Efisiensi Energi Dan Kinerja Prototipe Alat Penyulingan Minyak Pala Berbahan Bakar Kayu

EFISIENSI ENERGI DAN KINERJA PROTOTIPE ALAT

PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU

Oleh :

DANAR ANDRI PRASETYO F34104131

2009

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

DANAR ANDRI PRASETYO. F34104131. Efisiensi Energi dan Kinerja Prototipe Alat Penyulingan Minyak Pala Berbahan Bakar Kayu. Di bawah bimbingan Ade Iskandar dan Meika Syahbana Rusli 2009

RINGKASAN

Indonesia merupakan salah satu negara penghasil minyak pala yang cukup besar didunia. Minyak pala Indonesia merupakan minyak atsiri dengan kualitas bagus dan jumlah ekspornya mendominasi perminyakan pala dunia

Meningkatnya harga minyak dan bahan bakar didunia berpengaruh pada kenaikan harga dan ketersediaan bahan bakar, khususnya minyak tanah yang digunakan para penyuling minyak pala, sebagai bahan bakar utama. Penggantian bahan bakar yang cukup murah dan kemudahan diperoleh, perlu dilakukan untuk menekan biaya produksi. Dua contoh bahan bakar yang cukup murah dan mudah ketersediaannya adalah kayu bakar dan batu bara. Untuk saat ini, harga bahan bakar yang paling murah adalah kayu bakar. Harga rata-rata kayu bakar saat ini sekitar Rp 500 / kg dengan rata-rata kadar air 30%.

Prototipe alat penyulingan pala berbahan bakar kayu, dibuat sebagai salah satu solusi bagi para penyuling minyak pala. Rangkaian prototipe ini terdiri dari: boiler bahan bakar kayu, ketel suling yang dilengkapi ketel bahan dan fraksi bahan, kondensor tipe bak spiral dan separator minyak. Pengujian prototipe ini diberi perlakuan sesuai standar rekomendasi dan hasil penelitian sebelumnya yang dianggap sebagai perlakuan terbaik. Dari beberapa acuan sebelumnya, proses penyulingan pala ingin diefisienkan menjadi 12 jam dari yang biasa dilakukan para penyuling pala sekitar 30 – 48 jam. Dari pengujian ini akan diperoleh output efisiensi energi kalor, kinerja serta kekurangan yang perlu ditambahkan untuk penyempurnaan prototipe ini.

Input perlakuan yang digunakan pada alat penyulingan ini antara lain pemuatan bahan ke dalam ketel sebanyak 300 kg untuk biji pala yang telah dikecilkan ukurannya. Perlakuaan lain adalah mempertahankan tekanan pada ketel suling sebesar 1 atm gauge, dan laju alir kondensat sebesar 0.6 liter/jam.kg bahan atau setara dengan 50 ml destilat/detik, dan pengaliran air pendingin setelah 1 jam pertama penyulingan.

Dari hasil uji dan analisa pada prototype didapatkan efisiensi energi boiler sebesar 31,59%, ketel sebesar 91,79%, kondensor sebesar 90,87% untuk recovery dan 99% untuk transfer. Selain itu efisiensi energi pipa penghubung antara boiler dan ketel sebesar 97,27%, dan pipa penghubung antara ketel kondensor sebesar 99,49%, sehingga didapatkan efisiensi energi total pada alat penyulingan ini sebesar 25,54%.

Pada pengujian UKM didapatkan efisiensi energy boiler sebesar 76,37%, ketel sebesar 97,45%, kondensor sebesar 39,85% untuk efisiensi recovery. Untuk pengujian pada pipa penghubung antara boiler dan ketel sebesar 96,93% dan pipa penghubung antara ketel dan kondensor sebesar 99,15% sehingga nilai efisiensi energi keseluruhan pada alat penyulingan UKM sebesar 28,5%.

Dari uji kinerja prototipe yang dibandingkan dengan UKM, penyulingan menggunakan prototipe memerlukan waktu selama 14 jam dengan perolehan

rendemen 9,9%. Sedangkan pada penyulingan UKM memerlukan waktu lebih lama yaitu 30 jam dengan perolehan rendemen 10,2%.

Dari hasil penyulingan dengan prototipe ini didapatkan minyak dengan karakteristik yang sesuai dengan SNI 06-2388-2006 tentang Minyak Pala. Respon gabungan nilai bobot jenis 0,904, indeks bias 1,478, kelarutan etanol 90% pada suhu 20°C sebesar 1:1, putaran optik (+)16,8º, dan sisa penguapan 0,7%. Standar minyak pala pada SNI untuk bobot jenis 0,880-0,910, indeks bias 1,470 - 1,497, kelarutan etanol 90% pada suhu 20°C 1:3 dan seterusnya jernih, putaran optik (+)8º - (+)25º dan sisa penguapan 0,7%.

Setelah dibandingkan dengan penyulingan dimasyarakat, maka dalam satu kali proses penyulingan dengan jumlah bahan baku sebanyak 300 kg, maka dapat dilakukan penghematan biaya bahan dan tenaga kerja. Dari biaya bahan bakar dapat dihemat sekitar 1,5 juta rupiah dari konversi 1 liter minyak seharga Rp 7.100,- menjadi kayu seharga Rp 500,- per kilogram. Biaya tenaga kerja dapat dihemat sebanyak 41% sampai 53%.

DANAR ANDRI PRASETYO. F34104131. Energy Efficiency and Performance of Nutmeg Oil Distillatory Prototype with Fire Wood Fuel. Supervised by Ade Iskandar and Meika Syahbana Rusli 2009

SUMMARY

Indonesia is a richest country that has big enough nutmeg oil production in the world. Indonesian nutmeg oil contain high quality essential oil and its export quantities has dominated world market of Nutmeg oil.

The increasing of fossil fuel price and its alternative have implicated to their availability, especially kerosene that usually used by Nutmeg oil distillators, as the primary fuel. Transformation of energy to energies with enough cheap price and available is need to minimize production cost. Two examples of them is wood and coals. In this recent time, the cheapest price is wood. The average of wood price is about Rp 500 / kg with the average of water contain is about 30%.

Prototype of Nutmeg oil distillation equipments that examined is made to give a solution to distillation processor. Series of this prototype is divided to boiler, distillating cattle accomplying with material cattle and material fraction, spiral condensor with water container and oil separator. This prototype is examined by factors that suitable with recommended standardation and the former research that result as the best factors. From the refferences, the process is done by 12 hours to be efficient process, compare with the conventional time scale of process is about 30–48 hours. From this examining, the output that will be resulted are efficiency of heat energy, performance and the lacking of performance of the prototype.

Input factor that used on this prototype is loading material into the cattle as much 300 kg of Nutmeg that have been crushed to the small pieces. The other factor is maintaining pressure in the cattle 1 atm gauge, and flow of condensate as 0.6 liter/hour.kg of material or same with 50 ml of distillate/second, and fluidizing of cooling water after the first hour distillation.

Analysis of the average efficiency of energy of boiler results efficiency as 31,59%, the cattle as 91,79%, condenser as 90,87% for recovery efficiency and 99% for transfer efficiency. Beside that, efficiency of conducting pipes between boiler and cattle as 97,27%, and conducting pipes between to condenser cattle as 99,49%, and so the total of efficiency of energy on the distillatory is 25,54%.

