Tugas Akhir
RANCANG BANGUN PERALATAN DESTILASI MINYAK ATSIRI DENGAN BAHAN DASAR DAUN NILAM Tugas Akhir ini Disusun Sebagai Salah Satu Persyaratan Meraih Gelar Sarjana Program Studi S1 Jursan Teknik Mesin
Disusun Oleh : RUDI TAHIYAN 01301-093
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2007
LEMBAR PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama
: Rudi Tahiyan
Nim
: 01301-093
Jurusan
: Teknik Mesin
Fakultas
: Teknologi Industri
Judul Tugas Akhir
: Rancang Bangun Peralatan Destilasi Minyak Atsiri dengan Bahan Dasar Daun Nilam
Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir ini Adalah benar hasil karya saya sendiri bukan salinan atau duplikat dari karya orang lain, kecuali kutipan-kutipan referensi yang telah disebutkan sumbernya Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya atas perhatiannya saya ucapkan Trima Kasih.
Jakarta 23 agustus
Penulis
LEMBAR PENGESAHAN Rancang Bangun Peralatan Destilasi Minyak Atsiri dengan Bahan Dasar Daun Nilam
Nama
: Rudi Tahiyan
Nim
: 01301-093
Jurusan
: Teknik Mesin
Fakultas : Teknologi Industri
Tugas ini telah diperiksa dan disetujui oleh: Mengetahui
Pembimbing 1
Pembimbing 2
( Nanang Ruhyat. St)
( Ir.Ariosuko Dh)
Koordinator Tugas Akhir
(Nanang Ruhyat. St)
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. Bapak dan Ibu (alm) tercinta dan Kaka saya yang telah memberikian moril maupun material serta dorongan yang tak pernah pudar. 2. Bapak Ir. Yuriadi Kusuma selaku dekan Fakultas Teknologi Industri. 3. Bapak Nanang Ruhyat. St. MT Selaku dosen Pembimbing 1, sekaligus sebagai Koordinator Tugas Akhir ini.
4. Bapat Ir. Ariosuko Dh Selaku dosen pembimbing 2 Tugas akhir ini. 5. Semua Dosen Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu dan pengetahuannya kepada 6. Teman-teman Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Khususnya Angkatan 2001 Universitas Mercu Buana. 7. Teman-teman di Scudeto Band, kita yakinkan bahwa kita bisa melangkah maju ke depan meraih cita-cita kita. 8. Teman-teman di Fron Indonesia Semesta (FIS). 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
Abstrak Minyak atsiri merupakan minyak yang diekstrak dari tanaman yang memiliki banyak kegunaan, terutama dalam industri farmasi, kosmetik, dan aroma terapi untuk kesehatan. Untuk itu perlu dikembangkan alat destilasi minyak atsiri agar minyak atsiri lebih memasyarakat dan sumber daya alam dalam bidang perkebunan dapat lebih termanfaatkan. Untuk tujuan tersebut di atas, maka dibuat alat destilasi minyak atsiri skala kecil/lab dengan menggunakan bahan yang lebih murah agar terjangkau oleh masyarakat yang ingin memproduksi sendiri minyak atsiri atau melakukan percobaan-percobaan dalam rangka pengembangan proses destilasi minyak atsiri. Perbandingan jumlah minyak yang dihasilkan dengan jumlah bahan baku sangat berbanding jauh, jika bahan baku yang didestilasikan sebanyak 2 (dua) kg, maka minyak yang dihasilkan hanya 40 x 10-3 m3 (40 ml). Dari hasil percobaan proses destiasi menggunakan alat yang telah dibuat, dapat disimpulkan bahwa kualitas minyak tergantung dari kondisi bahan baku, kepadatan bahan baku, jenis material alat dan lamanya proses destilasi.
Daftar Isi Halaman LEMBAR PERNYATAAN
..................................................................
ii
LEMBAR PENGESAHAN
..................................................................
iii
..............................................................................
iv
......................................................................................................
vi
...................................................................................................
vii
Daftar Gambar ...........................................................................................
viii
Daftar Tabel
..............................................................................................
ix
Nomenklatur
.............................................................................................
x
KATA PENGANTAR Abstrak Daftar Isi
BAB I PENDAHULUAN
.........................................................................
1
I.1 Latar Belakang ...............................................................................
1
I.2 Tujuan ............................................................................................
1
I.3 Batasan Masalah
..........................................................................
2
I.4 Metodologi Penulisan ....................................................................
2
I.5 Sistematika Penulisan ....................................................................
4
BAB II DASAR TEORI
..........................................................................
5
II.1 Minyak Atsiri .............................................................................
5
II.2 Potensi Ekonomis Minyak Atsiri (Minyak Nilam) ....................
5
II.3 Perkembangan Ekspor Impor Dunia
9
.........................................
II.4 Metode – metode Destilasi Minyak Atsiri
................................
BAB III DESAIN TERMAL DAN PEMBUATAN ALAT
11
....................
15
III.1 DESAIN TERMAL .................................................................
15
III.1.1 Karakteristik Bahan
........................................................
15
III.1.2 Kesetibangan Massa
........................................................
16
III.1.3 Kesetimbangan Kalor ........................................................
16
III.1.3.1 Kalor Yang Dilepaskan Uap Air
............................ 16
III.1.3.2 Kalor Yang Dibutuhkan untuk Menguapkan Air dan Rendemen dalan Bahan
.................................. 17
III.1.3.3 Jumlah Uap Air yang Dibutuhkan per Kilogram Bahan Kering
........................................................
17
...................................................................
17
III.1.4.1 Kontruksi Ketel .....................................................
17
III.1.4.2 Penentuan Luas Area Perpindahan Kalor Ketel .....
18
III.1.4 Desain Ketel
III.1.5 Tebal Isolasi
..................................................................
III.1.6 Desain Kondensor (Satainless Steel) III.1.6.1 Kontruksi Kondensor
20
.............................
23
...........................................
23
III.1.6.2 Menghitung Luasan Perpindahan Kalor Kondensor
............................................................
23
...........................................................
29
III.2 PEMBUATAN ALAT
III.2.1 Komponen – komponen Utama Alat
..............................
III.2.2 Komponen – komponen Pendukung Alat
29
.......................
33
...................................
36
...........................................................
36
IV.1.1 Sumber Kalor ....................................................................
36
BAB IV PROSES DESTILASI DAN ANALISA IV.1 PROSES DESTILASI
IV.1.1.1 Minyak Tanah IV.1.2 Bahan Destilasi
........................................................
36
................................................................ 36
IV 1.3 Langkah – langkah Proses Destilasi ................................ IV.1.3.1 Persiapan Alat
........................................................
IV 1.3.2 Proses Pendidihan Air
37 37
............................................
38
IV.1.3.3 Proses Kondensasi ..................................................
38
IV.1.3.4 Proses Penampungan Kondensat
............................ 39
IV.1.3.5 Proses Pengambilan Minyak .................................... 39 IV.1.4 Proses Pengambilan Data Operasi .................................... 40 IV.1 5 Data Proses Destilasi ......................................................... 42 IV.2 ANALISA ................................................................................. 44 IV.2.1 Proses Desain Alat ............................................................ 44 IV.2.2 Pembuatan Alat ................................................................ 44 IV 2.3 Proses Destilasi Minyak Atsiri .......................................... 45 IV.2.4 Hasil Destilasi Minyak Atsiri ............................................ 45
IV.2.5 Perhitungan Ekonomis ..................................................... BAB V PENUTUP
48
..................................................................................... 50
V.1 Kesimpulan ................................................................................
50
V.2 Saran ........................................................................................... 51 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
................................................................................. 52
................................................................................................ 53
Daftar Gambar Halaman Gambar 2.1 Tanaman Nilam ........................................................................
8
Gambar 2.2 Nilam Kering .............................................................................
8
Gambar 3.1 Ketel Uap
................................................................................
29
Gambar 3.2 Tangki Bahan Baku ..................................................................
30
Gambar 3.3 Penutup Ketel Uap ....................................................................
30
Gambar 3.4 Pipa Ketel Uap – Kondensor
31
Gambar 3.5 Tube Kondensor
..................................................
...................................................................... 31
Gambar 3.6 Tangki Kondensor
................................................................... 32
Gambar 3.7 Pemisah Air – Minyak Sederhana ............................................
32
Gambar3.8 Nepel sok ¾”, Water Mur ¾”, Double Nepel ¾”, Knee derat ¾”
..........................................................................
34
Gambar 3.9 Thacometer ............................................................................... 35 Gambar 4.1 Penampung Kondensat
............................................................ 39
Gambar 4.2 Minyak Hasil Destilasi
............................................................ 40
Daftar Tabel Halaman Tabel 2.1
Contoh hasil minyak nilam yang dihasilkan oleh pabrik Destilasi di desa Cikondang, Majalengka .............................
Tabel 2.2
Trend impor dan ekspor negara – negara terbesar di Dunia .......................................................................................
Tabel 2.3
10
Negara – negara pengimpor terbesar di dunia pada tahun 2002 .............................................................................
Tabel 2.4
8
10
Negara – negara pengeskpor terbesar di dunia pada tahun 2002 ..............................................................................
11
Tabel 3.1
Karakteristik bahan
...............................................................
15
Tabel 3.2
Kesetimbangan Massa .............................................................
17
Tabel 3.3 Hasil Perhitungan
...................................................................
28
Tabel 4.1
Percobaan 1 ..............................................................................
42
Tabel 4.2
Percobaan 2 ..............................................................................
42
Tabel 4.3
Kenaikan Suhu Air Destilasi dalam Ketel terhadap Waktu (Bahan Bakar Minyak Tanah, dengan Isolasi)
Tabel 4.4
Perbandingan percobaan 1 dan 2
.....................
43
..........................................
