis pada 25 0C : 0,943 - 0,983

•

Indek bias pada 20 0C : 1,5070 - 1,5150

•

Putaran topik : (- 49o) – (-66o )

•

Bilangan asam : maksimum 5

•

Bilangan penyabunan : maksimum 10

•

Kelarutan dalam alkohol 90 % : larut (jernih) dalm perbandingan volume sampai 10 bagian. Parameter-parameter tersebut dapat degunakan untuk menentukan kemurnian

dan kualitas minyak.


Tugas Akhir

1.

8

Minyak Warna minyak yang dihasilksn dalam penyulingan sangat dipengaruhi baan

ketel yang digunakan. Bahan ketel yang yang tidak korosif sangat baik digunakan. 2.

Rendemen Rendemen atau persen perolehan minyak nilam dari jumlah sampel yang

didestilasi dipengaruhi oleh tekanan uap yang dilakukan selama peroses destilasi. Pada permulaan peroses destilasi, desti;lat sebagian besar terdiri dari komponen minyak bertitik didih rendah, selanjutnya diikuti oleh keluarnya minyak dengan titik didih yang lebih tinngi. 3

Massa jenis massa jenis merupakan perbandingan massa dari volume minyak pada suhu 25

o

C dengan berat akhir pada volume dan suhu yang sama. Cara ini9 dapat digunakan

untuk semua jenis minyak. Alat yang digunakan untuk menentukan massa jenis minyak adalah piknometer. 4

Indek Bias Pengujian indek bias dapat digunakan untuk menentukan kemurnian minyak.

Semakin panjang rantai karbon dan semakin banyak ikatan rangkap indeks bias akan bertambah besar. Pengujian ini dilakukan pada suhu 40 oC untuk lemak danpada suhu 25 oC untuk nilai indeks bias suatu jenis minyak dipengaruhi 0oleh suhu, yaitu pada suhu yang lebih tinggi indeks bias akan semakin kecil. Alat yang digunakan untuk menentukan indeks bias minyak aalah refraktometer. Penentuan indeks bias berperinsip pada penyinaran yang menembus dua medium yang berbeda, maka terjadi pembiasan/ perubahan arah sinar.


Tugas Akhir

9

2.4 Potensi Ekonomis Minyak Nilam Berbicara soal komoditi ekspor non migas, Minyak atsiri dari nilam salahsatu andalan. Bahkan negeri kita tercatat sebagai pengekspor minyak nilam terbesar di dunia. Meski populer di pasar internasional, anehnya minyak atsiri kurang akrap ditelinga kita. Apalagi masih sedikit yang mengenal sosok tanaman nilam dengan baik, padahal ini merupakan peluang isnis yang dapat diandalkan.

Gambar 1. Tanaman Nilam

Gambar 2. Tanamam nilam kering

Nilam sama sekali bukan nila (nama jenis ikan). Ia merupakan salah satu dari 150 – 200 spesis tanaman penghasil minyak atsiri. Di Indonesia sendiri terdaat sekitar 40 – 50 spesis pohon nilam. Tetapi baru sekitar 15 spesis yang diusahakan secara komersial. Minyak atsiri (minyak asiri) juga disebut minyak eteris atau minyak terbang (essential oil atau volatile). Dinamai demikian karena mudah terbang (menguap) pada suhu kamar (25 oC) tanpa mengalamio dekomposisi. Aroma minyak atsiri umumnya khas sesuai jenis tanamannya. Bersifat mudah larut dalam pelarut organik, tapi tidak larut dalam air. Tanaman nilam dikenal dengan nama komersial pogostemon patchouli atau pogostemon cablin BENTH, atau pogostemon mentha. Aslinya dari Pilipina , tapi sudah dikembangkan juga di Malasiya ,Madagaskar, Paraguay, brasil, dan Indonesia. Akoibat banyak ditanam di Aceh, kemudian juga di juluki nilam aceh.Varietas ini banyak dibudidayakan secara komersial. Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

Tugas Akhir

10

Daerah Istimewa Aceh , terutama Aceh Selatan dan Aceh Tenggara, masih menjadi sentra tanaman nilam terluas di Indonesia (Ditjen Perkebunan , 1997). Disusul Sumatra Utara (Nias, Tapanuli Selatan ) Sumatra Barat, bengkulu, Lampung, Jawa Tengah (Banyumas, Banjarnegara), dan jawa Timur (Tulungagung). Umumnya masih didominasi perkebunan rakyat bersekala kecil. Tanaman minyak nilam di preropinsi jawa barat terdapat dibeberapa daerah kabupaten,dan saat ini sudah berorientasi kearah perdagangan ekspor adalah jenis minyak nilam (patchouli oil). Untuk minyak nilam, daerah budidaya tersebae didaerah Tasik Malaya,Kuningandan

Garut.Sedangkan

alat penyullingan

minyaknilam yang

digunakan adalah sistem Destilasi dengan menggunakan mesin yang ramah lingkungan. Sebagai tanaman penghasil minyak atsiri yang bernilai ekonomi tinggi. Nilam bisa menjadi alternatifuntuk meningkatkan ekspor non migas. Terbukti minyak nilam telah tercatatsebagai penyumbang terbesar sebagai devisa negara etimbang jenis minyak atsir lainnya. Volume ekspor minyak nilam priode 1995 – 1998 mencapai 800 – 1500 ton, dengan nilai devisa AS S 18 – 53 juta, 50 % dari total devisa ekspor minyak atsiri indonesia. Secara keseluruhan indonesia memasok lebih dari 90 % kebutuhan minyak nilam dunia ( Nuryani Y.,2001 ). Berdasarkan laporan Marlet Studi Essential Oils and Oleorosin (ITC). Peroduksi minyak nilam dunia mecapai 500 – 550 ton per tahun. Peroduksi Indonesia sekitar 450 ton per tahun, kemudian disusul Cina (50 – 80 ton per tahun).Peruduk atsiri yang didominas Indonesia Salahsatu dterbesar diantaranya adalah minyak nilam.


Tugas Akhir

11

`Sebelum di ekspor, minyak nilam biasanya ditampung oleh ekseportir. Harga minyak nilam di pasaran lokal (ditingkat Agen ekseprtir) berkiosar Rp 200.000 – 250.000 per kilo gram (di New York, AS S 14 -23,5). Negara tujuan ekspornya meliputi Singapura, India, AS, Inggiris, Belanda, Perancis, jerman, Swiss dan Sipanyol. Adakalanya petani ( terutama yang tidak punya alat pnyuling ) menjual harga nilam dengan harga Rp 2000 per kg (kering) atau Rp 400 per kg (basah). penampungnya tidak lain petani pemilk ketrel penyuling. Dulu, sebelum petani mengenal alat penyuling. Yang diekspor adalah daun kering nilam. Alat penyuling mulai dikenal mulai tahun 1920-an. Minyak nilam Indonesia sangat digemari pasar Amerika dan Eropa. Terutama digunakan untuk bahan baku Industri pembuatan minyak wangi (sebagai pengikat bau atau fixative parfum), Kosmetik dan lain-lain. Komponen utama minyak nilam(diperoleh dari penyulingn daun nilam) beriupa Patchoully Alchol ( 45 – 50 % ),sebagai penerima utama. Bahan Industri kimia penting antara lain meliputi patchoully camphor, cadinene, benzaldehyde, eugenol dan cinnamic aldehyde. Tabel 1. Contoh hasil minyak nilam Karakteristik Kadar air. % (v/b) Kadar minyak Rendemen, % (v/b) Warna Berat jenis, 250C/250C Indeks bias, 250 C Putaran optik Kelarutan dalam alkohol 90 % Bilangan asam, % Bilangan ester, % Pathouli Alkohol, %

Hasil 23.0 2.60 1.60 Kuning 0.9625 1,5057 -550-120 larut 1 : 7.5 3.39 1.74 32.8 – 40.55

SNI 06 – 2385 – 1991

Kuning muda sampai coklat 0.943 – 0.983 1.506 – 1.516 (-470)-(-660) Larut jernih 1 :1-10 Maks. 10 Maks. 10 -

Sumber : Pabrik Penyulingan Minyak Nilam di Desa Cikondang Majalengka Sebuah referensi menyebutkan. Minyak nilambisa untuk bahan anti septik,anti jamur,anti jerawat, obat eksem dan bibir pecah-pecah, serta ketombe. Juga bisa Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

Tugas Akhir

12

mengurangi peradangan. Bahkan juga dapat menguangi kegelisahan dan depresi, atau membantu penderita insomnia (gangguan susah tidur). Makanya minyak ini sering dipakai untuk terapiaroma. Juga bersifat afrodisiak: meningkatkan gairah seksual. Bukan Cuma minyak nilamnya yang bermampaat, di India daun nilam kering digubakan sebagai pengharum pakaian dan permadani.selain itu, air rebusan atau jus daun nilam.Kabarnya, dapat diminum sebagai obat batuk dan asma. Remasan akarnya untuk obat rematik. Dengan cara dioleskan pada bagian yang sakit.bahkan juga manjur untuk obat bisuldan pening kepala. Kadar minyak nilam bervariasi. tergantung pada varietasnya. Nilam aceh (Pogostemon cablin). karna tidak berbunga, kadar minyaknya tinggi( 2.5 – 5 % ). Begitu juga sifat minyaknya disukai pasar jawa. Nilam jawa ( pogostemon heyneanus) karna berbunga kadar minyaknya rendah, ( 0,5 – 1,5 % ). Komposisi minyak atsirinya kurang diminati. Sedangkan nilam sabun ( Pogostemon hortensis ). Kadar minyaknya 0.5 – 1,5 % . dan jenis ini juga kurang disukai pasar. Oleh karna itu, Dengan berkembangnya industri minyak atsiri maka alat penyuling minyak atsiri merupakan potensi usaha yang dapat dikembangkan. 2.5