The distillate or oil from this distillation process has characteristic oil that suitable with SNI 06-2388-2006 about Nutmeg oil characteristics. Responses of combination values of density is about 0,904, refractive index is 1,478, its solution in ethanol 90% at temperature 20°C is 1:1, optical rotary is (+)16,8º, and vapor remain is 0,7%. Standardize from SNI of the density is about between 0,880-0,910, refractive index between 1,470-1,497, solution in ethanol 90% at temperature 20°C is 1:3 and then clarity, optical rotary between (+)8º-(+)25º, and vapor remain is 0,7%. After the examination and analysis of Nutmeg oil, the time of distillation process is determined by 14 hours.

The comparation of distillation process with distillation held by common people, on one cycles of distillation process with material about 300 kg can get economical benefit from cost of fuel consumption and operators. Fuel consumption can be reduced to 1.5 million rupiah from changing 1 liter kerosene

with price Rp 7.100,- to wooden fuel with price Rp 500,- per kilogram, meanwhile operator cost can be economized between 41% to 53%.

EFISIENSI ENERGI DAN KINERJA PROTOTIPE ALAT PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian

Fakultas Teknologi Industri Pertanian Institut Pertanian Bogor

Oleh:

DANAR ANDRI PRASETYO F 34104131

2009

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

EFISIENSI ENERGI DAN KINERJA PROTOTIPE ALAT PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian

Fakultas Teknologi Industri Pertanian Institut Pertanian Bogor

Oleh:

DANAR ANDRI PRASETYO F 34104131

Dilahirkan pada tanggal 19 Januari 1986 Di Sragen

Tanggal lulus: 19 Januari 2009

Disetujui,

Bogor, 3 Februari 2009

Dosen Pembimbing I, Dosen Pembimbing II,

Ir. Ade Iskandar, M. Si Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli, M. Sc NIP. 131 788 584 NIP. 131 841 750

SURAT PERNYATAAN

Menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi yang berjudul “ EFISIENSI ENERGI ALAT PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU” adalah karya saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing, kecuali dengan jelas ditunjukkan rujukannya.

Bogor, Januari 2009 Yang membuat pernyataan

Danar Andri Prasetyo F34104131

BIODATA

Penulis bernama lengkap Danar Andri Prasetyo. Penulis lahir pada tanggal 19 Januari 1986 di Sragen. Penulis adalah putra pertama dari pasangan Subandi dan Dewi Parmari.

Pendidikan formal penulis dimulai di Taman Kanak-kanak Pertiwi 8 Ngandul, Sumberlawang pada tahun 1990. Pendidikan Sekolah Dasar penulis dimulai tahun 1992 di SD Negeri Ngandul I, Sumberlawang, Sragen. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasarnya pada tahun 1998 dan melanjutkan ke SLTP Negeri I Gemolong. Pada tahun 2001, penulis menyelesaikan studinya di SLTP dan penulis melanjutkan studinya di SMA Negeri I Gemolong, Sragen dari tahun 2001 sampai 2004. Tahun 2004 penulis mengikuti ujian seleksi penerimaan mahasiswa baru(SPMB) dan berhasil masuk IPB dengan pilihan program studi Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian.

Pada tahun 2006/2007 penulis aktif di Lembaga dakwah fakultas FBI-FATETA sebagai staff Fund Rising. Selama mengikuti perkuliahan di semester enam tahun 2007, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Teknologi Pengemasan Distribusi dan Transportasi. Pada semester delapan penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Teknologi Minyak Atsiri dan Fitofarmaka dan asisten praktikum Peralatan Industri.

Penulis pernah melakukan kegiatan praktek lapang di PT Indomilk, Jakarta dalam rangka menyelesaikan tugas akhir. Berdasarkan praktek lapang yang telah dilakukan, penulis menyusun laporan praktek lapang dengan judul Mempelajari Proses Produksi dan Pengemasan Susu Kental Manis di P.T. Indomilk. Kemudian

penulis menulis skripsi dengan judul “Efisiensi Energi dan Kinerja Prototipe Alat Penyulingan Minyak Pala Berbahan Bakar Kayu” di bawah bimbingan Ir. Ade Iskandar, Msi dan Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli, MSc serta dinyatakan lulus pada tanggal 19 Januari 2009. Sebelum menyelesaikan skripsi penulis sempat bekerja menjadi programmer PHP dan SAP modul ABAP di PT. Wiraswasta Gemilang Indonesia.

i KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT karena dengan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini disusun berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Pilot Plant TIN Leuwikopo, Laboratorium Kimia, Penyulingan Pala di Cibedug., sejak bulan Februari sampai dengan Agustus 2008.

Penelitian dan penulisan skripsi ini tidak akan terlaksana dengan baik tanpa bantuan dari beberapa pihak. Oleh sebab itu, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :

1. Ir Ade Iskandar M.Si. selaku dosen pembimbing satu atas kebijakan, masukan, dukungan dan bimbingannya selama penulis melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

2. Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli, M.Sc. selaku dosen pembimbing dua atas kebijakan, masukan, dukungan dan bimbingannya selama penulis melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

3. Drs. Purwoko M.Si selaku dosen penguji atas saran dan masukan untuk perbaikan skripsi ini.

4. Ibu penulis yang telah telah memberikan semangat hati bagi penulis, terima kasih atas limpahan kasih sayang dan doa serta dukungannya sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini.

5. Adik-adikku Dani dan Devi yang telah menjadi harapan bagi penulis sehingga mampu menyelesaikan tulisan ini, juga adik-adik yang tidak bisa disebut satu per satu yang selalu menyemangati penulis.

6. Pakde, Bude Jarot dan kakak-kakakku yang telah memberi dukungan moril dan finansial kepada penulis.

7. Rekan penelitian penulis yaitu Ivon dan Fina yang telah bersama-sama menjalani suka duka penelitian.

8. Kak Hari yang telah mengorbankan banyak waktu dan operator Pilot plant TIN yaitu Kang Ajum, Kang Agus, Kang Harry, Pak Damiri dan Fahrul yang selalu membantu penulis dalam hal teknis.

EFISIENSI ENERGI DAN KINERJA PROTOTIPE ALAT

PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU

Oleh :

DANAR ANDRI PRASETYO F34104131

2009

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

DANAR ANDRI PRASETYO. F34104131. Efisiensi Energi dan Kinerja Prototipe Alat Penyulingan Minyak Pala Berbahan Bakar Kayu. Di bawah bimbingan Ade Iskandar dan Meika Syahbana Rusli 2009

RINGKASAN

Indonesia merupakan salah satu negara penghasil minyak pala yang cukup besar didunia. Minyak pala Indonesia merupakan minyak atsiri dengan kualitas bagus dan jumlah ekspornya mendominasi perminyakan pala dunia

Meningkatnya harga minyak dan bahan bakar didunia berpengaruh pada kenaikan harga dan ketersediaan bahan bakar, khususnya minyak tanah yang digunakan para penyuling minyak pala, sebagai bahan bakar utama. Penggantian bahan bakar yang cukup murah dan kemudahan diperoleh, perlu dilakukan untuk menekan biaya produksi. Dua contoh bahan bakar yang cukup murah dan mudah ketersediaannya adalah kayu bakar dan batu bara. Untuk saat ini, harga bahan bakar yang paling murah adalah kayu bakar. Harga rata-rata kayu bakar saat ini sekitar Rp 500 / kg dengan rata-rata kadar air 30%.