45
NOMENKLATUR Simbol Ao
Keterangan Luasan permukaan pipa bagian luar
Ai
Luasan permukaan pipa bagian dalam
Cl
Kalor spesifik zat cair jenuh
Satuan m² m² J/kg.°C
C, m
Konstanta untuk permukaan isothermal
-
C sf
Konstanta gabungan fluida-permukaan
-
g
Gr f
Percepatan grafitasi Bilangan Grashof (pada kondisi film)
m/s² -
h ho
Koefisien kondensasi rata-rata Koefisien perpindahan kalor konveksi
W/m².°C W/m².°C
hi
Koefisien perpindahan kalor kondensasi
W/m².°C
h fg
Enthalpy penguapan
k L Nu f
Konduksi fluida jenuh Panjang pipa Bilangan Nusselt (pada kondisi suhu film)
Pl
Tekanan zat cair
Pr l
Angka prandtl
Pv
Tekanan uap di dalam gelembung
q/ A
Fluks kalor per satuan luas
J/kg W/m².°C m Pa Pa W/m²
ro
Jari-jari luar pipa
m
ri
Jari-jari dalam pipa
m
Ra Rf to
Bilangan Rayleigh Tahanan pengotoran Suhu air pendingin keluar
°C
ti
Suhu air pendingin masuk
°C
Tf
Suhu dievaluasi pada kondisi film
°C
Ts
Suhu permukaan solid
°C
ts
Suhu uap jenuh
°C
Tsat
Suhu jenuh
°C
Τw
Suhu dinding
°C
T∞
Suhu dievaluasi pada kondisi arus bebas
°C
Uo
Koefisien perpindahan kalor menyeluruh
W/m².°C
∆Τe
Excess temperature
°C
∆Tm
Beda suhu rata-rata logaritmik
°C
∆x
µl
Tebal dinding Viskositas zat cair
m kg/m.s
ρl
Densitas zat cair jenuh
kg/m³
ρν
Densitas uap jenuh
kg/m³
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Dalam industri makanan dan minuman, wewangian serta obat-obatan memerlukan minyak atsiri sebagai bahan pencampur yang terus berkembang penggunaannya, sejalan dengan meningkatnya industri-industri tersebut di atas. Indonesia merupakan Negara yang subur dan banyak tempat yang cocok untuk membudidayakan tanaman yang dapat menghasilkan minyak atsiri. Minyak atsiri kurang dikenal secara luas penggunaannya, manfaat dan juga nilai ekonomisnya. Oleh karena itu penanaman dan pengolahannya masih terkonsentrasi di beberapa daerah yang masih meliputi kelompok-kelompok tani. Industri minyak atsiri di Indonesia masih dilakukan oleh pengusahapengusaha yang memiliki modal besar, karena proses destilasi minyak atsiri yang memerlukan alat destilasi dengan harga yang sangat mahal, sehingga minyak atsiri belum menjadi industri rumah tangga dengan skala produksi kecil. Untuk itu perlu dikembangkan alat destilasi yang lebih murah yang terjangkau oleh industri rumah tangga dan dapat menghasilkan keuntungan bagi pengusahanya, sehingga industri minyak atsiri dapat lebih memasyarakat agar sumber daya alam khususnya bidang perkebunan dapat dimanfaatkan secara optimal dan juga dapat menjadi lapangan pekerjaan baru yang menyerap sumber daya manusia.
I.2 Tujuan Tujuan dari rancang bangun alat destilasi minyak atsiri adalah : •
Membuat alat destilasi minyak atsiri skala laboratorium yang dapat menjadi acuan dasar untuk pembuatan alat destilasi minyak atsiri yang lebih besar.
•
Memproduksi alat destilasi yang dapat terjangkau oleh masyarakat.
•
Meminimalisasi kerugian kalor yang terjadi selama proses destilasi
I.3 Batasan Masalah Proses desain alat destilasi minyak atsisri ini dilakukan dengan batasan masalah berdasarkan pada kondisi sebagai berikut : •
Proses destilasi yang digunakan adalah menggunakan media air dan uap.
•
Tekanan yang digunakan adalah tekanan 0 gauge
•
Bahan acuan yang akan didestilasikan menggunakan nilam kering.
•
Uap yang berada di dalam tube kondensor dianggap uap air jenuh, karena perbandingan antara uap minyak dengan uap air sangat kecil.
•
Kandungan minyak dianggap tersebar merata pada bahan.
I.4 Metodologi Penulisan Dalam melakukan rancang bangun ini, yang dilakukan adalah literature tentang minyak atsiri, metode destilasi dan karakteristik serta komponenkomponen yang terdapat pada minyak atsiri maupun bahan yang mengandung minyak atsiri tersebut. Selanjutnya seperti yang terlihat pada bagan gambar berikut :
Flow Chart
I.5 Sistematika Penulisan BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang desain, tujuan, batasan masalah, metodologi penulisan serta sitematika penulisan.
BAB II DASAR TEORI Bab ini memuat informasi-informasi tentang minyak atsiri dan metode-metode proses destilasinya.
BAB III DESAIN TERMAL DAN PEMBUATAN ALAT Bab ini membahas tentang tahapan-tahapan dalam proses desain termal dan menjelaskan tentang pembuatan alat destilasi minyak atsiri.
BAB IV PROSES DESTILASI DAN ANALISA Bab ini membahas dan menganalisa desain termal alat destilasi dan proses destilasi serta perhitungan ekonomis alat.
BAB V PENUTUP Bab ini memuat kesimpulan yang diperoleh setelah melakukan proses destilasi dan menganalisa hasil destilasi tersebut yang berhubungan dengan proses desain yang telah dilakukan.
BAB II DASAR TEORI II. 1 Minyak Atsiri Minyak Atsiri (Essential Oil) dikenal dengan nama Minyak Eteris atau Minyak Terbang, adalah minyak yang dihasilkan dari tanaman yang mempunyai sifat mudah menguap pada suhu tertentu tanpa mengalami dekomposisi. Pada umumnya minyak atsiri mempunyai rasa getir, berbau wangi sesuai dengan bau tanaman penghasilnya, larut dalam penglarut organic dan tidak larut dalam air. Tanaman penghasil minyak atsiri termasuk dalam famili Pinaceae, Labiateae, Comporiteae, Laurateae,Myrtaceae dan Umbelliferceae. Minyak atsiri bersumber dar setiap bagian tanaman yaitu daun, bunga, buah, biji, batang, kulit, akar atau umbi (rizhoma), yang merupakan bahan baku untuk produk farmasi dan kosmetik alamiah di samping digunakan sebagai kandungan dalam bumbu maupun pewangi (flur and fragrance ingredients). Dalam perdagangan internasional terdapat 80 jenis minyak atsiri yang diperdagangkan, sedangkan Indonesia saat ini baru mengekspor sekitar 12 jenis minyak atsiri antara lain : Minyak Nilam (Patchouli Oli), minyak Akar Wangi (Vertiver Oil), Minyak Sereh Wangi (Cintronella Oil), Minyak Kenanga (Cananga Oil), Minyak Kayu Putih (Cajuput Oil), Minyak Sereh Dapur (Lemon Grass), Minyak Cengkeh (Cloves Oil), Minyak Kayu Manis (Cinamon Oil), Minyak Cendana (Sandal Wood Oil), Minyak Pala (Nutmeg Oil), Minyak Kemuskus (Cubeb Oil), dan Minyak Lada (Papper Oil). Minyak atsiri dikelompokkan pada SITC (Standar Internastional Trade Clasisification)-STIC 5513 (Essential Oil)-SITC55131 (Essential oil Citrus Fruit) dan SITC 55132 (Other Essential Oil).
II. 2 Potensi Ekonomis Minyak Atsiri (Minyak Nilam) Berbicara soal komoditi ekspor nonmigas, minyak atsiri dari nilam salah satu andalan. Bahkan negara kita tercatat sebagai salah satu pengekspor minyak nilam terbesar di dunia. Meski popular di pasar internasional, anehnya minyak
atsiri kurang akrab di telinga kita. Apalagi masih sedikit yang mengenal sosok tanaman nilam dengan baik, padahal ini merupakan peluang bisnis yang dapat diandalkan. Nilam merupakan salah satu dari 150 – 200 spesies tanaman penghasil minyak atsiri. Di Indonesia sendiri terdapat sekitar 40 – 50 jenis, tetapi baru sekitar 15 spesies yang diusahakan secara komersial. Tanaman nilam juga dikenal dengan nama komersil Pogostemon Patchouli atau Pogostemon Cablin Benth, atau Pogostemon Mentha. Aslinya dari Filipina, tapi sudah dikembangkan juga di Malaysia, Madagaskar, Paraguay, Brasil, dan Indonesia. Akibat banyak ditanam di Aceh, kemudian juga dijuluki nilam Aceh, Varietas ini banyak dibududayakan secara komersial. Daerah Istimewa Aceh, terutama Aceh Selatan dan Tenggara, masih menjadi sentra nilam terluas di Indinesia (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 berskala kecil. Tanaman minyak atsiri di Propinsi Jawa Barat terdapat di beberapa daerah Kabupaten, dan yang saat ini sudah berorientasi kea rah perdagangan ekspor adalah jenis minyak akar wangi (Vertiver Oil) dan minyak nilam (Patchouli Oil). Untuk minyak nilam, daerah budidaya tersebar di Kabupaten Tasikmalaya, Kuningan dan Garut. Alat destilasi minyak nilam saat ini sudah menggunakan sistem destilasi dengan menggunakan mesin yang ramah lingkungan. Varietas lainnya, Pogostemon Heyneanus, berasal dari India, juga disebut nilam Jawa atau nilam hutan karena banyak tumbuh di pulau Jawa. Ada lagi Pogostemon Hortensis, atau nilam sabun (minyak atsiri bias untuk mencuci pakaian). Banyak tertapat di daerah Banten, Jawa Barat, sosok tanamannya menyerupai nilam Jawa, tetapi tidak berbunga. Sebagai tanaman penghasil minyak atsiri yang bernilai ekonomis tinggi, nilam bias menjadi alternative untuk meningkatkan ekspor nonmigas, terbukti minyak nilam telah tercatat sebagai penyumnbang terbesar devisa negara ketimbang minyak atsiri lainnya.
Volume ekspor minyak nilam periode 1995-1998 mencapai 800-1.500 ton, dengan nilai devisa US$ 18-53 juta. Sementara data terbaru menyebutkan, nilai devisa dari ekspor minyak nilam sebesar US$ 33 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 Study Essential Oils and Oleoresi (ITC), produksi nilam dunia mencapai 500-550 ton per tahun. Produksi Indonesia kekitar 450 ton per tahun, kemudian disusul Cina (50-80 ton per tahun). Produk minyak atsiri dunia yang didomonasi Indonesia, antara lain nilam, sereh wangi, minyak daun cengkeh, dan kenanga. Sebelum diekspor, minyak nilam biasanya ditampung oleh agen eksportir. Harga minyak nilam di pasaran local (di tingkat agen eksportir) berkisar Rp.200.000,- -Rp.250.000,- per kg (di New York, AS $14-23,5). Negara tujuan ekspornya meliputi Singapura, India, AS, Inggris, Belanda, Francis, Jerman, Swiss, dan Spanyol. Ada kalanya petani (terutama yang tidak punya alat destilasi) menjual daun nilam dengan harga Rp.2000,- per kg (kering) atau Rp.400,- per kg (basah). Penampungnya tidak lain petani pemilik ketel destilasi. Dulu, sebelum petani mengenal alat destilasi, yang diekspor adalah daun nilam kering. Alat destilasi mulai dikenal 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, dll. Komponen utama minyak nilam (diperoleh dari destilasi daun nilam) berupa pacthoully alcohol (45-50%), sebagai penciri utama dan bahan industri kimia.