Perkembangan Ekspor Impor Dunia. Nilai impor dunia ( 91 negara pengimpor ) pada tahun 1996 berjumlah USS

475.598 ribu telah meningkatsekitar 7.02 % menjadi USS 508.964 ribu pada tahun 2000. demikian juga volumenya mencapai 35.201 tonpada tahun 1996 telah meningkat 59,28 % menjadi 56,067 ton pada tahun 2000. Nilai ekspor donia ( 71 negara peng ekspor ) pada tahun 1996 mencapai US$ 385.080 ribu dan pada tahun 2000 menjadi US$ 380.576 ribu atau menurun 1,2 % (sumber ITC). Trend ekspor dan impor beberapa negara pengeksepor dan pengimpor terbesar adalah :


Tugas Akhir

13

Tabel 2. Negara pengekspor dan pengimpor terbesar NO

Negara

Trend Impor

Negar

Pengimpor 1996 – 2000 (%) 1 USA Prance 3.5 2 Prance 1.9 3 United Kingdom -3.1 4 Germany -3.2 5 Switzliecht 1.2 6 Spain 1.9 7 Japan -4.7 8 Brazil 28.1 9 Italy 5.2 10 Netherland 1.7 11 Mexico 15.6 12 Hongkong 17.2 13 Canada 11.2 14 Ireland 11.7 Sumber: Satuan kegiatan pengembangan Ekspor

Trend Ekspor

Pengekspor 1996–2000 (%) Prance 0.1 China -3.1 Indonesia 3.2 USA 3.5 United Kingdom -5.5 Spain 7.6 Singapura 28.9 Germany 0.9 Switzliecht 0.4 Netherland 5.2 Australia -6.1 Turky 3.6 Maroco -5.6 Austria 0.8 Daerah-2004.”Peluang Pasar

Essential Oil. Disperindag-Jawa Barat.2003 Perkembangan ekspor dunia Essential Oil pada tahun 2002 mencapai US$ 500.071 ribu (33.183 ton) dan nilai impor dunia mencapai US$ 564.620. Tabel 3. Negara-negara pengimpor terbesar pada tahun 2002 Negara

Nilai Impor

Pertumbuhan Impor

Share In World

(Ribuan US$) 2001- 2002 (%) Import (%) USA 120,220 5 21 France 87.573 2 15 United Kingdom 48.149 13 8 Switzerland 36.237 8 8 Germany 32.906 15 6 Spain 29.411 13 5 Sumber : Satuan kegiatan pengembangan Ekspor Daerah-2004.”Peluang Pasar Essential oil”, Disperindag. Jawa Barat 2003.


Tugas Akhir

14

Tabel 4. Negara-negara pengekspor terbesar pada tahun 2002 Negara

Nilai Eksepor

Pertumbuhan ekspor

Share In World

(ribuan USS) 2001-2002 (%) Ekspor (%) France 93.842 0 28 Chine 50.517 2 10 Indonesia 47.940 -6 9 USA 34.011 3 6 United Kingdom 24.346 7 4 Singapura 21.090 16 4 Sumber: Satuan pengembangan kegiatan ekspor Daerah-2004. “Peluang Pasar Essential Oil”,Disperindag. Jawa Barat. 2003. Berdasarkan data ITC / Comtrade Statis nilai ekspor Indonesia untuk komuditi Essential oil (HS.330129) pada tahun 2000 mencapai US$ 36.799 ribu dan sehari Indonesia dalam total ekspor indonesia mencapai 8 % dibawah france ( 22 %) dan China (10 %). 2.6

Metode-metode Penyulingan Minyak Nilam Dalam peroses penyulingan minyak atsiri ada tiga metode yang digunakan

untuk menghasilkan minyak nilam yaitu metode destilasi air, destilasi air dan uap, serta destilasi uap. Untuk menentukan destilasi mana yang digunakan, kita harus mengetahui terlebih dahulu skala yang digunakan yaitu untuk instalasi skala kecil penggunaan metode penyulingan air dan uap lebih menguntungkan, sedangkan skala besar metode destilasi uap lebih menguntungkan, terutama untuk penyulingan bertitik didih tinggi. Sedangkan Metode-metode penyulingan minyak nilam yang biasa digunakan di pabrik-pabrik yang ada di Indonesia diantaranya yaitu : a.

Metode penyulingan air dan uap Salah satu keuntungan yang dimiliki metode air dan uap dibandingkan dengan

metode penyulingan uap langsung adalah kemungkinan terbentuknya jalur uap


Tugas Akhir

15

didalam ketel semakin kecil.Uap terbentuknya diatas permukaan air, sehingga uap tersebut berpenetrasi melalui bahan secara merata. Ketel uap dan air ditempatkan diatas dapur yang terbuat dari bahan tahan api, dan ketel yang dilengkapi dengan satingan (grid) ini sebagai penyangga bahan olah. Air yang terdapat dibawah grid dipanaskan dengan api langsung. Ketel ini juga dilengkapi dengan satu lubang pada bagian atas dan bagian samping untuk memudahkan pengisian bahan dan pengeluaran ampas. Bahan diisikan kedalam ketel sampai mampat untuk mencegah untuk mencegah timbulnya jalur uap. Volume bahan berkurang selama peroses penyulingan berlangsung. Diantara di dinding ketel dan isi ketel atau bahan olah. Terutama ketel yang tidak diberi insulasi akan terjadi kondensasi internal.dan kondensatnya yang mengandung zat-zat ekstraksif

non

volatil berwarna gelap yang ditampung dibawah grid pada sasar ketel dan dikumpulkan setelah beberapa penyulingan. Selanjutnya di anjurkan untuk membuang air dalam ketel dibawah grid. Setelah setiap partai bahan disuling kemudian diganti dengan air yang segar untuk peroses penyulingan berikutnya. Masing-masing ketel pada sistem penyulingan air dan uap. Membutuhkan sumber air yang terpisah. Oleh karna itu jumlah pemakaian bahan bakar relativ lebih besar daripada menggungakan satu ketel uap yang mensuplai uap untuk seluruh ketel. Penyulingan air dan uap ( dengan api langsung ) dapat direkomendasikan bahan yang disuling jumlah per harinya cukup kecil. Penyulingan dalam ketel berukuran sangat besar dengan sistem air dan uap. Dimana uap harus berpenetrasi jauh keseluruh bagian daun tidak akan menghasilkan rendemen minyak yang lebih tinggi dibanding dengan penyulingan uap langsung. b.

Penyulingan Didalam Godokan. Sistem penyulingan dalam godokan merupakan modifikasi dari penyulingan

air dan uap. Dapur api dan ketel air (water boiler) letaknya terpisah dari ketel suling. Kapasitas godokan bervariasi antara 400 sampai 4000 kg umpun. Ketel suling yang memuat lebih dari 1500 kg daun bersifat kurang ekonomis, dibanding dengan ketel


Tugas Akhir

16

yang memuat 1000 sampai 2000 kg bahan olah. Ketel-ketel penyulingan ukuran kecil membutuhkan waktu penyulingan lebih singkat. Pada peraklteknya penyulingan suatu partai bahan sebanyak 1000 sampai 1200 kg dilakukan 5 – 6 jam miskipun penyulingan uap dengan laju yang tinggi. c.

Penyuliingan Dengan Uap Langsung Penyulingan dengan uap langsung, Uap dihasilkan dalam ketel uap terpisah

yang dipanasi dengan kayu bakar. Dalam hal tekanan uap yang digunakan, dahulu orang yakin bahwa dengan uap tekanan uap tinggi memberikan hasil yang bai, misalnya dengan penggunaan tekanan uap 3 sampai 4 atmosfer, dianjurkan uap bertekanan 1 sampai 2 atmosfer atau 1/2 sampai 1 atmosfer (diatas tekanan atmosfer biasa). Kerugian akibat rendemen minyak yang rendah karna penggunan tekanan uap rendah yang menghasilkan mutu minyak yang cukup baik ternyata lebih besar daripada penggunaan tekanan uap tinggi yang akan menghasilkan mutu minyak yang kurang baik. Oleh karena itu, beberapa buah pabrik penyulingan masih lebih cendrung untuk menghasilkan rendemen minyak yang tinggi dari pada daripada minyak bermutu tinggi. Dengan cara menerapkan tekanan uap tinggi

atau

memperlama waktu peroses penyulingan. jika penyulingan dilanjutkan dalam waktu yang cukup lama. Maka seluruh minyak nilam yang terdapat didalam tanaman dan tersuling. Tetapi minyak yang dihasilkan mengandung unsur yang bernilai dalam jumlah kecil. Berdasarkan pengalaman selama bertahun-tahun, akhirnya para produsen mengetahui bahwa minyak bermutu baik dapat diperoleh dengan ccara penyulingan uap pada tekanan normal dan dengan membatasi lama penyulingan. Kini, ketel suling uap yang memuat 1000 sampai 1200 kg daun dapat disuling dengan bertekan 1/2 sampai 1 atmosfer (diatas tekanan atmosfer. Di ukur dalam ketel uap). Dan lama penyulingan tidak lebih dari tiga jam. lama pentyulingan tidak hanya bergantung pada tekanan uap. namun juga terhadfd faktor-faktor lain seperti kondisi (kadar air) bahan olah.