Prototipe alat penyulingan pala berbahan bakar kayu, dibuat sebagai salah satu solusi bagi para penyuling minyak pala. Rangkaian prototipe ini terdiri dari: boiler bahan bakar kayu, ketel suling yang dilengkapi ketel bahan dan fraksi bahan, kondensor tipe bak spiral dan separator minyak. Pengujian prototipe ini diberi perlakuan sesuai standar rekomendasi dan hasil penelitian sebelumnya yang dianggap sebagai perlakuan terbaik. Dari beberapa acuan sebelumnya, proses penyulingan pala ingin diefisienkan menjadi 12 jam dari yang biasa dilakukan para penyuling pala sekitar 30 – 48 jam. Dari pengujian ini akan diperoleh output efisiensi energi kalor, kinerja serta kekurangan yang perlu ditambahkan untuk penyempurnaan prototipe ini.

Input perlakuan yang digunakan pada alat penyulingan ini antara lain pemuatan bahan ke dalam ketel sebanyak 300 kg untuk biji pala yang telah dikecilkan ukurannya. Perlakuaan lain adalah mempertahankan tekanan pada ketel suling sebesar 1 atm gauge, dan laju alir kondensat sebesar 0.6 liter/jam.kg bahan atau setara dengan 50 ml destilat/detik, dan pengaliran air pendingin setelah 1 jam pertama penyulingan.

Dari hasil uji dan analisa pada prototype didapatkan efisiensi energi boiler sebesar 31,59%, ketel sebesar 91,79%, kondensor sebesar 90,87% untuk recovery dan 99% untuk transfer. Selain itu efisiensi energi pipa penghubung antara boiler dan ketel sebesar 97,27%, dan pipa penghubung antara ketel kondensor sebesar 99,49%, sehingga didapatkan efisiensi energi total pada alat penyulingan ini sebesar 25,54%.

Pada pengujian UKM didapatkan efisiensi energy boiler sebesar 76,37%, ketel sebesar 97,45%, kondensor sebesar 39,85% untuk efisiensi recovery. Untuk pengujian pada pipa penghubung antara boiler dan ketel sebesar 96,93% dan pipa penghubung antara ketel dan kondensor sebesar 99,15% sehingga nilai efisiensi energi keseluruhan pada alat penyulingan UKM sebesar 28,5%.

Dari uji kinerja prototipe yang dibandingkan dengan UKM, penyulingan menggunakan prototipe memerlukan waktu selama 14 jam dengan perolehan

rendemen 9,9%. Sedangkan pada penyulingan UKM memerlukan waktu lebih lama yaitu 30 jam dengan perolehan rendemen 10,2%.

Dari hasil penyulingan dengan prototipe ini didapatkan minyak dengan karakteristik yang sesuai dengan SNI 06-2388-2006 tentang Minyak Pala. Respon gabungan nilai bobot jenis 0,904, indeks bias 1,478, kelarutan etanol 90% pada suhu 20°C sebesar 1:1, putaran optik (+)16,8º, dan sisa penguapan 0,7%. Standar minyak pala pada SNI untuk bobot jenis 0,880-0,910, indeks bias 1,470 - 1,497, kelarutan etanol 90% pada suhu 20°C 1:3 dan seterusnya jernih, putaran optik (+)8º - (+)25º dan sisa penguapan 0,7%.

Setelah dibandingkan dengan penyulingan dimasyarakat, maka dalam satu kali proses penyulingan dengan jumlah bahan baku sebanyak 300 kg, maka dapat dilakukan penghematan biaya bahan dan tenaga kerja. Dari biaya bahan bakar dapat dihemat sekitar 1,5 juta rupiah dari konversi 1 liter minyak seharga Rp 7.100,- menjadi kayu seharga Rp 500,- per kilogram. Biaya tenaga kerja dapat dihemat sebanyak 41% sampai 53%.

DANAR ANDRI PRASETYO. F34104131. Energy Efficiency and Performance of Nutmeg Oil Distillatory Prototype with Fire Wood Fuel. Supervised by Ade Iskandar and Meika Syahbana Rusli 2009

SUMMARY

Indonesia is a richest country that has big enough nutmeg oil production in the world. Indonesian nutmeg oil contain high quality essential oil and its export quantities has dominated world market of Nutmeg oil.

The increasing of fossil fuel price and its alternative have implicated to their availability, especially kerosene that usually used by Nutmeg oil distillators, as the primary fuel. Transformation of energy to energies with enough cheap price and available is need to minimize production cost. Two examples of them is wood and coals. In this recent time, the cheapest price is wood. The average of wood price is about Rp 500 / kg with the average of water contain is about 30%.

Prototype of Nutmeg oil distillation equipments that examined is made to give a solution to distillation processor. Series of this prototype is divided to boiler, distillating cattle accomplying with material cattle and material fraction, spiral condensor with water container and oil separator. This prototype is examined by factors that suitable with recommended standardation and the former research that result as the best factors. From the refferences, the process is done by 12 hours to be efficient process, compare with the conventional time scale of process is about 30–48 hours. From this examining, the output that will be resulted are efficiency of heat energy, performance and the lacking of performance of the prototype.

Input factor that used on this prototype is loading material into the cattle as much 300 kg of Nutmeg that have been crushed to the small pieces. The other factor is maintaining pressure in the cattle 1 atm gauge, and flow of condensate as 0.6 liter/hour.kg of material or same with 50 ml of distillate/second, and fluidizing of cooling water after the first hour distillation.

Analysis of the average efficiency of energy of boiler results efficiency as 31,59%, the cattle as 91,79%, condenser as 90,87% for recovery efficiency and 99% for transfer efficiency. Beside that, efficiency of conducting pipes between boiler and cattle as 97,27%, and conducting pipes between to condenser cattle as 99,49%, and so the total of efficiency of energy on the distillatory is 25,54%.

The distillate or oil from this distillation process has characteristic oil that suitable with SNI 06-2388-2006 about Nutmeg oil characteristics. Responses of combination values of density is about 0,904, refractive index is 1,478, its solution in ethanol 90% at temperature 20°C is 1:1, optical rotary is (+)16,8º, and vapor remain is 0,7%. Standardize from SNI of the density is about between 0,880-0,910, refractive index between 1,470-1,497, solution in ethanol 90% at temperature 20°C is 1:3 and then clarity, optical rotary between (+)8º-(+)25º, and vapor remain is 0,7%. After the examination and analysis of Nutmeg oil, the time of distillation process is determined by 14 hours.

The comparation of distillation process with distillation held by common people, on one cycles of distillation process with material about 300 kg can get economical benefit from cost of fuel consumption and operators. Fuel consumption can be reduced to 1.5 million rupiah from changing 1 liter kerosene

with price Rp 7.100,- to wooden fuel with price Rp 500,- per kilogram, meanwhile operator cost can be economized between 41% to 53%.

EFISIENSI ENERGI DAN KINERJA PROTOTIPE ALAT PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian

Fakultas Teknologi Industri Pertanian Institut Pertanian Bogor

Oleh:

DANAR ANDRI PRASETYO F 34104131

2009

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

EFISIENSI ENERGI DAN KINERJA PROTOTIPE ALAT PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknologi Industri Pertanian

Fakultas Teknologi Industri Pertanian Institut Pertanian Bogor

Oleh:

DANAR ANDRI PRASETYO F 34104131

Dilahirkan pada tanggal 19 Januari 1986 Di Sragen

Tanggal lulus: 19 Januari 2009

Disetujui,

Bogor, 3 Februari 2009

Dosen Pembimbing I, Dosen Pembimbing II,

Ir. Ade Iskandar, M. Si Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli, M. Sc NIP. 131 788 584 NIP. 131 841 750

SURAT PERNYATAAN

Menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi yang berjudul “ EFISIENSI ENERGI ALAT PENYULINGAN MINYAK PALA BERBAHAN BAKAR KAYU” adalah karya saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing, kecuali dengan jelas ditunjukkan rujukannya.