Tabel 2.1 Contoh hasil minyak nilam yang dihasilkan oleh pabrik destilasi desa Cikondang, Majalengka. Karateristik
Hasil
SNI 06-2385-1991
Kadar air, % (v/b)
23.0
Kadar minyak, % (v/b)
2.60
Rendemen, % (v/b)
1.60
Warna
Kuning
Kuning muda sampai coklat
Berat jenis, 25°C/25°C
0.9625
0.943-0.983
Indeks bias, 25°C
1.5057
1.506-1.516
Putaran optik
-55° 12°
(-47°)-(-60°)
Kelarutan dalam alcohol Larut 1:7.5
Larut jernih 1:1-10
90% Bilangan asam, %
3.39
Maks. 10
Bilangan ester, %
1:74
Maks. 10
Patchouli
alcohol,
% 32.8 - 40.55
-
(GC) (Sumber Pabrik destilasi desa Cikondang, Majalengka)
Gambar 2.1 Tanaman Nilam
Gambar 2.2 Nilam Kering
Sebuah referensi menyebutkan, minyak nilam bias untuk bahan antiseptic, anti jamur, anti jerawat, obat eksem, dan kulit pecah-pecah, seta serta ketombe. Juga bisa mengurangi peradangan. Bahkan dapat juga mengurangi kegelisahan
dan depresi, atau membantu penderuta insomnia (gangguan susah tidur). Oleh karena itu minyak ini sering dipakai untuk bahan terapi aroma. Juga bersifat afrodisiak : meningkatkan gairah seksual. Bukan Cuma minyak nilamnya yang bermanfaat, di India daun kering nilam juga digunakan sebagai pengharum pakaian dan permadani. Selain itu, rebusan atau jus daun nilam, kabarnya, dapat diminum sebagai obat batuk dan asma. Remasan akarnya untuk obat bisul dan pening kepala. Kadar minyak nilam bervariasi, tergantung pada varietasnya. Nilam Aceh (pogostemon cablin), karena tidak berbunga, kadar minyak tinggi (2,5-5 %). Begitu pula sifat minyaknya disukai pasar. Nilam Jawa (Pogostemon heyneamus) karena berbunga, kadar minyaknya rendah (0,5-1.5 %). Komposisi minyaknya kurang diminati. Sedangkan nilam sabun (Pogostemon hortensis), kadar minyak (0,5-1,5 %) dan jenis ini kurang disukai pasar. Oleh karena itu, dengan berkembangmya industri minyak atsiri maka alat destilasi merupakan potensi usaha yang dapat dikembangkan.
II. 3 Perkembangan Ekspor dan Impor Dunia Nilai impor dunia (91 negara pengimpor) pada tahun 1996 berjumlah US$ 475,598 ribu telah meningkat sekitar 7,02 % menjadi US$ 508,964 ribu pada tahun 2000. demikian pula volumenya mencapai 35.201 ton pada tahun 1996 telah meningkat 59,28 % menjadi 56.067 ton pada tahun 2000. nilai ekspor dunia (71 negara pengekspor) pada tahun 1996 mencapai US$ 385,080 ribu dan pada tahun 2000 menjadi US$ 380,576 ribu atau menurun 1,2 % (sumber ITC). Trend impor dan ekspor beberapa Negara pengimpor dan pengekspor terbesar adalah :
Tabel 2.2 Trend Impor dan Ekspor Negara-negara Terbesar Dunia Trend Impor
Trend Ekspor
1996 - 2000
Negara
1996 - 2000
Pengimpor
(%)
Pengekspor
(%)
1.
USA
3.5
France
0.1
2.
France
1.9
China
- 3.1
3.
United Kingdom
- 3.1
Indonesia
3.2
4.
Germany
- 3.2
USA
3.5
5.
Switzliecht
1.2
United Kingdom
- 5.5
6.
Spain
1.9
Spain
7.6
7.
Japan
- 4.7
Singapure
28.9
8.
Brazil
28.1
Germany
0.9
9.
Italy
5.2
Swizt
0.4
10.
Netherland
1.7
Netherland
5.2
11.
Mexico
15.6
Australia
- 6.1
12.
Hongkong
- 17.2
Turkey
3.6
13.
Canada
11.2
Maroco
- 5.6
14.
Ireland
11.7
Austria
0.8
No
Negara
Sumber : Satuan pengembangan kegiatan ekspor Daerah-2004. “Peluang Pasar Essential Oil”,Disperindag. Jawa Barat. 2003. Perkembangan ekspor dunia Essential Oils pada tahun 2002 mencapai US$ 500,071 ribu (33.183 tons) dan nilai impor dunia mencapai US$ 564,620. Negaranegara pengimpor terbesar pada tahun 2002 adalah sebagai berikut : Tabel 2.3 Negara-negara Pengimpor Terbesar di Dunia pada tahun 2002 Negara
Nilai Impor(ribu US$)
Pertumbuhan Impor
Share in
2001 – 2002 (%)
Word Import (%)
USA
120,220
5
21
France
87,573
2
15
United Kingdom
48,149
13
8
Switzerland
36,237
8
8
Germany
32,906
15
6
Spain
29,411
3
5
Sumber : Satuan pengembangan kegiatan ekspor Daerah-2004. “Peluang Pasar Essential Oil”,Disperindag. Jawa Barat. 2003.
Sedangkan Negara-negara pengekspor terbesar pada tahun 2002 adalah : Tabel 2.4 Negar-negara Pengekspor Terbesar di Dunia pada tahun 2002
Negara
Pertumbuhan
Share in
Ekspor
Word
2001 – 2002 (%)
Eksport (%)
Nilai Impor(ribu US$)
France
93,842
0
18
China
50,517
2
10
Indonesia
47,940
-6
9
USA
34,011
3
6
United kingdom 24,346
7
4
Singapure
16
4
21,090
Sumber : Satuan pengembangan kegiatan ekspor Daerah-2004. “Peluang Pasar Essential Oil”,Disperindag. Jawa Barat. 2003.
Berdasarkan data ITC / Comtrade Statistics nilai ekspor Indonesia untuk komoditi Essential Oil (HS. 330129) pada tahun 2000 mencapai US$ 36,799 ribu dan share Indonesia dalam total ekspor dunia mencapai 8% dibawah France (22%) dan China (10%).
II. 4 Metode – Metode Destilasi Minyak Atsiri Metode-metode destilasi di bawah ini sudah lama dilakukan pada pabrikpabrik destilasi minyak atsiri di Indonesia, di antaranya yaitu :
a. Metode Destilasi Air da Uap Salah satu keuntungan yang dimiliki destilasi aid an uap dibandingkan dengan destilasi uap langsung adalahkarena kemungkinan terbentuknya jalur uap di dalam ketel semakin kecil. Uap terbentuk di atas permukaan air, sehingga uap tersebut berpenetrasi melalui bahan secara merata. Selama permulaan tahun-tahun produksi sereh wangi di Pulau Jawa, destilasi dilakukan dengan uap langsung, tetapi setelah tahun 1910 pada masapenduduk pribumi dan Cina mulai berkecimpung di bidang industri, mulai diperkenalkan proses destilasi air dan uap. Tipe ketel ini lebih murah dan prosesnya sendiri lebih sedehana. Pengoperasian ketel ini relatf ekonomis dan tidak perlu menggunakan ketel uap. Ketel suling air dan uap ditempatkan di atas dapur yang terbuat dari bahan tahan api, dan ketel yang dilengkapi dengan saringan (grid) ini sebagai penyangga bahan olah. Air yang terdapat di bawah grid dipanaskan dengan api langsung. Ketel ini juga dilengkapi pula dengan satu lubang pada bagian samping untuk memudahkan pengisian bahan dan mengeluarkan ampas. Bahan diisikan ke dalam ketel sampai mampat untuk mencegah timbulnya jalur uap. Volume bahan berkurang selama proses destilasi. Di antara dinding ketel dan isi ketel atau bahan olah, terutama pada ketel yang tidak diberi insulasi akan terjadi kondensasi internal, dan kondensatnya yang mengandung zat-zat ekstraksif non volatif berwarna gelap ditampung di bawah grid pada dasar ketel dan dikumpulkan setelah beberapa proses destilasi. Selanjutnya dianjurkan untuk membuang air dalam ketel (dibawah grid) setelah setiap partai bahan didestilasi kemudian diganti dengan air yang segar untuk proses destilasi berikutnya. Masing-masing pada sistem destilasi air dan uap membutuhkan sumber air yang terpisah. Oleh karena iti jumlah pemakaian bahan bakar relative lebih besar dari pada menggunakan satu ketel uap yang mensuplai uap untuk seluruh ketel. Detilasi air dan uap (dengan api langsung) dapat direkomendasikan bahan yang didestilasikan per hari jumlahnya cukup kecil. Detilasi dalam ketel berukuran sangat besar dengan sistem air dan uap, dimana uap harus berpenetrasi jauh ke
seluruh bagian daun tidak akan menghasilkan rendemen minyak yang lebih tinggi disbanding dengan penyulingan uap langsung.
b. Destilasi di dalam godokan Sistem destilasi di dalam godokan merupakan modifikasi dari destilasi air dan uap. Dapur api dan ketel air (water boiler) letaknya terpisah dari ketel destilasi. Kapasitas godokan bervariasi antara 400 sampai 4000 kg rumpun. Ketel destilasi yang memuat lebih dari 1500 kg daun bersifat kurang ekonomis dibanding dengan ketel yang memuat 1000 sampai 2000 kg bahan olah. Ketelketel destilasi ukuran kecil membutuhkan waktu destilasi lebih singkat. Pada prakteknya destilasi suatu partai bahan seberat 1000 sampai 1200 kg dilakukan selama 5 sampai 6 jam, meskipun destilasi dengan laju uap tinggi.