Tugas Akhir

17

Uap harus dapat berpenetras melalui seluruh bagian bahan dengan tekanan yang cukup, jika tidak demikian, maka tidak akan berlangsung penyulingan yang sempurna. dilain pihak, bila uap bergerak melalui bahan, akan dapat membentuk jalur uap. pada umumnya, tekan uap dalam ketel suling tidak boleh terlalu tinggi dengan alasan-alasan- pertama, karena kebanyakan ketel suling tidak dirancang untuk tahan pada tekanan uap tinggi. Kedua, karna minyak mengalami dekomposisi pada suhu tinggi, sebagaimana halnya komponen berbau wangi yang kontak terlalu lama dengan uap.


Tugas Akhir

18

BAB III RANCANGAN DESAIN Rumus-rumus yang digunakan dalam desain termal di bawah ini diambil dari buku J.P. Holman, Perpindahan Kalor, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1994. rumus yang diambil dari buku acuan lain akan diberi keterangan sendiri. 3. 1. Kareteristik Bahan Bahan yang didestilasi menggunakan daun nilam kering (Pogostemon Pacthouly) yang akan menghasilkan Pacthouly Oil. Kareteristik dari bahan yang akan di destilasi yaitu : Tabel 5. Kareteristik Bahan Karakteristik Spesifik Grafitasi pada 25°C/25°C Massa Jenis pada 25°C.ρ

Keterangan 0.9625 0.9625 x 1000 = 962.5 kg/m³ Spesifik Grafitasi. ρs = 0.9625 = ρ/ρH2O

Kalor Spesifik Bahan Kalor Laten Minyak Nilam Kadar Air Rendemen Titik Didih Pacthouly Alcohol

(acuan massa jenis air) 0.5 Btu/lb/°F =2093.4 J/kg.°C 846 kJ/kg 10 % (v/b) (ml/g) 1.6 % (vb/) (ml/g) 257°C 32.8 – 40.55 %

(GC/Gas Chromography) Kepadatan Bahan dalam Tangki 0.080 – 0.085 kg/ltr (standar Balittro) Sumber:Balittro (Balai Penelitian Tanaman Obat dan Aromatika)


Tugas Akhir

19

3. 2 Kesetimbangan Massa Tabel 6. Kesetimbangan Massa Asumsi

Jumlah

Nilam

Kering

/

kg

:

(Dalam kg) Zat / Komposisi

Solids

Air

Rendemen

Uap

Awal Nilam Kering 0.8846 0.1 0.0154 Air 3 Proses Nilam Kering 0.8846 0.1154 Air 1.16 1.84 Produk Nilam Kering o.8846 Air 1.16 Destilat Sumber:Balittro (Balai Penelitian Tanaman Obat dan Aromatika)

Total 1 3 1 3 0.8846 1.16 1.9554

3. 3 Kesetimbangan Kalor 3 .3.1 Kalor yang Dilepaskan Uap Air Karakteristik Air Destilasi ρair

: 1000 kg/m³

Luap air : 2257 KJ/kg (dari team tables pada 100°C. 1 atm) Cp

: 4184 J/kg ºC

Tair

: 26ºC

Tdidih

: 100ºC

Jumlah Kalor / Kilogram Uap Air = Kalor laten x massa uap air = 2257 kJ/kg x 0.1 (asumsi kalor laten diserap bahan per kg uap 10%) = 225.7 kJ 3. 3.2 Kalor yamg dibutuhkan untuk Menguapkan Air dan Rendemen dalam Bahan a. Kalor untuk Menguapkan Air / Kilogram Bahan jumlah Air / kg bahan = 0.1 kg


Tugas Akhir

20

Kalor laten dari uap air pada 100ºC, 1 atm (Water Steam Table) = 2257 kJ Suhu awal = 29ºC Jumlah Kalor = Kalor laten + Kalor sensible (dari 29ºC) = (2257 kJkg x 0.1 kg) + (0.1 kg x 4.4184 kJ/kgºC = 225.7 kJ + 29.7 kJ =255.4 kJ b. Kalor untuk Menguapkan Rendeman / Kilogram Bahan Massa Jenis pada 25ºC, ρ = 0.9625 x 1000 = 962.5 kg/m³ Kalor laten Minyak Nilam = 846 kJ/kg (asumsi) Tawal minyak = 30ºC Kalore spesifik daun nilam kering 0.5 Btu/lb/ºF = 2093.4 J/kg. ºC Jumlah kalor = Kalor laten (rendemen) + Kalor sensible bahan (dari 30ºC ke 100º) = (0.0154 kg x 846 kJ/kg) + [1 kg x 2.0934 kJ/kg.ºC x (100-30)ºC] = 13.0284 kJ + 146.538 kJ = 159.5664 kJ ≈ 160 kJ Kalor Total (a+b) = 255.4 kJ + 160 kJ = 415.4 kJ III. 3.3 Jumlah Uap Air yang Dibutuhkan per Kilogram Bahan Kering Jumlah uap / kg bahan = 415.4 / 225.7 = 1.84 kg Jika jumlah bahan 2 kg Uap ari yang dibutuhkan = 1.84 x 2 = 3.68 kg ≈ 3.68 liter ]3. 4

Desain Kondensor Bentuk Spiral 1 ( Coil Condenser / Reflux condenser)

3. 4.1 Kontruksi Kondensor Kondensor Bahan Tube = Copper Alloy Cu 90. Ni 10 (asumsi) d1

: 11.1 mm = 0.0111 m

d0

: 12.7 mm = 0.0127 m


Tugas Akhir

k=λ

21

: 41.84 W/m.ºC

Bahan Shell : Alumunium Alloy (asumsi A184.0. Cast or Tempered) Tebal

: 1 mm

Diameter

: 350 mm

Tinggi

: 400 mm

3.4.2 Menghitung Luasan Perpindahan Kalor Kondensor •

Persamaan Koefisien Perpindahan Kalor Kondensasi :

 Cp (Tuap − Tkondensat )  h fg ≡ h fg 1 + 0.68  h fg  

Nu ≡

hd cos α  ( ρ1 − ρg ) ρf g (d cos α )  =  k µk∆T  

 ( ρ f − ρ g ) ρ f h fg g (d cos α ) 3   h =  µk∆T   d cos α Diketahui : a. Tube Kondensor d1

= 11.1 mm = 0.0111 m

α

= 80 ( asumsi)

b. Sifat-sifat air pada suhu 1000C k

= 0.68 W/m.ºC

ρf

= 958.16 kg/m³

ρg

= 0.6 kg/m³

hfg

= 2.26 x 106 J/kg

g

= 9.8 m/s²

μ

= 2.27 x10-4 kg/m.s


1/ 4

.k

1/ 4

Tugas Akhir

Cp

22

= 4217 J/kg.ºC

4217(100 − 30 )   h fg ≡ 2.26 ⋅10 6 1 + 0.68 = 246.10 0J/kg 6  2.26 ⋅10    (958.16 − 0.6)958.16.2.46.10 0.9.8 (0.0111cos 8) 3   hf =  2.79.10 4. 0.68.(100− T )  0.0111cos 8

hf

=

1/ 4

.0.68

  (30222685)1 / 4 .0.68  1/ 4 1/ 4  ( 0 . 00019 ) ( 100 − T ) 38702.7 1   0.0111 cos 8 (100 − T )1 / 4

Tahanan thermal dibagian dalam persatuan panjang pipa: 1 1 1 = = = Ri = hi . Ai hi .2.π .ri hi .π .d i

•

1 38702.7 .3,14.0,0111 (100 − T )1 / 4

(100 − T1 )1 / 4 1349

Persamaan KoefisienPerpindahan Kalor Konveksi di Luar Tube :

u =

Re =

m

ρ⋅A duρ µ

h0 = Nu

(

k d

Nu = 0.43 + 0.50 Re

0.5

) Pr

0.38


 Pr f   Prw

  

0.25

untuk 1< Re <10³

Tugas Akhir

23

Diketahui : d0

= 12.7 mm = 0.0127 m

dtangki

= 350 mm = 0.35 m

m

= 0.04 kg/s (laju aliran air pendingin)

A

= 3.14 x (0.35/2)² = 0.0962m² (luas penampang tangki)