Bogor, Januari 2009 Yang membuat pernyataan

Danar Andri Prasetyo F34104131

BIODATA

Penulis bernama lengkap Danar Andri Prasetyo. Penulis lahir pada tanggal 19 Januari 1986 di Sragen. Penulis adalah putra pertama dari pasangan Subandi dan Dewi Parmari.

Pendidikan formal penulis dimulai di Taman Kanak-kanak Pertiwi 8 Ngandul, Sumberlawang pada tahun 1990. Pendidikan Sekolah Dasar penulis dimulai tahun 1992 di SD Negeri Ngandul I, Sumberlawang, Sragen. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasarnya pada tahun 1998 dan melanjutkan ke SLTP Negeri I Gemolong. Pada tahun 2001, penulis menyelesaikan studinya di SLTP dan penulis melanjutkan studinya di SMA Negeri I Gemolong, Sragen dari tahun 2001 sampai 2004. Tahun 2004 penulis mengikuti ujian seleksi penerimaan mahasiswa baru(SPMB) dan berhasil masuk IPB dengan pilihan program studi Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian.

Pada tahun 2006/2007 penulis aktif di Lembaga dakwah fakultas FBI-FATETA sebagai staff Fund Rising. Selama mengikuti perkuliahan di semester enam tahun 2007, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Teknologi Pengemasan Distribusi dan Transportasi. Pada semester delapan penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Teknologi Minyak Atsiri dan Fitofarmaka dan asisten praktikum Peralatan Industri.

Penulis pernah melakukan kegiatan praktek lapang di PT Indomilk, Jakarta dalam rangka menyelesaikan tugas akhir. Berdasarkan praktek lapang yang telah dilakukan, penulis menyusun laporan praktek lapang dengan judul Mempelajari Proses Produksi dan Pengemasan Susu Kental Manis di P.T. Indomilk. Kemudian

penulis menulis skripsi dengan judul “Efisiensi Energi dan Kinerja Prototipe Alat Penyulingan Minyak Pala Berbahan Bakar Kayu” di bawah bimbingan Ir. Ade Iskandar, Msi dan Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli, MSc serta dinyatakan lulus pada tanggal 19 Januari 2009. Sebelum menyelesaikan skripsi penulis sempat bekerja menjadi programmer PHP dan SAP modul ABAP di PT. Wiraswasta Gemilang Indonesia.

i KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT karena dengan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini disusun berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Pilot Plant TIN Leuwikopo, Laboratorium Kimia, Penyulingan Pala di Cibedug., sejak bulan Februari sampai dengan Agustus 2008.

Penelitian dan penulisan skripsi ini tidak akan terlaksana dengan baik tanpa bantuan dari beberapa pihak. Oleh sebab itu, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :

1. Ir Ade Iskandar M.Si. selaku dosen pembimbing satu atas kebijakan, masukan, dukungan dan bimbingannya selama penulis melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

2. Dr. Ir. Meika Syahbana Rusli, M.Sc. selaku dosen pembimbing dua atas kebijakan, masukan, dukungan dan bimbingannya selama penulis melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.

3. Drs. Purwoko M.Si selaku dosen penguji atas saran dan masukan untuk perbaikan skripsi ini.

4. Ibu penulis yang telah telah memberikan semangat hati bagi penulis, terima kasih atas limpahan kasih sayang dan doa serta dukungannya sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini.

5. Adik-adikku Dani dan Devi yang telah menjadi harapan bagi penulis sehingga mampu menyelesaikan tulisan ini, juga adik-adik yang tidak bisa disebut satu per satu yang selalu menyemangati penulis.

6. Pakde, Bude Jarot dan kakak-kakakku yang telah memberi dukungan moril dan finansial kepada penulis.

7. Rekan penelitian penulis yaitu Ivon dan Fina yang telah bersama-sama menjalani suka duka penelitian.

8. Kak Hari yang telah mengorbankan banyak waktu dan operator Pilot plant TIN yaitu Kang Ajum, Kang Agus, Kang Harry, Pak Damiri dan Fahrul yang selalu membantu penulis dalam hal teknis.

ii 9. Teman – teman TIN 41 yang telah membantu penulis dalam

meyelesaikan penelitian.

10.Teman – teman Liqo’ yang sering mengingatkan kepada penulis.

11.Bu Rini, Pak Edi, Pak Sugi, Pak Gun, Mas Diki, Bu Ega, dan Bu Sri serta laboran lainnya di TIN terima kasih atas semua bantuan yang diberikan kepada penulis selama melakukan penelitian.

12.Adik 43 yang selalu membuat penulis tetap semangat walaupun dalam kondisi yang payah.

13.Tak lupa juga penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan dan motivasi kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan skripsi ini. Oleh karena itu saran dan kritik untuk perbaikan dan kesempurnaan skripsi ini sangat penulis harapkan. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat dan memperkaya khasanah ilmu pengetahuan tentang penyulingan minyak pala di Indonesia dan diaplikasikan secara luas..

Bogor, 2 Februari 2009

iii

DAFTAR ISI

Halaman KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR LAMPIRAN... ix

I. PENDAHULUAN... 1 A. LATAR BELAKANG... 1 B. TUJUAN... 2 II. TINJAUAN PUSTAKA... 3 A. MINYAK PALA... 3 B. PROSES PENYULINGAN MINYAK... 5 C. PERALATAN PENYULINGAN... 6 D. UAP... 9 E. ENERGI... 10 F. MUTU MINYAK PALA... 12 III. METODOLOGI PENELITIAN... 14 A. BAHAN DAN ALAT... 14 1. Bahan... 14 2. Alat Penelitian... 14 3. Alat Penyulingan... 15 a. Boiler... 15 b. Ketel Suling... 16 c. Kondensor... 17 d. Separator... 18 B. METODE PENELITIAN... 19 1. Penelitian Pendahuluan………...………. 19

2. Pengujian Kinerja Peralatan Penyulingan Terhadap Rendemen Minyak Pala... 20

iv 2.1. Persiapan Bahan... 20 2.2. Parameter Pengukuran... 20 2.3. Operasi Penyulingan... 21 2.4. Hasil Penyulingan... 24 2.5. Analisis Kinerja Sistem Penyulingan... 24 2.5.1 Neraca Massa... 24 2.5.2 Neraca Energi... 25 C. PERHITUNGAN... 25 1. Asumsi yang Digunakan... 25 2. Efisiensi sub sistem Boiler... 28 3. Efisiensi sub sistem pipa penghubung... 29 4. Efisiensi sub sistem ketel... 29 5. Efisiensi sub sistem kondensor... 29 6. Kehilangan Kalor Secara Radiasi... 31 D. STUDI BANDING KINERJA ALAT... 31 IV. PEMBAHASAN... 32 A. UJI KINERJA DAN EFISIENSI ALAT PENYULINGAN... 32 1. Pengujian Pendahuluan... 32 2. Kinerja Berdasarkan Desain... 33 3. Kinerja Berdasarkan Proses... 38 4. Efisiensi Energi Sub Sistem Boiler... 40 5. Efisiensi Energi Sub Sistem Pipa Penghubung Boiler dengan

Ketel... 42 6. Efisiensi Energi Sub Sistem Ketel... 45 7. Efisiensi Energi Sub Sistem Pipa Penghubung Ketel dengan

Kondensor... 49 8. Efisiensi Energi Sub Sistem Kondensor... 51 B. RENDEMEN MINYAK PALA... 55 C. PARAMETER MUTU ANALISA FISIKO KIMIA MINYAK PALA