c. Destilasi dengan Uap Langsung Destilasi dengan uap langsung, uap dihasilkan dala ketel uap terpisah yang dipanasi dengan kayu bakar. Dalam hal tekanan uap yang dipanaskan, dahulu orang yakin bahwa tekanan uap tinggi memberikan hasil paling baik, misalnya dengan penggunaan tekanan uap 3 sampai 4 atmosfer (diukur dalam ketel uap), tetapi akhirnya para produsen menemukan kenyataan bahwa tekanan tinggi itu memang akan menghasilkan rendemen minyak lebih besar, tetapi menurunkan mutu minyak. Sebagai pengganti tekanan 3 sampai 4 atmosfer, dianjurkan uap bertekanan 1 sampai 2 atmosfer atau ½ sampai 1atmosfer (di atas tekana atmosfer biasa). Kerugian akibat rendemen minyak yang rendah karena penggunaan uap rendah dan menghasilkan mutu minyak yang cukup baik ternyata lebih besar dari pada dengan penggunaan tekanan uap tinggi yang akan menghasilkan mutu minyak yang kurang baik. Oleh karena itu, beberapa buah pabrik destilasi masih lebih cenderung untuk menghasilkan rendemen minyak yang tinggi dari pada minyak bermutu tinggi, dengan cara menerapkan tekanan uap tinggi, atau memperlama periode destilasi. Jika destilasi dilanjutkan dalam waktu yang cukup lama, maka seluruh minyak atsiri yang terdapat di dalam akan terdestilasi, 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 cara destilasi uap pada tekanan normal dan dengan membatasi proses destilasi. Kini, ketel destilasi uap yang memuat 1000 sampai 1200 kg daun dapat didestilasi dengan tekanan uap ½ sapai 1 atmosfer (di atas tekanan atmosfer, diukur dalam ketel uap), dan lama proses destilasi tidak lebih dari 3 jam. Lama destilasi tidak hanya tergantung pada tekanan uap, namun juga terhadap factor-faktor lain seperti kondisi (kadar air) bahan olah. Uap harus dapat berpenetrasi melalui seluruh bagian bahan olah dengan tekanan yang cukup, jika tidak demikian, maka tidak akan berlangsung proses destilasi yang sempurna. Di lain pihak, bila uap bergerak melalui bahan, akan dapat membentuk jalur uap. Pada umumnya, tekanan uap dalam ketel destilasi tidak bole terlalu tinggi dengan alas an pertama, karena kebanyakan ketel destilasi tidak dapat dirancang untuk tahan pada tekanan uap tinggi ; kedua, karena minyak mengalami dekomposisi pada suhu tinggi, sebagaimana halnya komponen berbau wangi yang kontak terlalu lama dengan uap.
BAB III DESAIN TERMAL DAN PEMBUATAN ALAT III. 1 DESAIN TERMAL 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.
III. 1. 1 Kareteristik Bahan Bahan yang didestilasi menggunakan daun nilam kering (Pogostemon Pacthouly) yang akan menghasilkan Pacthouly Oil. Kareteristik dari bahan yang akan didestilasi yaitu : Tabel 3.1 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 (acuan massa jenis air) Kalor Spesifik Bahan 0.5 Btu/lb/°F =2093.4 J/kg.°C Kalor Laten Minyak Nilam 846 kJ/kg Kadar Air 10 % (v/b) (ml/g) Rendemen 1.6 % (vb/) (ml/g) Titik Didih 257°C Pacthouly Alcohol 32.8 – 40.55 % (GC/Gas Chromography) Kepadatan Bahan dalam Tangki 0.080 – 0.085 kg/ltr (standar Balittro) Sumber Balai Penelitian Tanaman Obat dan Aromatika (Balittro)
III. 1. 2 Kesetimbangan Massa Asumsi Jumlah Nilam Kering / kg : Tabel 3.2 KesetimbanganMassa (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 0.8846 Air 1.16 Destilat Sumber Balai Peneiltian Tanaman Obat dan Aromatika (Balittro)
Total 1 3 1 3 0.8846 1.16 1.9554
III. 1. 3 Kesetimbangan Kalor III. 1.3.1 Kalor yang Dilepaskan Uap Air Karakteristik Air Destilasi ρair
: 1000 kg/m³
Luap air
: 2257 KJ/kg (dari steam 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
III. 1.3.2 Kalor yamg dibutuhkan untuk Menguapkan Air dan Rendemen dalam Bahan a. Kalor untuk Menguapkan Air / Kilogram Bahan jumlah Air / kg bahan = 0.1 kg 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. 1.3.3 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 air yang dibutuhkan = 1.84 x 2 = 3.68 kg ≈ 3.68 liter III. 1. 4 Desain Ketel III. 1.4.1 Konstruksi Ketel Ketel Uap Bahan
: Alumunim Alloy (a184.0.0 Cast Tempered)
Diameter
: 350 mm
Tinggi
: 400 mm
Kapasitas tangki bahan
: 2.45 kg (nilam kering)
Kepadatan bahan dalam tangki
: 0.08 kg/liter
Uap air yang dibutuhkan
: 8.6 liter
Uap air per jam
: 1.84 liter = 1.84 kg
III. 1.4 2 Penetuan Luas Area Perpindahan Kalor Ketel a. Koefisien heat transfer proses didih ∆Τo = T permukaan panas – T didih air = 10ºc (asumsi) •
Rumus Perpidahan Kalor Didih :
C / • ∆ Tx = C sf h fg • Prls
q/ A µ l • h fg
g cσ g (ρl − ρv
0 .33
C • ∆Tx µ l • h fg l s C sf h fg • Prl q/ A= g cσ g ( ρl − ρv )
Karakteristik Air dan Uap Jenuh pada 100ºC
Cl
= 4216 J/kg.ºC
∆T x
= lebih suhu =Tw – Tjenuh = 10ºC
h fg
= 2256900 J/kg
Prls
= 1.9
µl
= 0.000267 kg/m.s
σ
= 0.0588 N/m
g
= 9.8 m/s²
ρl
= 955.1 kg/m³
ρv
= 0.5863 kg/m³
C sf
= 0.013
s
= 1.0 untuk air
4216 ⋅ 10 0.000267 ⋅ 2256900 ⋅ 1 0.013 ⋅ 2256900 ⋅ 1.9 103971.2 = 1 9.8(955.1 − 0.5863)
3
10391.2W / m 2 = 102kW / m 2 → 16 < q / A, kW / m 2 < 240
3
•
Penyederhanaan koefisien perpindahan kalor didih di atas permukaann pada 1 atm absolute (natural convection) : Untuk Permukaan Horisontal h, Btu/h·ft²·ºF = 151∆Τ0⅓
q/A, Btu/h·ft²<5000
h, W/m²·ºK = 1043∆Τ0⅓
q/A, kW/m²<16
h, Btu/h·ft²·ºF = 0.168∆Τ0³ 5000
q/A, Kw/m²<240
h = 5.56(10)³ = 5560 W/m².ºC = 5560 J/s.m².ºC b. Koefisien perpindahan kalor menyeliruh ketel (U) Bahan
: Alumunium Alloy (A 184.0, Cast or Tempered)
Tebal Ketel
: 1 mm
k (Konduktivitas Kalor) : 83.68 J/sec.m.ºC l/U = (∆x/k) + (l/h) = (1.10-³/83.68) + (1/5560) = 1.92e-4 U = 1/1.92e-4 = 5208 W/m².ºC c. Mencari Kalor yang Dibutuhkan untuk Menguapkan Air Destilasi Asumsi Laju Aliran Uap Air = 1.84 kg/jam = 5.1e-4 kg/s = 0.5 g/s Kalor yang dibutuhkan = mspesifik uap air x (kalor sensible + kalor laten) = 5.1e-4 kg/s x [(4.184 kJ/kg ºC x (100 – 26) ºC) + 2257 kJ/kg] = 5.1e-4 kg/s x 2566.616 kJ/kg = 1.3 kJ/s = 1.3 kW d. Mencari Luasan Perpidahan Kalor Ketel Q = U.A.∆T 1.3 kW = 3.185 kW/m² . ºC x A x 10 ºC A = 1.3 kW / (5.208 kW / m².ºC x 10 ºC) = 0.025 m² Luasan dasar ketel dengan diameter 0.35 m = (3.14 x 0.35²) 4 = 0.096 m² Jadi luasan dasar ketel yang ada sudah dianggap mencukupi untuk jumlah perpindahan kalor yang diperlukan untuk menguapkan air destilasi. Jumlah perpindahan kalor yang terjadi juga tergantung oleh luasan efektif dasar ketel yang terkena oleh sumber kalor.
III. 1. 5 Tebal Isolasi a. Rugi – Rugi Kalor konveksi Bebas pada Dinding Ketel Parameter – parameter : Suhu dinding ketel, Tw = 100ºC (asumsi) Suhu udara lingkungan, T∞ = 30ºC T1 =
100 + 30 = 65 °C = 338 K 2
Grf ⋅ Pr f =
gβρ 2 c p
µκ
(Tw − T∞ )d 3
g
= 9.8 m/s²
β
= 1/338 = 0.003 1/ºC
ρ
= 1.041 kg/m³
cp
= 1.008 kJ/kg.ºC = 1008J/kg.ºC
µ
= 2.02 x 105 kg/m.s
k
= 0.03 W/m.ºC
d
= 350 mm = 0.35 m
Grf ⋅ Pr f =
9.80.0031 ⋅1.04121008 (100 − 30 )⋅ (0.35 )3 = 4.7428 ×10 8 −5 2.02 × 10 ⋅ 0.03 4
9
Laminar,10
1
4
∆T h = 1.42 L
1
4
= 4.8W/m².ºC
b. Tebal Isolasi Dinding Ketel Bahan Isolasi : Jika menggunakan karet talang dan kaca-serat L = 0.53 m Karet talang (karet dengan karbon hitam), k = 0.24 W/m.ºC Tebal = 0.8 mm = 0.08 cm = 0.0008 m Selubung kaca-serat, k = 86 mW/m.ºC = 0.086 W/m.²C Tebal = 1.45 cm = 0.0145 m
RA Kondisi isolasi = dinding ketel RK = R A + RB + RC k 0 .24 r0 = = 0 .05 m = 5cm h 4 .8
karet
RB kaca-serat
RC karet
(Isolasi Kritis)
Karena r0 aktual > dari r0 kritis, maka penambahan tebal isolasi akan mengurangi perpindahan kalor dari dinding ketel ke lingkungan.