T∞

= 30ºC

Sifat-sifat air pada suhu 30ºC : ρ

= 995.26 kg/m³

μ

= 8.03 x 10-4 kg/m.s

Pr

= 5.41

k

= 0.62 W/m.ºC

u=

0.04 = 0.0004 m/s 995.26 ⋅ 0.0962

Re =

0.00127 ⋅ 0.0004 ⋅ 995.26 = 6.3 8.03 ⋅10 −4

 Pr f Nu = 0.43 + 0.50 ⋅ 6.30.5 5.410.38   Prw

(

)

(

)

Nu = 0.43 + 0.50 ⋅ 6.30.5 5.410.38 (1) h0 = 3.2. •

= 3.2

0.62 =158.8W / m 2 .0 C 0.0127

Tahanan temal di bagian luar per satuan panjang pipa :

Re = •

0..25

  Pr   asumsi  f  = 1, sehingga   Prw 

1

h0 ⋅ A0

=

1

h0 ⋅ 2 ⋅ π ⋅ r0

=

1 1 = = 0.158 W/m.ºC h0 ⋅ π ⋅ d 0 158.8 ⋅ 3.14 ⋅ 0.0127

Tahanan termal pipa untuk setiap satuan panjang pipa :


Tugas Akhir

24

(

)

r d ln 0  ln 0  ln 0.0127 r d1  0.0111 = 0.001512 m.ºC/W Rs =  1  =  = 2 ⋅π ⋅ k 2 ⋅π ⋅ k 2 ⋅ π ⋅ 41.84 •

Mencari suhu bagian dalam dinding pipa,T1 dan bagian luar pipa T0 :

(T

uap

− Ti )

R1

( T − T0 ) = ( T0 − T∞ ) = i Rs

1349 ⋅ (100 − Ti )

3

4

R0

=

(100 − Ti ) (100 − Ti ) 14

( Ti − T0 ) ( T0 − 30) 0.00512

=

0.158

1349

( Ti − T0 ) ( T0 − 30) 0.00512

=

=

0.158

1349 ⋅ (100 − Ti )

3

4

=

( Ti − T0 ) 0.00512

: 0,69

(T0 − 30) 308.6 = (T0 − Ti ) Ti dan T0 dicari dengan iterasi

(Ti − T0 ) (T0 − 30) = 0.000512 0.158 ; persamaan (i) dan (ii) : Ti = 90.78 ºC dan T0 = 99.55 ºC Maka : hi =

•

38702.7

(100 − 99.78) 14

= 56649.63 W/m².ºC

Perpindahan Kalor Menyeluruh :

U0 =

1 A0 1 A0 ln ( r0 / ri ) 1 + + Ai hi 2πkL h0

Diketahui: d0 = 0.0127m, U0 =

U 0=

1 d 0 1 d 0 ln ( d 0 / d i ) 1 + + d i hi 2k h0

d1 = 0.0111 m 1

0.0127 1 0.0127 ⋅ ln( 0.0127 / 0.0111) 1 + + 0.0111 56649.63 2 ⋅ 41.84 158.8


= 157.782

W/m².ºC

Tugas Akhir

•

Mencari Luasan Perpindahan Kalor Kondensor :

A=

Q (U 0 .∆Tlog )

Q = m × h fg ∆Ti.mh =

t 2 − t1 t −t log s 1 ts − t2

Diketahui : ts

=100 ºC

t1

= 27ºC

t2

= 40ºC

m

= 5 x 10-4 kg/s

hfg

= 2.43 x 106 J/kg

Q

= 0.0005 x 2.43 · 106 = 1220 W

∆TLMTD =

A=

40 − 27 = 66.3°C 100 − 27 log e 100 − 40

1220 = 0.1162m 2 (157.782 ∗ 66.3)

Jadi luasan perpindahan kalor yang diperlukan yaitu 0.1162 m² Panjang tube yang dibutuhkan yaitu 0.1162/(3.14 x 0.0127) = 2.9 m Panjang tube dengan factor koreksi 1.2 = 1.2 x 2.9 = 3.48 m Jika memasukkan faktor pengotor Rf = 0.0007 m2.0C/W:


25

Tugas Akhir

26

1 = 142.1 0.0127 1 0.0127 ⋅ ln ( 0.0127 / 0.0111) 1 + + + 0.0007 0.0111 56649.63 2 ⋅ 41.84 158.8 W/m².ºC 1220 A= = 0.129m 2 (142.1 ∗ 66.3) U0 =

Jadi luasan perpindahan kalor yang diperlukan yaitu 0.129 m² Panjang tube yang dibutuhkan yaitu 0.1162/(3.14 x 0.0127) = 3.24 m Panjang tube dengan factor koreksi 1.2 = 1.2 x 2.9 = 3.888 m 3. 5

Desain Kondensor Bentuk Spiral 2 (Stainless Steel Tube)

3.5.1 Kontruksi Kondensor Kondensor Bahan Tube = Stainless Steel (Cr 16-26, ni 8-36) d1

: 11.1 mm = 0.0111 m

d0

: 12.7 mm = 0.0127 m

k=λ

: 14.64 W/m.ºC

Bahan Shell : Alumunium Alloy (asumsi A184.0. Cast or Tempered) Tebal

: 1 mm

Diameter

: 350 mm

Tinggi

: 400 mm

3. 5.2 Menghitung Luasan Perpindahan Kalor Kondensor •

Persamaan Koefisien Perpindahan Kalor Kondensasi :

 Cp (Tuap − Tkondensat )  h fg ≡ h fg 1 + 0.68  h fg    ρ ( ρ − ρ v ) gk 3 h fg  h = 0.555   µd (Tg − Tw )  Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

1

4

Tugas Akhir

27

Diketahui : d1

= 11.1 mm = 0.0111 m

k

= 0.68 W/m.ºC

ρf

= 958.16 kg/m³

ρg

= 0.6 kg/m³

hfg

= 2.26 x 106 J/kg

g

= 9.8 m/s²

μ

= 2.27 x10-4 kg/m.s

ΔT

= Tuap – Tkondensat = (100 – 30)ºC

Cp

= 4217 J/kg.ºC

4217(100 − 30 )   h fg ≡ 2.26 ⋅10 6 1 + 0.68 = 2457729 J/kg 2.26 ⋅10 6  

(100 − T1 ) 1 1 1 R1 = = = = = 4 h1 ⋅ A h1 ⋅ 2 ⋅ π ⋅ r2 h1 ⋅ π ⋅ d1 2.15 ⋅10 ⋅ 3.14 ⋅ 0.0111 749.36 1 (100 − T1 ) 4 1

•

Persamaan KoefisienPerpindahan Kalor Konveksi di Luar Tube :

 958.16( 958.16 − 0.6 ) 9.8 ⋅ 0.68 3 ⋅ 2.26 ⋅10 6  h1 = 0.555  2.79 ⋅10 −4 ⋅ 0.0111(100 \ T1 )  

u =

Re =

m

ρ⋅A duρ µ

h0 = Nu

k d


1

4

2.15 ⋅10 4 = (100 − T1 )

1

4

Tugas Akhir

28

(

Nu = 0.43 + 0.50 Re

0.5

) Pr

0.38

 Pr f   Prw

  

0.25

untuk 1< Re <10³

Diketahui : d0

= 12.7 mm = 0.0127 m

dtangki

= 350 mm = 0.35 m

m

= 0.04 kg/s (laju aliran air pendingin)

A

= 3.14 x (0.35/2)² = 0.0962m² (luas penampang tangki)

T∞

= 30ºC

Sifat-sifat air pada suhu 30ºC : ρ

= 995.26 kg/m³

μ

= 8.03 x 10-4 kg/m.s

Pr

= 5.41

k

= 0.62 W/m.ºC

u=

0.04 = 0.0004 m/s 995.26 ⋅ 0.0962

Re =

0.00127 ⋅ 0.0004 ⋅ 995.26 = 6.3 8.03 ⋅10 −4

 Pr f Nu = 0.43 + 0.50 ⋅ 6.30.5 5.410.38   Prw

(

)

(

)

Nu = 0.43 + 0.50 ⋅ 6.30.5 5.410.38 (1) •

0..25

  Pr   asumsi  f  = 1, sehingga   Prw  = 3.2

Tahanan temal di bagian luar per satuan panjang pipa :

Re =

1

h0 ⋅ A0

=

1

h0 ⋅ 2 ⋅ π ⋅ r0


=

1 1 = = 0.158 W/m.ºC h0 ⋅ π ⋅ d 0 158.8 ⋅ 3.14 ⋅ 0.0127

Tugas Akhir

•

29

Tahanan termal pipa untuk setiap satuan panjang pipa :

(

)

r d ln 0  ln 0  ln 0.0127 r1  d1    0.0111 = 0.001465 W/m.ºC Rs = = = 2 ⋅π ⋅ k 2 ⋅π ⋅ k 2 ⋅ π ⋅14.64 •

Mencari suhu bagian dalam dinding pipa,T1 dan bagian luar pipa T0 :

(T

− Ti )

uap

=

R1

(100 − Ti ) 1 (100 − Ti ) 4

( Ti − T0 ) = ( T0 − T∞ ) Rs

=

R0

( Ti − T0 ) 0.001465

=

( T0 − 30) 0.158

749.36 749.36 ⋅ (100 − Ti )