SESUAI KINERJA ALAT... 59 1. Warna... 59 2. Bobot Jenis... 60

v 3. Indeks Bias... 61 4. Putaran Optik... 63 5. Kelarutan Etanol 90%... 64 D. HASIL PENGUJIAN BIJI PALA... 65 E. PERBANDINGAN SISTEM PENYULINGAN SECARA UMUM... 66 V. KESIMPULAN DAN SARAN... 66 A. KESIMPULAN... 66 B. SARAN... 65 DAFTAR PUSTAKA... 66 LAMPIRAN... 68

vi DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1. Komponen Yang Terkandung Dalam Minyak Pala……….. 4 Tabel 2. Mutu Standar Minyak Pala SNI 06-2388-2006... 13 Tabel 3. Konstanta Angka Nusselt... 27 Tabel 4. Parameter Hasil Uji Pendahuluan …..………. 32 Tabel 5. Perbandingan Dimensi Umum Boiler………. 33 Tabel 6. Permukaan Pindah Panas Prototipe Boiler….………. 33 Tabel 7. Perbandingan Keadaan Ketel Suling ………... 35 Tabel 8. Perbandingan Keadaan Kondensor………... 36 Tabel 9. Perbandingan Penggunaan Air Kondensor ...………... 37 Tabel 10. Perbandingan Keadaan Pipa Penghubung……… 37 Tabel 11. Perbandingan Nilai Efisiensi Alat Penyulingan... 54 Tabel 12. Rendemen Hasil Penyulingan Prototipe... 56 Tabel 13. Perolehan Minyak Pala Tiap Jam pada Penyulingan Pertama... 56 Tabel 14. Perolehan Minyak Pala Tiap Jam pada Penyulingan Kedua ... 57 Tabel 15. Perbandingan Rendemen Minyak Pala dan Waktu Penyulingan... 58 Tabel 16. Nilai Bobot Jenis Minyak Pala Prototipe... 60 Tabel 17. Nilai Indeks bias Minyak Pala Prototipe... 61 Tabel 18. Nilai Putaran Optik Minyak Pala Prototipe... 63 Tabel 19. Nilai Kelarutan etanol 90% Minyak Pala Prototipe... 64 Tabel 20. Kadar Air dan Kadar Minyak Biji Pala sebelum disuling... 65 Tabel 19. Kadar Air dan Kadar Minyak Biji Pala setelah disuling... 66

vii DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 1. Prototipe Alat Penyulingan εinyak Pala……… 14 Gambar 2. Prototipe Boiler... 15 Gambar 3. Prototipe Ketel Suling Pala Kapasitas 300 kg... 16 Gambar 4. Prototipe Kondensor Model Spiral... 18 Gambar 5. Prototipe Separator Minyak Pala... 18 Gambar 6. Diagram Alir Penelitian……… 19 Gambar 7. Diagram alir Penyulingan Prototipe... 23 Gambar 8. Simulasi Plat dipanaskan dari bawah... 26 Gambar 9. Simulasi Plat dipanaskan dari atas... 26 Gambar 10. Simulasi kehilangan kalor dari permukaan silinder... 26 Gambar 11. Gradien Suhu Logaritmik pada Kondensor... 30 Gambar 12. Desain dan Sistem Kerja Prototipe Boiler……… 34 Gambar 13. Desain dan Sistem Kerja Boiler UKM………. 34 Gambar 14. Grafik Laju Alir Destilat Penyulingan Prototipe ………….…… 40 Gambar 15. Grafik Kehilangan Kalor Pada Pipa Penghubung Boiler – Ketel

Prototipe……… 43 Gambar 16. Grafik kehilangan Kalor Radiasi dan Konveksi Pada Pipa

Penghubung Boiler – Ketel Prototipe dan UKM... 44 Gambar 17. Grafik Kehilangan Kalor pada Sub bagian Ketel Suling

penyulingan pertama... 47 Gambar 18. Grafik Kehilangan Kalor pada Sub bagian Ketel Suling

penyulingan kedua... 47 Gambar 19. Grafik Kalor pada Sub bagian Ketel Suling penyulingan UKM 48 Gambar 20. Grafik Kehilangan Kalor Radiasi serta Konveksi Pada Ketel

Prototipe dan UKM... 48 Gambar 21. Grafik Kalor Pada Pipa Penghubung Ketel - Kondensor

Prototipe... 50 Gambar 22. Grafik Kehilangan Kalor Secara Konveksi serta Radiasi pada

Pipa Penghubung Ketel – Kondensor Prototipe dan UKM... 51 Gambar 23. Profil Suhu Pada Prototipe Kondensor dan Kondensor

UKM... 52 Gambar 24. Ilustrasi Neraca Energi Pada Penyulingan Prototipe... 54

viii Gambar 25. Grafik Perolehan Minyak Pala Tiap Jam pada Penyulingan

Prototipe... 57 Gambar 26. Penampakan Warna Minyak Pala Hasil Penyulingan Pertama

Sampel tiap 3 jam... 59 Gambar 27. Penampakan Warna Minyak Pala Hasil Penyulingan Kedua

Sampel tiap 3 jam... 59 Gambar 28. Profil bobot jenis minyak hasil penyulingan prototipe... 60 Gambar 29. Nilai Indeks Bias Minyak biji pala Hasil Penyulingan dengan

Prototipe... 62 Gambar 30. Nilai Putaran Optik Minyak Biji Pala Hasil Penyulingan dengan

ix DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1. Dimensi dan Spesifikasi Alat Penyulingan... 73 Lampiran 2. Data Rata-Rata Suhu hasil pengukuran... 76 Lampiran 3. Tabel Steam, Viskositas Udara, Konduktivitas Udara, Tabel

Massa Jenis Udara... 92 Lampiran 4. Perhitungan Kehilangan Panas pada Alat Penyulingan... 98 Lampiran 5. Model Perhitungan serta Perbandingan Efisiensi Penyulingan

UKM dan Prototipe... 103 Lampiran 6. Data Hasil Perhitungan Kehilangan Kalor Secara Konveksi

dan Radiasi ... 115 Lampiran 7. Model Perhitungan Kalor Transfer (Q trnfr) pada Kondensor .. 124 Lampiran 8. Metode Analisis Bahan dan Minyak... 127 Lampiran 9. Gambar Alat Penyulingan... 132

1 I.

PENDAHULUAN

A.Latar Belakang

Tanaman Pala (Myristica fragrans Houtt) adalah salah satu komoditas pertanian yang memiliki nilai ekonomis cukup tinggi. Tanaman ini menghasilkan biji dan fuli yang didalamnya terdapat minyak atsiri. Harga minyak biji pala (nutmeg oil) dan minyak fuli (mace oil) relatif stabil dibandingkan dengan minyak atsiri jenis lain. Minyak biji dan fuli pala Indonesia merupakan minyak yang kualitasnya bagus dan jumlah ekspornya mendominasi perminyakan pala dunia. Walaupun demikian, pasar perminyakan pala dikuasai oleh asing. Kelebihan pala Indonesia dibandingkan dengan pala luar adalah rendemennya yang cukup tinggi dan baunya yang khas.

Minyak pala dapat diperoleh dengan 3 cara destilasi, yaitu destilasi menggunakan sistem rebus, destilasi menggunakan air dan uap (kukus) dan destilasi menggunakan uap langsung. Pada praktek dilapangan sistem uap langsung banyak digunakan. Dalam memproduksi minyak pala dibutuhkan sumber energi yang dihasilkan dari bahan bakar untuk membangkitkan uap (steam) untuk proses destilasi. Pada umumnya para penyuling minyak pala menggunakan bahan bakar minyak tanah dengan alasan lebih stabil dan mudah didapat waktu itu. Dengan meningkatnya harga bahan bakar, berakibat biaya produksi sedangkan keuntungan turun. Saat ini banyak diantara para penyuling sedang mencari bahan bakar yang dapat menggantikan minyak tanah. Alternatif bahan bakar yang mungkin dicapai saat ini adalah kayu bakar.