ln(d2 / d1 ) ln(d3 / d2 ) ln(d4 / d3 ) + + Rk = 2⋅π ⋅ k L 2 ⋅ π ⋅ k L 2⋅π ⋅ k L A B C ln(0.3516/ 0.35) ln(0.3806/ 0.3516) ln(0.3822/ 0.3806) + + = 0.3°C/ W Rk = 2⋅π ⋅ 0.24⋅ 0.53 2⋅π ⋅0.086⋅ 0.53 2⋅π ⋅ 0.24⋅ 0.53 Rh = 1/(2 x π x r0 x L x h) = 1/(2 x3.14 x (0.3822/2) x 0.53 x 4.8) = 0.33 ºC/W Rth = Rk + Rh = 0.3 + 0.33 = 0.63 ºC/W q
= (Tw - T∞)/Rth = (100-30)ºC / 0.63ºC/W = 111 W
Kerugian kalor konveksi bebas tanpa isolasi (dari dinding ketel) : q = h x π x d x L x (Tw - T∞) = 4.8 x 3.14 x 0.35 x 0.53 x (100 - 30) = 195.7 W Penurunan rugi-rugi kalor konveksi bebas dari dinding ketel = (195.7-111)/195.7 = 43.3 %
c. Rugi-rugi Kalor Konveksi Bebas pada Dinding Pipa Uap Parameter-parameter Suhu dinding ketel, Tw = 100ºC (asumsi) Suhu udara lingkungan, T∞ = 30ºC T1 =
100 + 30 = 65°C = 338 K 2
Grf ⋅ Pr f =
gβρ 2 c p
µκ
(Tw − T∞ )d 3
g
= 9.8 m/s²
β
= 1/338 = 0.003 1/ºC
ρ
= 1.041 kg/m³
cp
= 1.008 kJ/kg.ºC = 1008J/kg.ºC
µ
= 2.02 x 105 kg/m.s
k
= 0.03 W/m.ºC
d
= 350 mm = 0.35 m
Grf ⋅ Pr f =
9.80.0031 ⋅1.04121008 (100 − 30 )⋅ (0.35)3 = 4.7428 ×108 −5 2.02 × 10 ⋅ 0.03 4
9
Laminar,10
100 − 30 h = 1.32 0.53
1
4
∆T h = 1 . 32 L
1
4
(silinder horizontal)
= 10.3W/m².ºCd. Tebal Isolasi Dinding Uap
Bahan Isolasi : Jika menggunakan selubung kaca-serat L = 1.4 m Selubung kaca-serat, k = 86 mW/m.ºC = 0.086 W/m.²C Tebal = 1.45 cm = 0.0145 m Kondisi isolasi : dinding pipa uap r0 =
selubung kaca-serat
k 0.086 = = 0.00835 m = 0.835 cm (Isolasi Kritis) h 10.3
Karena r0 aktual > dari r0 kritis, maka penambahan tebal isolasi akan mengurangi perpindahan kalor dari dinding pipa uap ke lingkungan. Rk =
ln (d 2 / d 1 ) ln(0.048 / 0.019) + = 1.23 ºC/W 2 ⋅ π ⋅ kL 2 ⋅ π ⋅ 0.086 ⋅ 0.46
Rh = 1/(2 x π x r0 x L x h) = 1/(2 x3.14 x (0.048/2) x 1.4 x 10.3) = 0.46 ºC/W Rth = Rk + Rh = 1.23 + 0.46 = 1.69 ºC/W q = (Tw - T∞)/Rth = (100-30)ºC / 1.69ºC/W = 41.42 W Kerugian kalor konveksi bebas tanpa isolasi (dari dinding ketel) : q = h x π x d x L x (Tw - T∞) = 10.3 x 3.14 x 0.019 x 1.4 x (100 - 30) = 60.22 W Penurunan rugi-rugi kalor konveksi bebas dari dinding pipa uap = (60.22-41.42)/60.22 = 31.2 %
III. 1. 6 Desain Kondensor (Stainless Steel Tube)
III. 1.6.1 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
III. 1.6.2 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 )
1
4
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
∆T
= Tuap – Tkondensat = (100 – 30)ºC
Cp
= 4217 J/kg.ºC
4217(100 − 30) h fg ≡ 2.26 ⋅106 1 + 0.68 = 2457729J / kg 2.26 ⋅106 R1 =
1 h1 ⋅ A
=
1 h1 ⋅ 2 ⋅π ⋅ r2
=
1 h1 ⋅π ⋅ d1
=
2.15 ⋅10 4 1
(100 − T1 ) 4 •
1
(100 − T1 ) 4 =
1
⋅ 3.14 ⋅ 0.0111
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 =
1
4
=
2.15 ⋅10 4 (100 − T1 )
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
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
749.36
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 ⋅ 6.3 0.5 )5.410.38 (1)
0..25
h0 = 3 .2 ⋅ •
Pr f = 1, sehingga asumsi Pr w = 3.2
0 . 62 = 158 . 8 W/m².C 0 . 0127
Tahanan temal di bagian luar per satuan panjang pipa :
1
Re = = •
⋅A
h0
= 0
1 h 0 ⋅ 2 ⋅ π ⋅ r0
=
1 h0 ⋅ π ⋅ d 0
1 = 0 . 158 W / m o C 158 . 8 ⋅ 3 . 14 ⋅ 0 . 0127
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
uap
− Ti )
R1
=
(100 − Ti ) (100 − Ti )14
(Ti − T0 ) = (T0 − T∞ ) Rs
=
R0
(Ti − T0 ) 0.001465
=
(T0 − 30) 0.158
749.36
749.36 ⋅ (100 − Ti ) 4 =
(Ti − T0 )
3
1 . 098
(T i
=
− T0 0 . 001465
(T i
(100
)
=
0.001465
) 3 Ti ) 4
− T0
−
(T 0
− 30 0 . 158
=
(T0 − 30) 0.158
; 749.36 (100 − T )3 4 = (Ti − T0 ) i
⋅
)
;
107 . 85 =
.......... (i)
0.001465
(T 0 − 30 ) (T 0 − T i )
............(ii)
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 =
U 0=
U0 =
1 A0 1 A0 ln (r0 / ri ) 1 + + Ai hi 2πkL h0 1 d 0 1 d 0 ln (d 0 / d i ) 1 + + d i hi 2k h0
1 = 156.24W / m 2 .o C 0.0127 1 0.0127 ⋅ ln(0.0127 / 0.0111) 1 + + 0.0111 25567.953 2 ⋅14.64 158.8
Diketahui : d0
= 0.0127 m
di
= 0.0111 m
•
Mencari Luasan Perpindahan Kalor Kondensor :
A=
Q (U 0 ∗ ∆ T log
)
Q = m × h fg
∆ T LMTD
=
Diketahui : ts
=100 ºC
t1
= 27ºC
t2
= 40ºC
t 2 − t1 t − t1 log e s ts − t2
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
Tabel 3.3 Hasil Perhitungan Bagian yang dihitung
Simbol
Hasil
Satuan
Diameter luar kondensor
do
0.0127
m
Diameter dalam Kondensor
di
0.0111
m
Luas penampang kondensor
A
0.089
m2
hfg
2457729
J/kg
Pers.koefisien perpindahan kalor kondensasi Tahanan termal dibagian dalam persatuan panjang pipa
Pers.koefisien perpindahan kalor konveksi diluar tube
Ri
(100 − Ti)1 / 4 749,36
-
hi
215.10 −4 (100 − T )
-
U
0,0004
-
Re
6,3
-
NU
3,2
-
ho
158,8
W/m2.oC
Ro
0,158
W/m.oC
Rs
0,001465
W/m.oC
Ti
99,55
hi
25567,953
W/m2.oC
Perpindahan kalor menyeluruh
Uo
156,24
W/m2.oC
Mencari luasan perpindahan kalor kondensor
Q
1220
W
∆ Tm
66,3
o
0,1173
m2
Tahanan termal dibagian luar /satuan panjang pipa Tahanan termal untuksetiap panjang pipa Mencari suhu bagian dalam dinding pipa,Ti dan bagian luar pipa, To
A
o
C
C
III. 2 PEMBUATAN ALAT III. 2.1 Komponen-komponen Utama Alat
a. Ketel Uap Ketel uap ini merupakan tempat mendidihkan air dan kemudian menguapkannya untuk mengukus bahan baku yang ada dalam tangki bahan. Ketel ini dibuat dari bahan alumunium agar dapar menyerap kalor dengan baik, sehingga diharapkan proses penguapan air berlangsung cepat. Proses penguapan air berada dalam kondisi tekanan 0 gauge atau tekanan mutlak 1 atm. Ketel memiliki ukuran diameter 350 mm dan tinggi 400 mm dengan ketebalan 1 mm. pinggiran ketel bagian atas dibuat kerah untuk menyangga tangki bahan baku dan juga sebagai tempat untuk perapat agar uap tidak keluar. Air pengisi diberi batas 100 mm dari dasar ketel atau didesain dengan kapasitas ± 9.6 liter. Kontruksi ketel dibuat dengan sambungan berupa lipatan yang dipres, kemudian pada lipatan tersebut diberi lem perapat untuk menghindari kebocoran, terutama pada pinggiran dasar ketel.
Gambar 3.1 Ketel Uap
b. Tangki Bahan Baku Tangki bahan baku juga terbuat dari bahan alumunium berukuran diameter 320 mm dan tinggi 380 mm dengan pinggiran bagian atasnya diberi kerah seperti
ketel uap sebagai tempat melekatnya gasket/perapat. Bagian dasr dibuat berlubang-lubang dengan diameter 10 mm agar uap dapat masuk ke dalam bahan baku. Kapasitas tangki didesain untuk memuat bahan baku dengan jenis daun nilam kering maksimal 2.5 kg (volume tangki ± 30.5 liter).
Gambar 3.2 Tangki Bahan Baku
c. Penutup Ketel Uap Penutup ketel dibuat dari alumunium yang pada bagian atasnya dibuat lubang untuk saluran keluarnya uap dari tangki bahan. Pada bagian kerahnya dibuat lubang untuk baut pengunci sebanyak 8 buah yang mengikat kerah tangki bahan dan ketel uap agar perapat dapat berfungsi dengan baik, sehingga uap tidak keluar/bocor.