3

4

=

( Ti − T0 ) 0.001465

=

( T0 − 30) 0.158

Ti dan T0 dicari dengan iterasi persamaan (i) dan (ii) : Ti = 90.5 ºC dan T0 = 98.834 ºC Maka : hi =

•

21500

(100 − 99.05) 14

= 25567.953 W/m².ºC

Perpindahan Kalor Menyeluruh :

U0 =

1 A0 1 A0 ln ( r0 / ri ) 1 + + Ai hi 2πkL h0


U 0=

1 d 0 1 d 0 ln ( d 0 / d i ) 1 + + d i hi 2k h0

Tugas Akhir

U0 =

1 = 156.24 0.0127 1 0.0127 ⋅ ln( 0.0127 / 0.0111) 1 W/m².ºC + + 0.0111 25567.953 2 ⋅14.64 158.8

Diketahui : d0

= 0.0127 m

di

= 0.0111 m

•

Mencari Luasan Diketahui :

ts

=100 ºC

t1

= 27ºC

t2

= 40ºC

m

= 5 x 10-4 kg/s

hfg

= 2.43 x 106 J/kg

Q

= 0.0005 x 2.43 · 106 = 1220 W

∆TLMTD =

A=

40 − 27 = 66.3°C 100 − 27 log e 100 − 40

1220 = 0.1173 m² (156.24 ∗ 66.3)

Jadi luasan perpindahan kalor yang diperlukan yaitu 0.1173 m² Panjang tube yang dibutuhkan yaitu 0.1173/(3.14 x 0.0127) = 2.94 m Panjang tube dengan factor koreksi 1.2 = 2.94 x 1.2 = 3.53 m


30

Tugas Akhir

31

Tabel 7. Hasil perhitungan KARAKTERISTIK YANG DIHITUNG Bagian yang dihitung

Simbol

KONDENSOR BENTUK SIPIRAL Jenis Material Tembaga Stainless

KONDENSOR BENTUK KOTAK

SATUAN

Jenis Material Tembaga Stainless

Diameter luar kondenser

do

0.0127

0.0127

0,0127

0,0127

m

Diameter dalam Kondenser

di

0.0111

0.0111

0.0111

0.0111

m

0,089

0.089

0.1180

0,1180

m2

2,46.106

2457729

2,46.106

2457729

J/kg

(100 − Ti )1 / 4 749,36

-

Luas penampang kondenser Pers.koefisien perpindahan kalor kondensasi Tahanan termal dibagian dalam persatuan panjang pipa

-Pers.koefisien p-erpindahan kalorkonveksi diluar tube

A hfg

(100 − Ti )1 / 4 749,36

Ri

(100 − Ti ) 1349

hi

38702,7 (100 − Ti )1 / 4

215.10 −4 (100 − T )

U

0,0004

0,0004

Re

6,3

NU

(100 − Ti 1349

-

38702,7 (100 − Ti )1 / 4

215.10 −4 (100 − T )

0,0004

0,0004

-

6,3

6,3

6,3

-

3,2

3,2

3,2

3,2

-

ho

158,8

158,8

158,8

158,8

W/m2.oC

Tahanan termal dibagian luar /satuan panjang pipa Tahanan termal untuksetiap panjang pipa Mencari suhu bagian dalam dinding pipa,Ti dan bagian luar pipa, To

Ro

0,158

0,158

0,158

0,158

W/m.oC

Rs

0,000512

0,001465

0,000512

0,001465

W/m.oC

Ti

98,834

99,55

98,834

99,55

hi

56,64963

25567,953

56,64963

25567,953

W/m2.oC

Perpindahan kalor menyeluruh

Uo

157,782

156,24

157,782

156,24

W/m2.oC

Mencari luasan perpindahan kalor kondensor

Q

1220

1220

1220

1220

W

∆ Tm

66,3

66,3

66,3

66,3

o

A

0,1162

0,1173

0,1162

0.1173

m2

Uo

140,84

142

140,84

142

W/m2.oC

A

0,13

0.129

0,13

0,129

m2

Jika dimasukkan faktor pengotor , Rf = 0,0007


o

C

C

Tugas Akhir

3.6

32

Pembuatan Alat Pemindah Kalor (Condenser)

3.6.1 Desain kondensor Model Sipiral Tube kondensor ini dibuat dengan bentuk spiral dengan beberapa lengkungan dalam arah vertikal dengan ukuran pipa ½ inchi dan panjang keseluruhan tube yang digunakan 225 cm. yang kedua ujung nya diberi nepel ½ inchi untuk di sambungkan pada pipa uap pada bagian atasnya, dan juga pada bagian bawah nya untuk di sambungkan pada kran keluaran kondensat, Untuk membentuk kondenser jenis ini di buthkan 8 buah knee leter U dan 1 buah leter L dan kemudian disambung dengan menggunakan lem besi hingga membentuk spiral berliku. Pada setiap sambungan di lapisi dengan siler dan alumunium poil untuk mencegah terjadinya kebocoran pada saat pengoperasian dari pada kondenser tersebut, Dalam bentuk model ini didesain menjadi dua buah yang masing-masing memakai 2 jenis material tembaga dan stainlees.

Gambar 3. tube kondensor spiral (Tembaga)


Tugas Akhir

33

Gambar 4. Tube Kondenser Bentuk spiral (Tstainless) 3.6.2 Desain Kondenssor model Kotak/Segi Empat Berliku. Model ini dibuat dengan bentuk model kotak/segiempat berliku dalam arah verikal.model ini memakai pipa

½ 1nchi dan panjang tube keseluruhan yang

digunakan 2.96 m dan knee leter L sebanyak 17 buah . bentuk ini juga, disambung dengan menggunakan lem besi dan juga dilapisi siler dan alumunim poil. Untuk jenis bentuk ini juga dibuat dua buah dengan dua jenis mareial yang berbeda stainleees dan tembaga dan kedua ujung pipanya juga diberi nepel ½ inchi untuk disambungkan pada pipa uap dan keluaran kondensat. Model ini dibuat dengan ketinggian yang sama dangan model spiral agar bisa dibongkar pasang pada saat penggunaan salah satu dari kondensor yang digunakan karna dari dua jenis model ini memakai satu bentuk ketel yang sama.


Tugas Akhir

34

Gambar 5. Kondensor Bentuk kotak (stainless)


Tugas Akhir

35

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1

Peroses penyulingan

4.1.1 Sumber Kalor Untuk melakukan penyulingan dengan metode kukus atau uap dan air diperlukan sumber kalor untuk mendidihkan air dan menguapkannya. Pada pengujian alat destilasi penyuling minyak nilam ini digunakan bahan bakar minyak tanah dan briket batu bara untuk mengubah uap air dalam ketel menjadi uap dengan jumlah yang telah diperkirakan sebelumnya dalam peroses desain alat. a).

Briket Batu Bara Bahan bakar ini merupakan sumber energi alternatif yang dapat digunakan

untuk peroses Industri baik rumah tangga maupun skala besar. Alam peroses penyulingan minyak nilam dapat digunakan briket sebagai bahan bakarnya sehingga tidak tergantung oleh bahan bakar minyak. Penggunan briket memang memasyarakat karna masih terbatas penggunaanyapada industri-industri tertentu dan juga belum banyak pabrik-pabrik memproduksinya. Briket terbuat dari serbuk batu bara yang di cetak / dpress dengan bentukbentuk-bentuktertentu. Untuk peroses penyalaanya dilakukan dalam tungku atau tempat penampung briket sebagai tempat pembakaran dan agar api yang menyala dapat lebih terarah. Pada awal peroses penyalaan memang cukup lama untuk membakar briket untuk sampai menjadi bara.sehingga diperlukan sumber panas awal sampai briket mencapai kondisi pembakaranya. Setelah briket menjadi bara maka peroses pembakaranya dapat berlanjut sampai menghasilkan nyala api yang setabil. Ketika nyala api briket sudah kontinyu dan kondisinya dijaga dalam tungku, maka bara dari briket dapat bertahan cukup lamatetapi untuk menghasilkan nyala api yang besar dibutuhkan jumlah briket yang sesuai dengan besar api yang di inginkan.


Tugas Akhir

36

Pada saat briket sudah menjadi bara, maka jika bara tersebut di matikan akan langsung berubah menjadi abu dan tidak dapat dibakar kembali seperti arang kayuatau batok. Sehingga peroses pembakaranharus terus menerus sampai brikethabis dengan sendirinya. Hal nilah yang menjadikan briket kurang peraktis untuk digunakan sewaktu-waktu atau untuk keperluan pembakaran ybang tidak terlampau lama.jenis vberiket bermacam-macam berdasarkan nilai kalor yang dihasilkanya. Penggunaan briket untukperoses penyulingan minyak nilam memang dapat diharapkan karna perosesnya yang cukup lama. Tetapi api dari briket cenderung tidak stabil dan tidak dapat diaturbesar kecilnya seperti api pada kompor minyak tanah , karena besar kecilnya api dapat mempengaruhi kualitas dari hasilpenyulingan. b).