Dengan makin meningkatnya harga bahan bakar, maka yang dapat diusahakan untuk menekan biaya penyulingan adalah dengan meningkatkan efisiensi energi alat penyulingan dan pemilihan bakan bakar baru yang relatif murah. Peningkatan efisiensi energi penyulingan didapatkan dengan menurunkan kehilangan panas secara maksimal dari boiler, ketel, dan

pipa-2 pipa penghubung. Selain itu diperlukan juga sistem recovery panas yang cukup efisien pada bagian kondensor.

Dengan adanya permasalahan itu, maka dibuatlah suatu prototipe alat penyulingan yang didesain, untuk lebih menghemat energi. Prototipe yang telah dibuat diperlukan pengujian untuk mendapatkan kondisi operasi yang sesuai.

Pengaturan suhu dan tekanan yang tepat dapat menghasilkan mutu rendemen minyak pala yang sesuai standar SNI. Selain rendemen yang tinggi, pengaturan suhu dan tekanan yang berimplikasi pada laju alir minyak akan didapatkan waktu optimal penyulingan.

Prototipe alat penyulingan yang diteliti ini diharapkan dapat memberikan solusi masalah efisiensi energi yang berkorelasi terhadap biaya bahan bakar. Alat ini diharapkan mampu mempersingkat waktu penyulingan yang pada umumnya 30 sampai dengan 48 jam menjadi 12 sampai 14 jam. Proses pemotongan waktu penyulingan ini diharapkan dapat menurunkan biaya produksi baik biaya bahan bakar maupun biaya tenaga kerja.

B. Tujuan Penelitian

Penelitian kajian kinerja prototipe alat penyulingan minyak pala bertujuan untuk :

1. Mengevaluasi kinerja prototipe alat penyulingan minyak pala. 2. Menentukan kondisi proses yang sesuai dengan prototipe.

3

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. MINYAK PALA

Pala (Myristica fragrans Houtt) merupakan salah satu komoditi pertanian yang memiliki nilai ekonomis tinggi, di samping berjenis-jenis komoditi pertanian ekonomis lainnya.Sebagai tanaman rempah-rempah, pala dapat menghasilkan minyak atsiri dan lemak khusus yang berasal dari biji dan fuli. Biji pala menghasilkan 2 sampai 15 % minyak atsiri dan 30 - 40 % lemak, sedangkan fuli menghasilkan 7 - 18 % minyak atsiri dan 20 - 30 % lemak (fuli adalah arie yang berwarna merah tua dan merupakan selaput jala yang membungkus biji) (DEPTAN, 1986).

Minyak pala merupakan cairan jernih (hampir tidak bewarna ) sampai kuning muda. Sifat-sifat minyak biji pala tidak berbeda dengan minyak dari fuli pala. Kebanyakan minyak pala dihasilkan dari campuran biji dan fuli pala. Minyak pala jika jika dibiarkan diudara terbuka akan berubah menjadi kental karena terjadi peristiwa polimerisasi dan berbau terpentin atau campuran yang tidak menyenangkan(Lutony, 1999).

Minyak atsiri dari biji pala maupun fuli, mempunyai susunan kimiawi yang sama. Minyak fuli memunyai bau yang lebih tajan dari pada minyak biji pala. Bau minyak yang khas merupakan akibat dari kandungan brberapa komponen kimiawi yaitu monoterpen hidrokarbon,myristicin,monoterpen alkohol dan masih banyak lagi. Minyak fuli mengandung lebih banyak zat myristicin daripada minyak bijia pala.

Komponen minyak pala dikutip dari Shenk dan Lamparsky (1981) dapat dilihat pada Tabel 1.

4 Monoterpen

Hidrokarbon

Oksida Monoterpen

Alkohol

Aromatik Sesquiterpen Hidrokarbon Ester α-Pinene α-Thujan Camphene β-Pinene Sabinene Δ-3-carene Myrcene α-Phellandrene -Terpinene ρ-Cimene Terpinolene α-ρ

-Dimethylstyrene

P-metyl-isoprophyl benzene

1,8-cineol Linalool Fensil Alkohol Borneol Terpin-4-ol α-Terpineol Citronellol Nerol Geraniol Cis-Piperitol Trans-Piperitol Cis-Sabinen Hidrat Trans-Sabinen Hidrat Camphor p-Cymen-8-ol Menton Safrole Eugenol Cis-isoeugenol Trans-isoeugenol Methyl eugenol Vanilin Trans-metylisoeugenol Myristicin Elemicene α-Copaene α-cubebene α-Bergomoten Carophyllene α-Humulene α-Farnesene β-Bisabolene -Cadinene Bornil asetat Citronelil asetat Linalil asetat Neril asetat Geranil asetat Terpinen-4-il asetat α-Terpenil asetat

Pengolahan pala sangat sederhana sekali, yakni buah pala yang masih muda (berumur 2 - 5 bulan) dipetik, dilepaskan daging buahnya, kemudian bijinya dijemur matahari selama 2 - 3 hari, dan disortir menurut mutunya. Cara lainnya adalah dikeringkan di atas tungku api (diasap) selama +2 hari. Di pasaran dunia terdapat 2 mutu pala yaitu Mutu I AZWI dan Mutu II ETEZ. Mutu I AZWI adalah biji pala yang dikeringkan tanpa cangkang dipanen pada umur 2 - 2,5 bulan dan biasa disebut pala halus. Mutu II ETEZ adalah biji pala yang dikeringkan, berumur 3 – 5 bulan biasa disebut dengan nama pala kasar, pala polong, atau pala padang (Rismunandar,1992).

Minyak atsiri dari biji pala maupun fuli, mempunyai susunan kimiawi yang sama. Demikian pula warnanya, yaitu jernih tidak berwarna hingga Tabel 1. Komponen yang terkandung dalam minyak pala

5 kuning pucat. Minyak fuli baunya lebih tajam daripada minyak biji pala. Bau minyak pala yang khas merupakan akibat kandungan beberapa komponen-komponen kimiawi yaitu:

Monoterpene hidrokarbon kurang lebih 88%, dengan komponen utamanya camphene dan pinene

4-8% miristisin

Monoterpene alkohol, diantaranya ialah geraniol, linalool, terpineol. Eugenol, methhyleugenoldan sebagainya.

(Rismunandar,1992)

B. PROSES PENYULINGAN MINYAK ATSIRI

Minyak atsiri adalah zat cair yang mudah menguap bercampur dengan persenyawaan padat yang berbeda dalam hal komposisi dan titik cairnya, larut dalam pelarut organik dan tidak larut dalam air. Berdasarkan sifat tersebut, maka minyak atsiri dapat diekstrak dengan 4 macam cara, yaitu: Penyulingan (Destilation), Pressing (Eks-pression), Ekstraksi dengan pelarut (Solvent ekstraksion) dan absorbsi menggunakan lemak padat (Enfleurage). Cara yang tepat untuk pengambilan minyak dari bahan adalah dengan cara penyulingan (Destilation). Penyulingan dianggap paling tepat karena paling cepat, murah dan mudah dilakukan dalam skala besar.(Ames dan Matthews, 1968).