Gambar 3.3 Penutup Ketel Uap
d. Pipa Ketel Uap – Kondensor Pipa ini terbuat dari stainless steel dengan diameter ¾ inchi dan panjang 1.5 m. pipa tersebut berfungsi untuk menyalurkan uap dari ketel destilasi ke kondensor untuk dikondensasi. Pada kedua ujungnya diberi water mur ¾ inchi yang masing-masing terhubung ke lubang keluar tangki destilasi dan masuk ke kondensor.
Gambar 3.4 Pipa Ketel Uap – Kondensor
e. Tube Kondensor Tube kondensor tebuat dari stainless steel dengan diameter ½ inchi dan biasa digunakan untuk peralatan pendingin atau pemanas. Tube kondensor dibuat berliku-liku dalam arah vertical yang kedua ujungnya diberi nepel ½ inchi untuk disambungkan dengan pipa uap dan juga dengan kran pada saluran keluar kondensat.
Gambar 3.5 Tube Kondensor
f. Tangki Kondensor Tangki ini terbuat dari bahan alumunium dengan ukuran diameter 350 mm dan tinggi 400 mm. Pada tangki kondensor dibuat 3 lubang, yaitu 1 lubang untuk saluran keluar air pendingin dan 2 lubang untuk saluran masuk dan keluar uap yang akan dikondensasi.
Gambar 3.6 Tangki Kondensor
g. Alat pemisah Air-Minyak Sederhana Alat pemisah air-minyak ini dibuat sangat sederhana dengan menggunakan botol plastic, tetapi dapat berfungsi dengan baik. Alat pemisah air-minyak ini ditempatkan di bawah kran saluran keluar tube kondensor.
Gambar 3.7 Pemisah Air – Minyak Sederhana
III. 2. 2 Komponen-Komponen Pendukung Alat
a. Mur-Baut dan Ring Mur-baut yang digunakan yaitu ukuran no. 10 beserta 2 ringnya sebanyak 8 buah pasang yang terbuat dari besi. Mur-baut beserta ring digunakan untuk mengencangkan tutup ketel tangki bahan dan ketel uap yang telah diberi gasket/perapat.
b. Gasket / Perapat Gasket / perapat digunanakan untuk mencegah terjadinya kebocoran uap dari ketel dan tangki bahan. Bahan yang yang digunakan adalah serat kertas dan karet dengan tebal 0,8 mm. Gasket / perapat ini dilekatkan dengan lem pada kerah bagian atas ketel uap, bagian atas- bawah kerah tangki bahan dan bagian bawah kerah penutup ketel uap.
c. Water Mur ¾" Komponen ini terbuat dari bahan galvanis yang dipasang pada bagian tutup ketel uap dan saluran masuk aliran kondensat pada ketel kondensor yang berfungsi sebagai penyambung pipa penghubung antara ketel uap dan saluran masuk uap pada ketel kondensor.
d. Water Mur ½" Water mur ½" ini terbuat dari stainless steel yang dipasang pada saluaran masuk dan keluar uap pada tangki kondensor yang berfungsi sebagai penyambung tube pipa kondensor.
e. Double Nepel ¾" Double Nepel ¾" ini terbuat dari besi kuningan yang dipasang pada tutup ketel uap dan berfungsi untuk menyambung tutup ketel dan water mur dan juga dipasang pada sisi uap masuk tangki kondensor yang berfungsi untuk menyambung water mur dan knee derat.
f. Nepel ½" - ¾" Komponen ini dipasang pada dinding ketel kondensor yang berfungsi sebagai penyambung antara water mur ½" dan knee derat ¾" pada saluran uap masuk.
g. Nepel Selang ¾" Nepel Selang ¾" ini dipasang pada kedua ujung tube kondensor dan berfungsi sebagai penyambung tube kondensor ke water mur.
h. Nepel Sok ¾" Komponen ini dipasang pada kedua ujung pipa penghubung ketel uap dan ketel kondensor yang berfungsi sebagai penyambung antara pipa penghubung dengan water mur.
i. Knee Derat ¾" Knee Derat ¾" berfungsi untuk menyambung double nepel ¾" dan nepel ½" - ¾" dan dipasang pada sisi uap masuk kondensor.
Gambar 3.8 Nepel Sok ¾", Water mur ¾", Double Nepel ¾", Knee Derat ¾"
j. Kran Air Kran air dipasang pada bagian keluar air pendingin dari tangki kondensor, dan pada bagian keluarnya kondensat dari tube kondensor untuk mengarahkan kondensat tersebut ke botol atau wadah penampung, serta digunakan pula pada bagian keluar air kondensat dari alat pemisah air-minyak.
h. Thacometer Alat ini dipasang pada dinding tangki bahan baku yang berfungsi untuk mengetahui suhu didih air pada tangki bahan baku.
Gambar 3.9 Thacometer
BAB IV PROSES DESTILASI DAN ANALISA
IV.1 PROSES DESTILASI IV.1.1 Sumber Kalor
Untuk melakukan destilasi dengan metode uap dan air diperlukan sumber kalor untuk mendidihakan air dan menguapkannya. Pada pengujian alat destilasi minyak atsisi ini digunakan bahan bakar minyak tanah untuk mengubah air dalam ketel menjadi uap dengan jumlah yang telah diperkirakan sebelumnya dalam proses desain alat.
IV. 1.1.1 Miyak Tanah Minyak tanah merupakan bahan bakar yang cukup banyak digunakan oleh masyarakat karena cukup praktis penggunaannya dengan memakai kompor sumbu, dan harganya lebih murah dibanding bahan bakar minyak lainnya atau gas elpiji. Walaupun pada saat-saat ini harganya cenderung naik. Dengan menggunakan kompor, nyala api pada proses destilasi dapat dikontrol besar kecilnya dan cukup stabil penyalaannya dibanding briket batu bara, embuataserta sewaktu-waktu dapat dimatikan dan dinyalakan kembali dengan cepat. Dengan cenderung menaiknya harga bahan bakar minyak sangat berpengaruh terhadap dunia industri, terutama yang berskala besar. Oleh karena itu, perlu dipertimbangkan penggunaannya berdasarkan besar kecilnya proses yang berlangsung. IV. 1.2 Bahan Destilasi
Bahan destilasi yang digunakan berupa daun nilam kering dan juga termasuk batangnya dengan komposisi yang lebih sedikit. Untuk bahan yang berupa rumpu-rumputan harus diberikan proses awal yaitu pemotongan bahan menjadi ukuran kecil agar bahan dapat masuk ke dalam tangki bahan lebih optimal tanpa membentuk rongga-rongga yang cukup besar sehingga uap dapat
berpenetrasi ke dalam bahan lebih lama. Untuk bahan yang dapat didestilasi dalam kondisi kering, dilakukan proses pengeringan dengan menjemur bahan di bawah sinar matahari dalam waktu yang tidak terlalu lama (sinar matahari di bawah jam 12 siang) atau dengan menggunakan alat pengering agar kadar air yang terdapat di dalamnya berkurang, sehingga uap akan lebih menyerap ke dalam daun. IV. 1.3 Langkah – langkah Proses Destilasi
Sebelum melakukan proses destilasi, terlebih dahulu harus dipersiapkan peralatan-peralatan terutama untuk mengalirkan air pendingin dari sumbernya dan juga pembuangan air pendingin. Untuk itu hal-hal yang perlu diperhatikan yaitu :
IV.1.3.1 Persiapan Alat a. Tempat Alat destilasi sedapat mungkin diletakkan pada tempat yang dekat dengan sumber air dan saluran pembuangan air pendingin serta terlindung dari hujan dan angin agar proses destilasi tidak terganggu.
b. Mengisi Air Destilasi Air destilasi diisi ke dalam ketel sampai batas yang ada pada dinding ketel. Apabila air destilasi diisi melampaui batas tersebut, maka akan memperlama proses penguapan dan air akan mengenai bahan yang berada pada dasar tangki bahan.
c. Memasukkan Bahan. Bahan dimasukkan ke dalam tangki bahan dengan terlebih dahulu menimbangnya dan kemudian tadak menekan terlalu padat agar uap dapat berpenetrasi dengan baik. Kemudian setelah dimasukkan ke dalam tangki bahan, tangki bahan tersebut dimasukkan ke dalam ketel uap dan ditutup rapat serta menguncinya dengan murbaut sampai benar-benar kencang agar uap tidak keluar dari ketel ke linkungan.
d. Mengatur Posisi Ketel Uap dengan Kondensor Setelah tutup ketel dikunci dengan mur-baut sampai rapat, ketel diletakkan di atas sumber kalor, contohnya di atas kompor, dengan mengatur posisinya dengan kondensor agar pipa uap dari ketel ke kondensor dapat dipasang dengan baik. Setelah dipengaturan posisi ketel dilakukan, maka sumber kalor dinyalakan untuk memanaskan ketel.
e. Memasang Pipa Uap Ketel – Kondensor Pipa uap ketel-kondensor dipasang pada sisi keluar uap di atas tutup ketel dan pada sisi masuk uap ke kondensor. Pada kedua ujung dari pipa uap ketelkondensor, sebelum dikencangkan derat water mur harus diberi seal tape.
f. Memasukan Air Pendingin Ke Dalam Tangki Kondensor Setelah pipa uap ketel-kondensor dipasang, air pendingin dimasukkan ke dalam tangki kondensor sampai seluruh tube kondensor terendam air. Sedangankan pada bagian keluar air pendingin dipasang kran. Pada saat ini kran untuk keluar air pendingin ditutup dahulu sampai air pendingin tiba saatnya untuk diganti.
IV.1.3.2 Proses Pendidihan Air Dalam proses pendidihan air dalam ketel berlangsung kurang lebih 50-60 menit dengan api kompor yang stabil. Tekanan dalam ketel yang digunakan pada proses ini adalah 0 gauge, sehingga air dalam ketel diharapkan akan mendidih pada suhu 100°C.
IV.1.3.3 Proses Kondensasi Proses kondensasi terjadi setelah proses destilasi berlanngsung kurang lebih selama 1 jam. Indikasi jika kan terjadi proses kondensasi yaitu apabila sudah terjadi perpindahan kalor dari tube kondensor ke air pendingin dengan terlihatnya kenaikan suhu pada alat pengukur suhu. Apabila terjadi kenaikan suhu air pendingin yang cukup tinggi, maka air pendingin harus diganti.