Minyak Tanah Minyak tanah merupakan bahan bakar yang cukup banyak digunakan oleh

masyarakat karna cukup praktis penggunaanya dengan memakai kompor sumbu. Dan harganya lebih murah di bandingkan dengan jenis bahan bakar minyak lainnya atau gas elpiji. Walaupun pada saat akhir-akhir ini harganya cenderung naik. Dengan menggunakan kompor nyala api pada peroses penyulingan dapat dikontrol besar kecilnya dan cukup stabil penyalannya dibanding briket. Serta sewaktu-waktu dapat dapat dimatikan dan dinyalakan kembali dengan cepat, dengan kecenderungan naiknya harga bahan bakar minyak tanah sangat berpengaruh terhadap dunia industri. Terutama yang bersekala besar, oleh karna itu perlu di pertimbangkan penggunaanya berdasarkan besar kecilnya peroses yang berlangsung. 4.1.2 Bahan Penyulingan Bahan penyulingan yang digunakan berupa daun nilam kering dan juga termasuk batangnya dengan komposisi yang lebih sedikit. Untuk bahan yang berupa rumput-rumputan harus diberikan peroses awal yaitu pemotongan bahan menjadi


Tugas Akhir

37

ukuran yang lebih kecil-kecil agar bahan dapat masuk kedalam tanki bahan lebih optimal tanpa membentuk rongga-rongga yang cukup besar sehingga uap dapat berpenetrasi kedalam bahan lebih lama. Untuk bahan yang dapat disuling dalam kondisi kering,dilakukan peroses pengeringan dengan menjemur bahan di bawah sinar matahari dalam waktu yang tidak terlalu lama ( sinar matahari dibawah jam 12 siang )atau dengtan menggunakan alat pengering agar kadar air terdapat di dalamnya berkuang , sehingga uap akan lebih menyerap kedalam daun. Tetapi tidak semua bahan dapat disuling dalam kondisi kering seperti daun nilam, contohnya sereh wangi yang harus disuling setelah peroses pelayuan dalam waktu semalam, apabila daunnya sudah kering maka akan mudah hancur dan membusuk, sehingga apabila disuling tidak akan menghasilkan minyak. 4.2

Langkah-langkah Proses Penyulingan Sebelum melakukan penyulingan, terlebih dahulu harus di persiapkan

peralatan-peralatan terutama untuk mengalirkan air pendingin dari sumbernya dan juga pembuangan air pendingin, untuk itu hal-hal yang perlu diperhatikan yaitu: 4.2.1 Persiapan Alat a).

Tempat Alat penyuling sedapat mungkin diletakkan pada tempat yang dekat dengan

sumber air dan saluran pembuangan air pendingin serta terlindung dari hujan dan angin, agar peroses penyulingan tidak terganggu. b) .

Mengisi Air Penyuling Air penyuling diisi kedalam ketel sampai batas yang ada pada dinding ketel

apabila air penyuling diisi melebihi batas tersebut, maka akan memperlama waktu peroses penguapan dan air akan mengenai bahan yang berada pada dasar tanki bahan.


Tugas Akhir

c).

38

Memasukkan Bahan Bahan

dimasukkan

kedalam

tanki

bahan

dengan

terlebih

dahulu

menimbangnya dan kemudian tidak menekan terlalu padat bahan agar uap dapat berpnetrasi dengan baik. Kemudian setelah bahan dimasukkan kedalam tanki bahan, tanki bahan tersebut dimasukkan kedalam ketel uap dan ditutup rapat serta menguncinya dengan mur-baut sampai benar-benar kencang dan rappat agar uap tidak keluar dari ketel kelingkungan. d).

Mengatur Posisi Ketel Dengan Kondensor Setelah tutup ketel dikunci dengan mur- baut sampai rapat, ketel diletakkan

diatas sumber kalor, contohnya diatas kompor, dan mengatur posisinya dengan kondenser agar pipa uap dari ketel ke kondensor dapat dipasang dengan baik, setelah pengaturan posisi ketel dengan kondensor dilakukan, maka sumber kalor dinyalakan untuk memanaskan ketel bahan. e).

Memasang Pipa Uap Ketel-Kondensor Pipauap ketel-kondensor dipasangpada sisi keluaran uapdiatas tutup ketel dan

pada sisi masuk uap kekondensor. Pada kedua ujung dari pipa uap ketel- kondensor sebelum di kencang kan harus diberi ring perapat agar uap tidak keluar, kemudian mengencangkan nepel dengan kunci pas. f).

Memasukkan Air kedalam Ketel Kondensor Setelah pipa uap-kondensor dipasang air pendingin dimasukkan kedalam ketel

kaondenser dengan selang sampai seluruh tube kondensor terendam oleh air. Sedangkan pada bagian keluaran air pendingin juga dipasang selang dan keran, pada saat ini kran keluaran tersebut ditutup dahulu sampai air pendingin memenuhi kondensor.


Tugas Akhir

g).

39

Mengatur Aliran Air Pendingin Setelah kondensor telah terisi penuh dengan air, maka dilakukan pangaturan

air pendingin masuk dan keluar dari kondensor dengan cara mengatur bukaan kran dari sumber air dan keluaran air pendingin dari dalam kondensor sampai aliran masuk dan keluar dari kondensor menjadi konstan. 4.2.2

Proses Pendidihan Air Dalam peroses pendidihan air dalam ketel berlangsung krang lebih 50 sampai

60 menit dengan api kompor besar yang stabil. Tekanan dalam ketel yang digunakan pada peroses ini adalah 0 gauge. Sehingga air dalam ketel diharapkan akan mendidih pada suhu 100 oC. 4.2.3

Proses Kondensasi Peroses kondensasi terjadi setelah penyulingan berlangsung kurang lebih satu

jam. Indikasi jika ingin terjadi peroses kondensasi yaitu apabila sudah terjadi perpindahan kalor dari tube kondensor ke air pendingi dengan terlihatnya kenaikan pada display alat pengukur suhu digital yang disambungkan dengan thermokopel yang ditempatkan dalam air pendingin pada bagian atas kondensor. Apabila terjadi kenaikan suhu air pendingin yang cukup tinggi, maka aliran air pendingin masuk dan keluar dari kondensor harus di atur kembali sampai suhu air pendingin turun dan stabil pada suhu tertentu. 4.2.4

Proses Penampungan Kondensat Setelah terjadi peroses kondensasi dengan menetesnya air komndensat

kedalam alat penampung, maka kondensat tersebut semakin lama memenuhi alat penampung dan terlihat pemisahan antara minyak dan air karna adanya perbedaan massa jenis. Minyak dengan massa jenis yang lebih kecil daripada air akan berada diatas dan komponen-komponen lain yang ikut tersuling dengan massa jenis yang


Tugas Akhir

40

lebih besar dari air dan minyak akan turun di dasar penampung. Untuk penyulingan daun nilam kering terlihat pada hasil kondensat diatas air. Pada kondisi normal, semakin lama terlihat berwarna kuning kecoklatan dan menimbulkan aroma yang khas. Metode penampungan terdapat beberapa macam. Di antaranya yaitu dengan alat penampung yang pada bagian atasnya yaitu memiliki saluran untuk mengalirkan minyak yang sudah terkumpul diatas air langsung ketempat penampungan yang berbeds apabila tinggi kondensat telah mencapai sisi keluar saluran tersebut. Metode yang lain yaitu dengan membiarkan minyak berkumpul diatas air dalam alat penampung sampai peroses penyulingan selesai. Kemudian minyak yang berada diatas air akan diambil dengan menggunakan pipet. Tinggi level kondensat dijaga konstan dengan menggunakan saluran drain yang keluar dari bagian bawah alat penampung. 4.2.5

Proses Pengambilan minyak Setelah kondensat sudah berada didalam alat penampung sampai peroses

penyulingan selesai, minyak yang berada diatas air dikeluarkan dengan menggunakan pipet ukur untuk dipindahkan kedalam wadah sampel yang telah disiapkan sambil mengukur volume minyak yang dipindahkan. 4.3

Proses Pengambilan Data Pengujian Untuk mengetahui kerja kndisi dari alat penyuling minyak nilam, maka

dilakukan pengujian-pengujian untuk mengambil data-data operasi yang akan memberikan gambaran mengenai kinerja dari alat tersebut. Parameter-parameter yang diambil dari pengujian tersebut yaitu : a).

Air Penyuling Awal Dan Akhir Pada awal peroses penyulingan, air penyuling dalam ketel di ukur

ketinggiannya dari dasar ketel dan begitu juga setelah peroses penyulingan selesai.


Tugas Akhir

41

Ketinggian air penyulingan yang diukur dikonversi menjadi besaran volume dalam satuan liter. b).

Waktu Penyulingan Waktu penyulingan didapatkan dengan mencatat jam pada saat peroses

penyulingan dimulai dan juga pada peroses penyulingan selesai. c).

Berat Bahan Sebelum melakukan penyulingan terlebih dahulu bahan yang akan disuling

ditimbang terlebih dahulu agar mengetahui jumlah bahan yang dimasukkan kedalam tanki. d).