Penyulingan adalah proses pemisahan komponen yang berupa cairan atau padatan dari 2 macam campuran atau lebih berdasarkan perbedaan titik uapnya dan proses ini dilakukan terhadap minyak atsiri yang tidak larut dalam air. Menurut Guenter 1987 destilasi uap adalah proses penyulingan dengan menggunakan uap langsung. Uap yang digunakan adalah uap jenuh pada tekanan lebih dari 1 atmosfir. Uap dialirkan melalui pipa uap melingkar yang berpori terletak dibawah bahan. Uap bergerak ke atas melalui bahan yang terletak dialat penyulingan.

Melalui penyulingan dari fuli pala dapat diperoleh minyak atsiri yang jernih. Kadar minyak atsiri fuli berkisar antar 7-18% rata-rata 11%. Dari daging biji pala dapat pula diperoleh lemak dan minyak atsiri. Rata-rata

6 kandungan lemak biji pala 30-40% dan minyak atsiri rata-rata 12%.(Rismunindar,1992)

Jumlah minyak yang menguap bersama-sama uap air ditentukan oleh 3 faktor, yaitu: besarnya tekanan uap yang digunakan, berat molekul dari masing-masing komponen dalam minyak dan kecepatan minyak yang keluar dari bahan. (Satyadiwiria, 1979).

Menurut Ketaren (1985), peralatan yang biasanya digunakan dalam penyulingan terdiri atas : ketel suling, bak pendingin (kondensor), labu pemisah minyak (florentine flask), dan ketel uap (steam boiler). Peralatan-peralatan inilah yang menjadi salah satu faktor penentu rendemen minyak atsiri.

Waktu penyulingan minyak pala hingga semua minyak tersuling habis rata-rata 24 jam untuk biji pala dan 48 jam untuk fuli. (Rismunindar,1992).

C. PERALATAN PENYULINGAN

1. Boiler

Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas dan steam. Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan

steam. Berbagai katup disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam

dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem pembakaran adalah semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem.(www.energyefficiencyasia.org).

Pada dasarnya jenis boiler ada 2 yaitu: Firetube boiler (boiler pipa api) dan Watertube boiler (boiler pipa air). Pada firetube boiler, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan boiler ada didalam shell untuk dirubah

7 menjadi steam. Firetube boilers biasanya digunakan untuk kapasitas

steam yang relative kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang. Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga. (www.energyefficiencyasia.org).

2. Ketel Suling

Ketel suling digunakan sebagai tempat air atau uap mengadakan kontak langsung dengan bahan, serta untuk menguapkan minyak atsiri. Pada umumnya ketel suling berbentuk silinder, yang diameternya sama atau lebih kecil dari tingginya. Silinder tersebut dilengkapi dengan tutup yang dapat dibuka pada bagian atas silinder. Pada tutup bagian atas silinder dipasang pipa untuk mengalirkan uap ke kondensor (Guenther, 1990)

Ketel yang berukuran tinggi baik digunakan untuk menyuling bahan yang bersifat kamba. Ketel berukuran kecil lebih cocok untuk menyuling bahan yang bersifat kompak. Pengisian ketel pun sebaiknya tidak terlalu penuh atau sekitar 2/3 dari kapasitas ketel (Ketaren, 1985). Desain dasar ketel suling sedikit meruncing untuk memudahkan pemasangan ring pembantu, lembaran logam yang terbuat dari logam galvanized berukuran 14-20 gauge, ukuran ini tergantung dari besar kecilnya ketel suling. Untuk ukuran ketel yang lebih besar harus digunakan logam yang lebih berat(nomor gauge yang lebih kecil), (Guenther, 1990).

3. Pendingin (Kondensor)

Menurut McCabe et. al. (2001), kondensor didefinisikan sebagai peralatan pindah panas yang digunakan untuk merubah fase uap menjadi fase cair dengan menghilangkan panas laten yang dipunyai oleh uap.

Kondensasi atau proses pengembunan uap menjadi cairan, dan penguapan suatu cairan menjadi uap melibatkan perubahan fase cairan dengan koefisien pindah panas yang besar. Kondensasi terjadi apabila uap

8 jenuh seperti steam bersentuhan langsung dengan padat yang suhunya dibawah suhu jenuh sehingga membentuk cairan seperti air. (Geankoplis,1982 didalam Sakiah, 2006)

Perubahan fase uap menjadi fase cair disebut kondensasi. Saat kondensasi terjadi perpindahan (pengeluaran) sejumlah panas dari fase uap. Panas yang dikeluarkan untuk mengubah fase uap menjadi fase cair dapat dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini :

Q = U x A x t Keterangan :

Q = panas yang dikeluarkan per satuan waktu U = konstanta, tergantung dari bentuk pipa A = luas permukaan pipa yang dilalui uap t = beda antara suhu uap dan suhu air pendingin

Harga U tergantung dari bentuk pipa. Jika pipa berbentuk coil maka nilai U-nya = 40. Bila berbentuk tubular maka nilai U-nya = 200 (Ketaren, 1985).

Beberapa macam alat pendingin yang dapat dipakai untuk produksi minyak atsiri antara lain pendingin bentuk pipa panjang, bentuk berpilin, bentuk kisi atau bentuk tabung banyak (multitabular). Semua bentuk kondensor memerlukan air untuk mempercepat proses kondensasi( Lutony dan Rahmawati, 1999).

Untuk kebanyakan alat penukar panas salah satunya adalah kondensor, menggunakan prinsip penukaran panas dengan aliran fluida berlawanan arah (Countercurrent flow). Aliran seaarah jarang sekli digunakan karena akan membuat suhu fluida keluar yang diinginkan mendekati suhu fluida yang kedua, dan kalor yang dapat dipindahkan akan kurang dari yang dapat dipindahkan oleh aliran berlawanan arah.

9 4. Pemisah Minyak (Separator)

Menurut Lutony dan Rahmawati (1999) penampung hasil kondensasi adalah alat untuk menampung distilat yang keluar dari kondensor lalu memisahkan minyak dari air suling. Pada saat di dalam separator penguapan dan kehilangan minyak dicegah dengan mempertahankan suhu separator berkisar antara 20 ºC sampai dengan 25 ºC (Ketaren, 1985).

Separator berbentuk persegi panjang biasanya dibagi menjadi dua kamar oleh sebuah sekat. Sekat tersebut dipasangkan dengan jarak beberapa sentimeter dari dasar tabung sehingga kedua ruangan dapat berhubungan satu sama lain. (Lutony dan Rahmawati, 1999)

D. UAP

Uap merupakan bagian cairan yang diuapkan dan terdiri dari gas sejati yang masih mengandung partikel-partikel cairan di dalamnya. Partikel-partikel cairan akan teruapkan dengan pemanasan. Uap super panas atau uap panas lanjutan (superheated steam) memiliki sifat-sifat seperti suatu gas di bawah suhu kritisnya. Beberapa metode pemanasan dan ekspansi dari uap adalah sebagai berikut (Kulshrestha, 1989) :

(i) Volume konstan.

(ii) Tekanan dan suhu konstan. (iii) pv konstan atau hiperbolik. (iv) pvn konstan.

(v) Entropi konstan. (vi) Ekspansi bebas.

(vii) Throttling.

Uap merupakan salah satu fluida sehingga dalam sistem pengaliran akan mengikuti hukum hukum mekanika fluida.

10 E. ENERGI

Hampir semua operasi yang dijalankan untuk proses penyulingan melibatkan pembangkitan, penyerapan, dan kehilangan energi dalam bentuk kalor (Cabe et al. 2001).