IV.1.3.4 Proses Penampungan Kondensat Setelah terjadi proses kondensasi dengan menetesnya air kondensat ke dalam alat penampung, maka kondensat tersebut semakin lama memenuhi alat penampung dan terlihat pemisahan antara minyak dan air karena adanya perbedaan massa jenis. Minyak dengan massa jenis yang lebih kecil dari massa jenis air berada di atas dan komponen-komponen lain yang ikut terdestilasi dengan massa jenis yang lebih besar dari air akan turun ke dasar penampung. Untuk destilasi daun nilam kering, terlihat pada hasil kondensat di atas air, pada kondisi normal, semakin lama terlihat berwarna kuning kecoklatan dan menimbulkan wangi aroma yang khas. Medode penampungan terdapat beberapa jenis, di antaranya yaitu dengan alat penampung yang pada bagian atasnya memiliki saluran untuk mengalirkan minyak yang sudah terkumpul di atas air langsung ke tempat penampungan yang berbeda apabila tinggi kondensat sudah mencapai sisi keluar saluran tersebut. Metode yang lain yaitu dengan membiarkan minyak terkumpul di atas air dalam alat penampung sampai proses destilasi selesai, kemudian kondesat dituangkan ke pemisah air dan minyak.
Gambar 4.1 Penampung Air Kondensat
IV.1.3.5 Proses Pengambilan Minyak Setelah kondensat sudah berada dalam alat penampung sampai proses destilasi selesai, minyak yang berada di atas air dikeluarkan dengan menggunakan
pipet ukur untuk dipindahkan ke dalam wadah sempel sambil mengukur volume minyak yang dipindahkan.
Gambar 4.2 Minyak Hasil Destilasi IV.1.4 Proses Pengambilan Data Operasi
Untuk mengetahui kondisi kerja alat destilasi minyak atsiri, maka dilakukan percobaan-percobaan untuk mengambil data-data operasi yang akan memberikan gambaran kinerja alat tersebut . Parameter-parameter yang diambil dalam percobaan yaitu :
a. Air Destilasi Awal dan Akhir Pada awal proses destilasi, air destilasi dalam ketel diukur ketinggiannya dari dasr ketel dan begitu juga setelah proses destilasi selesai. Ketinggian air destilasi yang diukur dikonversi menjadi besaran volume dalam satuan liter.
b. Waktu Proses Destilasi Waktu proses destilasi didapatkan dengan mencatat jam pada saat proses destilasi dimulai dan juga pada saat proses destilasi selesai.
c. Berat Bahan Sebelum melakukan proses destilasi terlebih dahulu bahan ditimbang untuk mengetahui jumlah bahan yang akan dimasukkan ke dalam tangki bahan.
d. Jumlah Bahan Bakar Jumlah bahan bakar diketahui dengan mengukur tingi minyak tanah dari dasr penampung pada saat awal dan akhir proses destilasi, kemudian dengan mengetahui diameter penampung dapat diketahui volume minyak tanah dalam penampung.
e. Suhu Lingkungan Suhu lingkungan diukur di sekitar alat destilasi.
f. Suhu Air Destilasi Suhu air destilasi diukur sebelum dilakukan proses pemanasn.
g. Laju Aliran Air Pendingin Laju aliran air pendingin diukur dengan menghitung jumlah volume air dalam liter yang keluar dari tangki kondensor dan ditampung dalam wadah takaran per satuan waktu, sehingga akan didapat laju aliran air pendingin dalam liter/jam.
h. Laju Air Kondensat Laju air kondensat diukur pada saat uap air dan minyak mulai terkondensasi dengan mencatat kenaikan kondensat pada alat penampung sampai batas tertentu dan mencatat lamanya waktu yang diperlukan dalam proses tersebut. Ketika kondensat yang dihasilkan tidak mengalami kenaikan lagi dalam alat penampung/sudah mencapai level konstan, maka laju air diukur pada saat kondisi tersebut tercapai sampai selesai proses destilasi dengan menghitung banyaknya air kondensat dalam ember yang keluar dari alat penampung selama proses tersebut berlangsung.
i. Jumlah Minyak yang Dihasilkan Minyak diambil dalam alat penampung dengan menggunakan pipet sambil mengukur volumenya dan kemudian dimasukkan ke adalam wadah sampel.
j. Jumlah Rendemen Jumlah rendemen didapat berdasarkan jumlah minyak yang dihasilkan dari proses destilasi dibagi dengan banyaknya bahan yang akan didestilasi dalam satuan liter/kg atau ml/g dan dinyatakan dalam persen. IV.1.5 Data Proses Destilasi
a. Percobaan 1 Tabel 4.1 Percobaan 1
Bahan : Daun Nilam Kering No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Parameter Bahan Baku Bahan Bakar Minyak Tanah Waktu Destilasi Suhu Lingkungan Suhu Air Destilasi Air Destilasi dalam Ketel (Awal) Air Destilasi dalam Ketel (akhir) Suhu Air Pendingin Masuk Suhu Air Pendingin Atas Suhu Air Pendingin Keluar Hasil Minyak Suhu Kondensat Laju Aliran Kondensat Rendemen
Nilai 1 1 5 30 27 8.7 2.9 16 1.6
Satuan Kg liter Jam °C °C liter liter °C °C °C ml °C %
Nilai 2 1.5 5 30 27
Satuan Kg liter Jam °C °C
8.7
liter
b. Percobaan 2 Tabel 4.2 Percobaan 2
Bahan : Daun Nilam Kering No 1 2 3 4 5
6
Parameter Bahan Baku Bahan Bakar Minyak Tanah Waktu Destilasi Suhu Lingkungan Suhu Air Destilasi
Air Destilasi dalam Ketel (Awal)
7 8 9 10 11 12 13 14
Air Destilasi dalam Ketel (akhir) Suhu Air Pendingin Masuk Suhu Air Pendingin Atas Suhu Air Pendingin Keluar Hasil Minyak Suhu Kondensat Laju Aliran Kondensat Rendemen
2.9 40 2
liter °C °C °C ml °C %
c. Kenaikan Suhu Air Destilasi dalam Ketel dengan Bahan Bakar Minyak Tanah (dengan isolasi karet dan glass wool ). Kenaikan suhu air destilasi dalam ketel diukur dengan kondisi : •
Jumlah air destilasi
= 7.4 liter
•
Suhu lingkungan
= 25°C
•
Pemakaian minyak tanah
= 0.36 liter
Tabel 4.3 Kenaikan Suhu Air Destilasi dalam Ketel terhadap waktu (Bahan Bakar Minyak Tanah, dengan isolasi) Menit Ke 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Suhu Air Destilasi (°C) 23 35 45 54 64 74 81 88 94 97 97 98 97 96 96 96 96 96 96 96 96
IV.2 ANALISA IV.2.1 Proses Desain Alat
Dalam melakukan proses desain, data-data mengenai properties bahan, baik bahab baku destilasi maupun pembuatan alat diasumsikan dengan referensi yang mungkin mendekati properties bahan sebenarnya, sehingga dalam perhitungan desain dimasukkan faktor koreksi untuk menghindari hasil yang berada di bawah spesifikasi yang dibutuhkan. Rumus-rumus yang digunakan juga merupakan rumus-rumus empiris dari buku-buku referensi yang dapat menyatakan suatu proses perpindahan kalor dalam kondisi tertentu yang mendekati kondisi operasi alat yang akan dibuat. IV.2.2 Pembuatan Alat
Ketel yang dibuat menggunakan bahan alumunium, sehingga tidak memakai las untuk menyambung pelat melainkan dengan melipat pelat yang disambung kemudian dipress. Oleh karena itu tekanan operasi yang digunakan adalah 0 gauge, karena apabila terdapat tekanan yang cukup besar dalam ketel, diperkirakan akan terjadi kebocoran pada lipatan-lipatan sambungan pada ketel. Kebocoran-kebocoran pada alat terjadi karena tidak rapatnya sambungansambungan yang terdapat pada pipa, khususnya pada tube kondensor karena sambungan pada pipa tersebut dilekatkan dengan lem dan ditutupi dengan alumunium foil. Selain itu kebocoran juga dapat terjadi pada lipatan-lipatan yang kurang rapat, sehingga untuk mengantusipasinya digunakan lem perapat pada bagian-bagian yang mungkin terjadi kebocoran. Pembuatan Tube kondensor dari stainless steel tidak dapat dilakukan proses rol karena ukuran diameter pipa ½ inchi dan diameter lengkung kurang dari 17 cm, sehingga harus dilakukan penyambungan dengan elbow untuk membentuk pipa berliku-liku dalam arah vertikal. Stainless steel tidak mudah teroksidasi sehingga cenderung lebih tahan lama dan tidak mempengaruhi kondisi fisik minyak yang dikondensasi.
IV.2.3 Proses Destilasi Minyak Atsiri
Pada proses destilasi dengan menggunakan bahan bakar minyak tanah dan dengan pengaturan sumbu kompor maksimum, mulai terjadi kondensasi rata-rata setelah proses berlangsung selama 1 jam. Ketika mulai terjadi proses kondensasi aliran kondensat masih belum stabil dikarenakan uap air dan minyak yang terkondensasi dalam tube kondensor masih sedikit, sehingga kondensat belum terdorong keluar. Setelah 3 jam proses destilasi berlangsung, aliran kondensat sudah mulai stabil keluar dari kondensor. IV.2.4 Hasil Destilasi Minyak Atsiri
Dari data-data yang didapatkan dari percobaan 1-2 dapat dibandingkan parameter-parameter sebagai berikut : a. Perbandingan antara percobaan 1-2 Tabel 4.4 Perbandingan Percobaan 1 dan 2 Nilai No
Parameter
Perc. 1
Perc. 2
Satuan
1 2 3 4 5 6
Bahan baku Bahan Bakar Minyak Tanah Waktu Destilasi Suhu Lingkungan Suhu Air Dsetilasi Air Destilasi dalam Ketel (Awal) Air Destilasi dalam Ketel (Akhir) Laju Air Pendingin Suhu Air Pendingin Masuk Suhu Air Pendingin Atas Suhu Air Pendingin Keluar Hasil Minyak Suhu Kondensat Rendemen
1 1 5 30 27 8.7
2 2 5 30 27 8.7
kg liter jam °C °C liter
3.8
2.9
liter
16 1.6
40 2
liter/jam °C °C °C ml °C %
7
8 9 10 11 12 13 14
Dari tabel perbandingan, parameter-parameter yang didapatkan pada percobaan 1 dan 2, terdapat parameter-parameter yang berbeda (tulisan yang lebih tebal) yang mengindikasikan bahwa dengan parameter-parameter lain yang relatif sama serta bahan baku yang sama, apabila tangki bahan diisi lebih banyak dari percobaan 1, maka jalur penetrasi uap lebih panjang dan lebih bersinggungan dengan bahan, sehingga uap yang dibutuhkan untuk melakkukan penetras ke dalam bahan lebih sedikit dibandingkan dengan percobaan 1, sehungga jumlah yang digunakan percobaan 2 lebih optimal.