Jumlah Bahan Bakar Jumlah bahan bakar diketahui dengan mengukur tinggi minyak tanah dari

dasar penampung pada saat awal dan akhir pada peroses penyulingan, kemudian dengan mengetahui diameter penampung maka akan dapat diketahui volume minyak tanah yang digunakan berdasarkan besarnya penurunan ketinggian minyak tanah dalam penampung. e).

Suhu Lingkungan Suhu lingkungan di sekitar alat penyuiling

f).

Suhu Air Penyuling Suhu air penyuling diukur dalam ketel sebelum dilakukan peroses pemanasan.

g).

Laju Aliran Air Pendingin


Tugas Akhir

42

Laju aliran pendingin di ukur dengan menghitung jumlah volume air dalam liter yang keluar darai tanki kondenser dan ditampung dalam wadah takaran per satuan waktu. Sehingga akan didapat kan laju aliran aliran pendingin dalam liter/jam. h).

Suhu Air Pendingin Masuk Kondensor Suhu air pendingin masuk kondensor di ukur pada saluran pipa sebelum

masuk kondensor dengan menggunakan thermo kopel. i).

Suhu Air Pada Bagian atas Kondensor Parameter ini didapatkan dengan memasukkan ujung thermokopel pada

bagian atas air pendingin dalam tnki kondensor. J).

Suhu Air Pendingin Keluar Kondensor Suhu air pendingin keluar kondensor di ukur setelah pipa keluar air pendingin

pada bagian bawah kondensor. k).

Suhu Air Kondensat Suhu air kondensat di ukur pada bagian atas alat penampung setelah peroses

kondensi berjalan stabil/konstan. l).

Laju Air Kondensat Laju air kondensat di ukur pada saat uap air dan minyak mulai terkondensasi

dengan mencatat kenaikan kondensat pada alat penampung sampai batas bertemu danmencatat lamanya waktu yang diperlukan dalam peroses tersebut. Ketika kondensat

yang

dihasilkan

tidak

mengalami

kenaikan

lagai

dalam

alat

penampung/sudah mencapai level konstan, maka laju air kondensat di ukur pada saat kondisi tersebut tercapai sampai selesai peroses penyulingan dengan menghitung


Tugas Akhir

43

banyaknya air kandensat dalam ember yang keluar daei alat penampung selama peroses tersebut berlangsung. m).

Jumlah Minyak Yang Di Hasilkan Minyak diambil dari alat penampung dengan menggunakan pipet sambil

mengukur volumenya dan kemudian di masukkan dalam waqdah sampel. n).

Jumlah Rendemen Rendemen yang didapat berdasarkan jumlah minyak yang di hasilkan darai

peroses penyulingan dibagi dengan banyaknya bahan yang disuling dalam satuan liter/g atau ml/g dan dinyatakan dalam persen (%). 4.4

Data Pengujian Tabel 8. Percobaan 1 dan 2 kondenser bentuk spiral bahan tembaga

No

Parameter

Nilai

Satuan

Percobaan 1

Percobaan 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Bahan Baku Bahan Bakar Minyak Tanah Waktu Penyulingan Suhu Lingkungan Suhu Air Penyuling Air Penyuling Ketel (Awal) Air Penyuling Ketel (Akhir) Laju Air Pendingin Suhu Air Pendingin Masuk Suhu Air Pendingin Atas Suhu Air Pendingin Keluar Hasil Minyak Suhu Kondensat Laju Aliran Kondensat

1 1 4 30 27 7.5 3.8 58 27 47 31 15 33 1.2

2 1.3 4 30 27 7.5 3.8 58 27 45 30 39 30 1.3

kg liter jam o C o C liter liter liter/jam o C o C o C ml o C liter/jam

15

Rendemen

1.5

1.95

%


Tugas Akhir

44

Tabel 9. Percobaan 1 dan 2 bentuk spiral bahan stainless No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Parameter Bahan Baku Bahan Bakar Minyak Tanah Waktu Penyulingan Suhu Lingkungan Suhu Air Penyuling Air Penyuling Ketel (Awal) Air Penyuling Ketel (Akhir) Laju Air Pendingin Suhu Air Pendingin Masuk Suhu Air Pendingin Atas Suhu Air Pendingin Keluar Hasil Minyak Suhu Kondensat Laju Aliran Kondensat Rendemen

Nilai

Satuan

Percobaan

Percobaan 2

1 1 4 30 27 7.5 2.9 58 27 45 30 16 35 1.2 16

2 1.3 4 30 27 7.5 3.8 58 27 41 30 41 30 1.4 2.5

kg liter jam o C o C liter liter liter/jam o C o C o C ml o C liter/jam %

Tabel 10. Percobaan 1 dan 2 kondenser bentuk kotak bahan tembaga No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Parameter Bahan Baku Bahan Bakar Minyak Tanah Waktu Penyulingan Suhu Lingkungan Suhu Air Penyuling Air Penyuling Ketel (Awal) Air Penyuling Ketel (Akhir) Laju Air Pendingin Suhu Air Pendingin Masuk Suhu Air Pendingin Atas Suhu Air Pendingin Keluar Hasil Minyak Suhu Kondensat Laju Aliran Kondensat Rendemen


Nilai

Satuan

Percobaan 1

Percobaan 2

1 1.5 4 30 27 7.5 4 58 27 42 30 18 33 1.2 1.8

2 1.5 4 30 27 7.5 3.5 58 27 45 30 32 30 1.2 1.6


Tugas Akhir

45

Tabel 11. Percobaan 1 dan 2 bentuk kotak bahan stainless. No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Parameter

Nilai

Satuan

Percobaan 1

Percobaan 2

1 1 4 30 27 7.5 4.5 58 27 42 30 21 35 1.1 2.1

2 1.3 4 30 27 7.5 4 58 27 44 30 32 30 1.4 1.16

Bahan Baku Bahan Bakar Minyak Tanah Waktu Penyulingan Suhu Lingkungan Suhu Air Penyuling Air Penyuling Ketel (Awal) Air Penyuling Ketel (Akhir) Laju Air Pendingin Suhu Air Pendingin Masuk Suhu Air Pendingin Atas Suhu Air Pendingin Keluar Hasil Minyak Suhu Kondensat Laju Aliran Kondensat Rendemen


Tabel 12. Percobaan 1 pada bentuk Kondenser spiral dengan arah vertikal No

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Parameter

Bahan Baku Bahan Bakar Minyak Tanah Waktu Penyulingan Suhu Lingkungan Suhu Air Penyuling Air Penyuling Dalam Ketel (awal) Air Penyuling Dalam Ketel (akhir) Laju Air Pendingin Suhu Air Pendingin Masuk Suhu Air Pendingin Atas Suhu Air Pendingin Keluar Hasil Minyak Suhu Kondensat Laju Aliran Kondensat Rendemen


Kondenser Bentuk Spiral Tembaga

Stainless

1 1 4 30 27 7,5 3.8 58 27 47 31 15 33 1.2 1.5

1 1 4 30 27 7,5 4 58 27 45 30 16 35 1.2 1.6

Satuan

kg Liter jam 0 C 0 C liter liter lter/jam 0 C 0 C 0 C ml 0 C liter/Jam %

Tugas Akhir

46

Tabel 13. Percobaan 1 pada bentuk kotak dengan arah vertikal No

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Parameter


Kondenser Bentuk Kotak Tembaga

Stainless

1 1 4 30 27 7,5 4.5 58 27 42 30 18 33 1.2 1.8

1 1 4 30 27 7,5 4.5 58 27 42 30 21 35 1.1 2.1

Satuan

kg liter jam 0 C 0 C liter liter liter/jam 0 C 0 C 0 C ml 0 C liter/jam %

Tabel 14. Percobaan 2 pada bentuk spiral dengan arah vertikal No

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Parameter



Kondenser Bentuk Spiral Tembaga

Stainless

2 1.3 4 30 27 7.5 4 58 27 45 30 39 30 1.2 1.95

2 1.3 4 30 27 7.5 3.8 58 27 41 30 41 30 1.4 2.5

Satuan

kg liter jam 0 C 0 C liter liter liter/jam 0 C 0 C 0 C ml 0 C liter/Jam %

Tugas Akhir

47

Tabel 15. Percobaan 2 pada bentuk kotak dengan arah vertikal No

Parameter

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Kondenser Bentuk Kotak Tembaga

Stainless

2 1.3 5 30 27 7.5 4 58 27 45 30 32 30 1.2 1.6

2 1.3 5 30 27 7.5 4 58 27 44 30 32 30 1.4 1.6


4.5

Satuan

kg Liter jam 0 C 0 C liter liter liter/jam 0 C 0 C 0 C ml 0 C liter/Jam %

Kenaikan Suhu Air Penyuling dalam ketel. •

Jumlah air Penyuling

•

Suhu Lingkungan

•

Pemakaian Minyak Tanah

=

=

7.4

liter

=

25

0.36

liter

o

C

Tabel 16. Kenaikan Suhu Air Penyuling dalam ketel terhadap waktu. Menit ke 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

Suhu air penyuling (0 C) 23 35 45 54 64 74 81 88 94 97

Tugas Akhir

48

50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 4.6

Analisa

4.6.1

Proses Desain Alat

97 98 97 96 96 96 96 96 96 96 96

Dalam melakukan proses desain, data-data mengenai properties bahan, Baik bahan baku penyiulingan maupun bahan pembuatan alat di asumsikan dengan menggunakan referensi yang mungkin mendekati properties bahan sebenarnya, sehingga dalam perhitungan desain di masukkan faktor koreksi untuk menghindari hasil yang berada dibawah spesifikasi yang di butuhkan. Rumus-rumus yang digunakan juga merupakan rumus-rumus emperis dari buku-buku referensi yang dapat menyatakan suatu proses perpindahan kalor dalam kondisi tertentu yang mendekati kondisi operasi alat yang akan dibuat. Ketel yang dibuat menggunakan bahan alumunium, sehingga tidak memakai las untuk menyambung plat melainkan dengan melipat plat yang di sambung kemudian di press. Oleh karna itu tekanan operasi yang digunakan 0 gauge, Karna apabila terdapat tekanan yang cukup besar dalam ketel, di perkirakan akan terjadi kebocoran pada lipatan-lipatan sambungan pada ketel. Kebocoran-kebocoran pada alat terjadi karna tidak rapatnya sambungan yang terdapat pada pipa, khususnya pada tube kondenser karna sambungan pada pipa tersebut dilekatkan dengan lem yang bagian atasnya di tambal dengan siler untuk mencegah kebocoran-kebocoran yang tidak di inginkan dan ditutup dengan menggunakan alumunium poil. Selain itu kebocoran juga dapat terjadi pada lipatanTeknik Mesin Universitas Mercu Buana

Tugas Akhir

49

lipatan yang kurang rapat. Sehingga untuk mengantispasinya digunakan lem perapat pada bagian-bagian yang kemungkinan terjadi kebocoran. 4.6.2

Data hasil pengujian Berdasarkan percobaan-percobaan yang telah dilakukan dengan menggunakan

tube kondenser tembaga. ternyata uap air dan minyak dapat terkondensasi walaupun dengan kecepatan uap yang lebih rendah dari perkiraan sebelumnya. Ketel yang dibuat menggunakan bahan alumunium, sehingga tidak memakai las untuk menyambung plat melainkan dengan melipat plat yang di sambung kemudian di press. Oleh karna itu tekanan operasi yang digunakan 0 gauge, Karna apabila terdapat tekanan yang cukup besar dalam ketel, di perkirakan akan terjadi kebocoran pada lipatan-lipatan sambungan pada ketel. Kebocoran-kebocoran pada alat terjadi karna tidak rapatnya sambungan yang terdapat pada pipa, khususnya pada tube kondenser karna sambungan pada pipa tersebut dilekatkan dengan lem yang bagian atasnya di tambal dengan siler untuk mencegah kebocoran-kebocoran yang tidak di inginkan dan ditutup dengan menggunakan alumunium poil. Selain itu kebocoran juga dapat terjadi pada lipatanlipatan yang kurang rapat. Sehingga untuk mengantispasinya digunakan lem perapat pada bagian-bagian yang kemungkinan terjadi kebocoran. Penggunaan tube kondenser dari tembaga memungkinkan untuk mendapatkan luasan perpindahan kalor yang lebih besar, Karna tube tembaga dapat dibentuk menjadi helical tube sehingga ruangan dalam tanki kondenser dapat dimamfaatkan dengan lebih optimal. Selain itu, Tembaga juga memiliki koefisien konduktivitas kalor yang cukup besar.tetapi material tembaga lebih mudah teroksidasi dibandingkan dengan stainless steel. Sehingga diperkirakan material ini akan bereaksi dengan minyak yang akan menyebabkan kondisi pisik minyak menjadi kurang baik.


Tugas Akhir

50

BAB V PENUTUP 5.1

Kesimpulan Dari perbandingan Percobaan-percobaan yang telah dilakukan dapat diambil

suatu kesimpulan sebagai berikut : 1. Kualitas (kondisi fisik minyak nilam) dan kuantitas minyak, khususnya minyak nilam yang diperoleh dari peroses penyulingan sangat dipengaruhi oleh kondisi bahan baku yang akan disuling. Apabila pada daun sudah timbul jamur dan membusuk, akan mempengaruhi minyak yang dihasilkan dan minyak menjadi keruh akibat timbulnya endapan-endapan. 2. Banyaknya bahan yang akan disuling mempengaruhi tingkat kepadatan bahan dalam tanki bahan. Sehingga mempengaruhi proses penetrasi uap kedalam bahan. 3. Pemakaian bentuk model kondenser bisa mempengaruhi rendemen minyak yang dihasilkan biasanya semakin panjang pipa kondenser yang digunakan hasil kondensatnya lebih sedikit tapi mempunyai rendemen yang lebih baik dibandingkan dengan pemakaian pipa yang lebih pendek. 4. Hasil minyak yang dihasilkan tube kondenser bahan stainless lebih jernih. kondenser yang memakai bahan tembaga menghasilkan minyak yang lebih keruh. Sehingga kualitas minyak yang diperoleh memakai kondenser bahan stailness lebih baik dari tembaga. karna pipa tembaga lebih mudah terkontaminasi dengan minyak diatas suhu 100 oC dan hal itu dapat mempengaruhi kualitas dari minyak. 5. Penggunaan pipa tembaga untuk jalur uap dan kondenser di indikasikan sebagai salah satu faktor penyebab keruhnya minyak yang dihasilkan. 6. Air kondensat keluar, rata-rata setelah proses penyulingan berlangsung selama 1 jam


Tugas Akhir

51

7. Laju minyak yang dihasilkan cukup banyak pada satu jam pertama setelah air kondensat keluar. 8. Suhu kondensat akan dipengaruhi oleh laju air pendingin kondenser. 9. Peningkatan suhu air pendingin dipengruhi oleh laju air pendingin kondenser. 10. Dalam kondenser terjadi proses kondensasi uap dan juga pendinginan kondensat. 11. Agar proses penyulingan lebih efektif dan efisien, banyaknya air dalam ketel harus disesuaikan dengan lamanya waktu proses penyulingan.dan memberi isolasi pada dinding ketel serta dinding pipa uap. 12. Penggunaan briket dalam proses penyulingan membutuhkan biaya lebih murah dibandingkan dengan penyulingan menggunakan minyak tanah tetapai proses penyulingan menjadi lebih lama. 13. Alat penyuling dengan kapasitas kecil dapat dibuat dengan menggunakan bahan alumunium untuk ketel uap , tanki bahan dan tanki kondensernya karna lebih murah dibandingkan dengan bahan stainlesss steel. 14. Alat penyuling yang dibuat dengan skala kecil/lab kurang cocok digunakan untuk menghasilkan minyak secara massal karna kurang ekonomis, tetapi dapat digunakan dirumah untuk menghasilkan minyak atsiri jenis lain dari bahan baku yang berbeda untuk keperluan sendiri / percobaan-percobaan. 5.2

Saran Untuk mengembangkan alat penyuling minyak nilam dengan skala kecil/lab yang telah dibuat dapat disarankan hal-hal sebagai berikut : 1. Memperbaiki kebocoran-kebocoran pada alat terutama pada bagian perapat pada tutup ketel uap dan sambungan-sambungan pipa uap, karna dengan adanya kebocoran uap, akan sangat mempengaruhi jumlah minyak yang dihasilkan.


Tugas Akhir

52

2. Proses penyulingan sebaiknya dilakukan ditempat yang terlindung dari angin, karna akan mengganggu sumber kalorsehingga proses penyulingan menjadi tidak stabil. 3. Memperbaiki posisi thermo kopel pada alat agar lebih stabil. 4. Bahan yang disuling sebaiknya berasal dari sumber yang sama agar kualitasnya tidak jauh berbeda dan pastikan bahwa bahan baku tidak dicampur dengan tanaman yang berbeda serta tidak terdapat jamur pada bahan. Karna akan mengurangi minyakyang dihasilkan. 5. Mengganti sistem pengunci mur-baut pada tutup ketel dengan yang lebih peraktis 6. Menggunakan bahan perapat yang lebih tebal pada penutp ketel untuk meminimalisir kebocoran uap.


Tugas Akhir

53

DAFTAR PUSTAKA 1. Guenther, Ernest, “Minyak Atsiri (Vol. I)” , Universitas Indonesia Press, Jakarta, 1994 2. Holman, J.P.,”Perpindahan Kalor”, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1994 3. Koestoer, Raldi A., “Perpindahan Kalor Untuk Mahasiswa Teknik”, Salemba Teknika, 2002 4. Yusanto, NG., Pengaruh Variasi Massa Daun Dan Batang Nilam Terhadap Rendemen Dan Waktu Kritis Yang Dihasilkan, Skiripsi S1 Jurusan Teknik Mesin UNTAR, Jakarta, 2000 5. Kataren S., dan Djatmiko B. Minyak Atsiri Bersumber Dari Daun, Depertemen Teknologi Pertanian Fatameta IPB, Bogor, 1978


Tugas Akhir

54

LAMPIRAN


PERBANDINGAN EFEKTIVITAS MATERIAL DAN BENTUK PENAMPANG PEMINDAH KALOR PADA ALAT DESTILASI MINYAK POHON NILAM

Recommend Documents