b. Kecepatan Pendidihan Air Destilasi dalam Ketel Alumunium dengan Bahan Bakar Minyak Tanah (tanpa isolasi). Di bawah ini adalah grafik yang memperlihatkan kecepatan pendidihan air destilasi dalam ketel dengan kondisi sebagai berikut : •
Jumlah air destilasi
= 9.14 liter
•
Suhu lingkungan
= 25 °C
•
Api kompor
= besar (sumbu kompor maksimum)
•
Pemakaian minyak tanah
= ± 0.3 liter (selama 65 menit)
Kecepatan Pendidihan Air Destilasi dalam Ketel Alumunium (Bahan Bakar Minyak Tanah , tanpa isolasi)
120
Suhu(°C)
100 85 90
80 60 46
40
59
100 102
73
36
28
20
53
67
93 97
0 0
5
10
15 20
25 30
35 40
Waktu (menit)
45 50
55 60
65
Dari grafik di atas terlihat bahwa proses pendidihan air destilasi dalam ketel alumunium sebanyak 9.14 liter berlangsung selama 65 menit untuk mencapai suhu air 102 °C dengan kondisi dinding ketel yang tidak diisolasi.
c. Kecepatan Pendidihan Air Destilasi dalam Ketel Alumunim dengan Bahan Bakar Minyak Tanah (dengan isolasi). Kenaikan suhu air dalam ketel diukur dengan kondisi : •
Jumlah air destilasi
= 7.4 liter
•
Suhu lingkungan
= 25°C
•
Api kompor
= besar (sumbu kompor maksimum)
•
Pemakaian minyak tanah
= ± 0.3 liter
Kecepatan Pendidihan Air Destilasi dalam Ketel Alumunium (Bahan Bakar Minyak Tanah, dengan isolasi)
120
Suhu(°C)
100 80 60 40 20
35
45
54
64
74
81
97 97 98 97 96 96 96 96 96 96 96 88 94
23
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
Waktu (menit)
Grafik di atas menunjukkan bahwa dengan menggunakan isolasi pada dinding ketel yang telah dihitung secara teoritis pada Bab III dengan menggunakan air destilasi yang lebih sedikit, dapat mempercepat proses pendidihan disbanding dengan kondisi tanpa isolasi dengan penggunaan air destilasi maksimum, sehingga pada kondisi di atas, air dalam ketel mencapai suhu 97 °C dalam waktu 45 menit. Jika tidak menggunakan isolasi dengan bahan bakar yang sama , air
dalam ketel mencapai suhu 97°C dalam waktu 55 menit, sehingga dapat mempercepat proses pendidihan ± 10 menit. IV.2.5 Perhitungan Ekonomis
a. Harga daun nilam kering per kilogram. Untuk mendapatkan daun nilam kering dengan harga yang murah, maka harus membeli langsung ke tempat perkebunan nilam, karena harga daun nilam kering yang dijual oleh petani kepada pemilik pabrik destilasi berkisar Rp. 30003500 per kilogram.
b. Harga bahan bakar minyak tanah dan briket. Harga minyak tanah cenderung mengalami kenaikan karena harga jual minyak yang tinggi di pasar dunia. Untuk harga minyak tanah di tingkat eceran berkisar antara Rp. 2600-3000 per liter. Kenaikan harga minyak tanah menimbulkan pilihan energi alternatif yang diharapkan dapat bersaing dengan minyak tanah, seperti briket. Harga briket di pasaran, terutama pada tingkat eceran sekitar Rp. 2000/kg.
c. Harga minyak nilam di pasaran. Kualitas minyak nilam yang dihasilkan oleh pabrik destilasi dapat berbeda-beda, sehingga harganya pun berbeda-beda. Untuk harga minyak nilam di pasaran berkisar Rp. 150.000-200.000 per kilogram.
d. Peningkatan nilai ekonomis nilam melalui proses destilasi. Apabila proses destilasi minyak nilam menggunakan alat destilasi skala kecil yang telah dibuat, maka dapat diperkirakan pertambahan nilai dari daun nilam kering menjadi minyak nilam, yaitu sebagai berikut : •
Batasan-batasan : -
Kondisi bahan baik, tidak berjamur/busuk.
-
Kondisi rendemen bahan 1.5 %.
-
Lama proses destilasi maksimum 5 jam.
-
Tidak memperhitungkan biaya investasi alat destilasi dan tenaga kerja.
-
Biaya jumlah air pendingin yang digunakan selama proses destilasi diabaikan.
• Biaya bahan baku & bahan bakar yang dipakai menggunakan harga pasaran yang telah disebutkan di atas. •
Pertambahan nilai : Keterangan
Daun Nilam Kering Minyak Tanah Penggunaan Briket Hasil Minyak Nilam (Rendemen 1.5%)
Jumlah
3 kg 1.5 ltr 1.5 kg 37.5 ml 0.036
Harga Satuan (Rp) 3000 2800 2500 150000
Total Harga (Rp) 9000 4200 3750 5400
Dari perkiraan biaya di atas terlihat bahwa : Biaya operasi dalam 1 kali proses destilasi
= Rp. 13.200 (Minyak Tanah) = Rp. 12.750 (Briket)
Nilai ekonomis hasil minyak nilam
= Rp. 5.400
Nilai jual minyak 37-37.5 ml minimal
= Rp. 18.600 (Minyak Tanah) ≈ Rp. 19.000 ≈ Rp. 496/ml = Rp. 18.150 ≈ Rp. 18.500 ≈ Rp. 484/ml
BAB V PENUTUP
V.1 Kesimpulan
Dari percobaan-percobaan yang telah dilakukan dapat diambi suatu kesimpulan sebagai berikut : 1. Kualitas (kondisi fisik minyak nilam) dan kuantitas minyak, khususnya minyak nilam yang diperoleh dari proses destilasi sangat dipengaruhi oleh kondisi bahan baku yang akan didestilasi. Apabila pada daun sudah timbul jamur dan membusuk, akan mengurangi minyak yang akan dihasilkan, dan minyak menjadi keruh akibat timbulnya endapan-endapan. 2. Banyak bahan yang akan didestilasi mempengaruhi tingkat kepadatan dalam tangki bahan, sehingga mempengaruhi proses penetrasi uap ke dalam bahan. 3. Air kondesat keluar, rata-rata setelah proses destilasi berlangsung selama 1 jam. 4. Laju minyak yang dihasilkan cukup banyak pada satu jam pertama setelah air kondesat keluar. 5. Suhu kondesat akan dipengaruhi oleh air pendingin kondensor. 6. Peningkatan suhu air pendingin dipengaruhi oleh laju air pendingin dan juga laju uap yang akan dikondensasi. 7. Dalam kondensor terjadi proses kondensasi uap dan juga pendinginan kondensat. 8. Agar proses destilasi lebih efektif dan efisien, banyak air dalam ketel harus disesuaikan dengan lamanya waktu destilasi dan memberi isolasi pada dinding ketel serta dinding pipa uap. 9. Dari hasil percobaan, minyak yang dihasilkan sangat berbanding jauh dari jumlah bahan baku, jika bahan baku yang diproses sebanyak 2 kg, maka minyak nilam yang dihasilkan hanya 40 x 10-3 m3 (40 ml).
10. Alat destilasi dengan kapasitas kecil dapat dibuat dengan menggunakan bahan alumunium untuk ketel uap, tangki bahan dan tangki kondensornya karena lebih murah dibandingkan dengan menggunakan stainless steel. 11. Alat destilasi yang dibuat dengan skala kecil/lab kurang cocok digunakan untuk menghasilkan minyak secara massal karena kurang ekonomis, tetapi dapat digunakan di rumah untuk menghasilkan minyak atsiri jenis lain dari bahan baku yang berbeda untuk keperluan sendiri/percobaan-percobaan. V.2 Saran
Untuk mengembangkan alat destilasi minyak atsiri skala 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, karena dengan adanya kebocoran uap akan sangat mempengaruhi jumlah minyak yang akan dihasilkan. 2. Proses destilasi sebaiknya dilakukan di tempat yang terlindung dari angin, karena akan mengganggu sumber kalor sehingga proses destilasi menjadi tidak stabil. 3. Bahan yang akan didestilasi sebaiknya berasal dari sumber yang sama agar kualitasnya tidak jauh berbeda, dan pastikan bahwa bahan baku tidak tercampur dengan tanaman yang berbeda serta tidak terdapat jamur pada bahan, karena akan mengurangi minyak yang akan dihasilkan. 4. Mengganti sistem pengunci mur-baut pada tutup ketel dengan yang lebih praktis. 5. Menggunakan bahan perapat yang lebih tebal pada penutup ketel untuk meminimalisir kebocoran uap.
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. Kataren S., dan Djatmiko B. MinyakAtsiri Bersumber Dari Daun, Departemen Teknologi Pertanian Fatameta IPB, Bogor, 1978 5. Yusanto, HG., Pengaruh Variasi Massa Daun dan Batang Nilam Terhadap Rendemen dan Waktu Kritis Yang dihasilkan, Skripsi SI Jurusan Teknik Mesin UNTAR, Jakarta, 2000
LAMPIRAN
Gambar Alat Destilasi
Nomor
DAFTAR KOMPONEN Nama Komponen
1
Tangki Kondensor
2
Kran Kondensat
3
PipaUap
4
Dudukkan Tangki Kondensor
5
Tutup Ketel Uap
6
Ketel Uap
7
Dudukkan Ketel Uap
8
Thacometer
9
Kompor
Gambar Proses Berlangsungnya Destilasi
Gambar Thacometer Yang Menunjukkan Suhu Air Dalam Ketel Telah Mencapai 100°C
Gambar Minyak Atsiri (Nilam) Hasil Destilasi