1. Transfer Energi

Dua benda yang suhunya berbeda dalam kontak termal, maka kalor akan mengalir dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah. Aliran neto selalu berlangsung menurut arah penurunan suhu. Pengalian kalor itu dapat berlangsung dengan tiga ragam mekanisme: konduksi atau hantaran, konveksi atau aliran, dan radiasi atau pancaran.

a. Konduksi

Peristiwa perpindahan kalor secara konduksi berupa kesebandingan antara laju alir kalor melintas permukaan isotermal dan gradien suhu yang terdapat pada permukaan tersebut. Hubungan ini berlaku pada setiap lokasi pada suatu benda pada setiap waktu dan disebut hukum Fourier. (Mc. Cabe et al. 2001). Menurut Tjipto Utomo 1984, peristiwa konduksi terjadi pada padatan atau fluida yang relatif tidak bergerak, dalam hal ini panas berpindah secara getaran molekul dari satu molekul ke molekul yang lain. Besarnya fluksi panas ditulis dalam persaman Fourier:

q = - k xA x T/ x

Konduksi kalor dapat dipandang sebagai akibat perpindahan energi kinetik dari satu partikel ke partikel yang lain melalui tumbukan. Pada bahan logam, terdapat elektron bergerak bebas. Elektron-elektron ini berperan juga di dalam merambatkan energy kalor, karena itu bahan logam menjadi panghantar kalor yang sangat baik, dan disebut konduktor. (Suliyanah, 2004)

11 b. Konveksi

Perpindahan kalor cara ini biasanya memerlukan alat transpor, seperti fluida. Dalam transfer panas ini ditentukan banyak faktor yang cukup rumit yaitu sifat fluida sendiri, sehingga transfer panas dipengaruhi tingkat turbulensi fluida. Berdasarkan gerakan fluida ada dua cara konveksi, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa. Dalam konveksi alamiah gerakan fluida disebabkan oleh beda densitas antara beberapa tempat, karena adanya selisih temperatur antara tempat-tempat itu. Dalam konveksi paksa fluida mengalir karena adanya usaha dari luar terhadap fluida, seperti pompa dan kompresor (Tjipto Utomo 1984). Fluksi panas dinyatakan dalam “Hukum Pendinginan

Newton”

q = h x A x (Tpadatan - Tfluida) c. Radiasi

Radiasi dapat dianggap sebagai arus energi yang yang bergerak dengan kecepatan cahaya didalam ruang. Dalam bahasan kalor, radiasi akan terjadi apabila suatu benda yang suhunya lebih tinggi berhadapan pada suatu jarak pandang tertentu, sehingga akan terjadi pelepasan energi dan absorbsi energi pada penerima sampai keadaan seimbang (Mc. Cabe et al. 1986). Dalam radiasi terdapat emisivitas yang menentukan besarnya transfer energi, besarnya tergantung jenis benda. Untuk benda hitam sempurna mempunyai nilai emisivitas satu, nilai tersebut semakin kecil untuk benda yang kadar hitamnya kecil (Zemansky,1994 )

Besarnya kalor yang diradiasikan oleh suatu benda yang suhunya lebih tinggi mengikuti persamaan Stefan-Boltzman

12 2. Kehilangan Energi

Pada suatu sistem pasti akan terjadi kehilangan energi, baik berupa kalor maupun energi yang lain. Kehilangan kalor total pada suatu sistem dapat dicari dengan mengalikan head fluks dan luas total serta waktu kerja sistem tersebut, atau dapat pula dengan mengalikan variabel luas pemukaan, waktu kerja, perbedaan suhu dengan lingkungan dan konstanta berupa koefisien transfer panas total.

ΔQ = h x A x ΔT x Δt Dimana:

ΔQ = kehilangan panas, J

h = koefisien transfer panas total, W/(m2K)

A = luas permukaan transfer panas, m2

ΔT = Perbedaan temperatur bahan padat denga lingkungan , K

Δt = time period, s (Zemansky,1994) F. MUTU MINYAK PALA

Mutu minyak pala dievaluasi dengan membandingkan terhadap mutu standar minyak pala berdasarkan SNI 06-2388-2006.

Miristisin merupakan senyawa crystalline, turunan safrole seperti pada

star anise,parsley seed oil dan minyak biji pala. Jika dikonsumsi dalam dosis tinggi dapat menyebabkan convulsions, hallucinations, tachycardia, dan kematian (Anonim 2001).

Pada awal penyulingan, komponen bertitik didih rendah akan tersuling terlebih dahulu kemudian disusul dengan komponen bertitik didih tinggi. Miristisin adalah senyawa dengan titik didih tinggi dan juga memiliki berat molekul lebih tinggi (192.2) dibandingkan dengan komponen lain dalam minyak pala dan fuli.(Guenther, 1990)

13 Tabel mutu standar minyak pala berdasarkan SNI 06-2388-2006 dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Mutu Standar Minyak Pala SNI 06-2388-2006

No Jenis Uji Satuan Persyaratan

1 1.1 1.2

Keadaan Warna Bau

- -

Tidak berwarna-kuning pucat Khas minyak pala

2 Bobot jenis 20ºC/20ºC - 0,880-0,910

3 Indeks Bias(nD20) 1,470 - 1,497

4 Kelarutan Etanol 90% pada suhu

20ºC 1 : 3 jernih, seterusnya jernih

5 Putaran optik (+)8º - (+)25º

6 Sisa penguapan % Maksimum 2,0

7 Kadar Miristin % Minimum 10

14

III.

METODOLOGI

A. BAHAN DAN ALAT 1. Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

a. Biji dan Fuli Pala sebagai bahan baku uji coba penyulingan.

b. Kayu bakar campuran dari jenis kayu mangga dan rambutan sebagai bahan bakar boiler.

c. Bahan kimia yang digunakan antara lain : etanol 90%, benzena, indikator PP, larutan KOH 0.1 N, NaOH, dan H2SO4.

d. Air pendingin

2. Alat Penelitian

Peralatan yang akan digunakan dalam penelitian ini terdiri dari : a. Seperangkat prototipe alat penyulingan yang terdiri dari:

1. Boiler tipe pipa air dan pipa api dengan bahan bakar kayu yang dilengkapi sistem pembuangan yang dilengkapi siklon

2. Ketel Suling kapasitas 1500 liter bahan stainless steel 304 yang dilengkapi insulator glass wool

3. Kondensor tipe spiral

4. Separator berbahan stainless steel 304

Rangkaian prototipe alat penyulingan dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Prototipe Alat Penyulingan Minyak Pala Keterangan:

1. Saluran Pembuangan (Cerobong) 4. Ketel 2. Siklon Cerobong 5. Kondensor

3. Boiler 6. Separator

5 4

6 3

2 1

15 b. Termometer digital dan termometer analog.

c. Timbangan, meliputi timbangan skala besar (kiloan) dan timbangan analitik

d. Pencatat waktu (Stopwatch), pencatat laju alir air (flow meter)

e. Peralatan analisis minyak atsiri terdiri dari : buret, gelas ukur 100 ml, gelas ukur 1 liter, gelas piala 100 ml, gelas piala 1 liter, botol penampung, corong, labu distilasi 500-2.000 ml, pendingin tegak, penampung destilat, tabung pengering.

3. Alat Penyulingan a. Boiler

Boiler yang digunakan adalah boiler dengan bahan bakar kayu, sehingga dalam boiler ini dilengkapi sistem tungku yang ada dibawahnya. Boiler ini dilengkapi dengan insulator hampir disetiap kulit boiler dan tungku untuk mengurangi kehilangan kalor pada dinding. Boiler yang digunakan pada Gambar 2 dan Lampiran 9.

Gambar 2. Prototipe Boiler

a. Desain dalam boiler tampak samping b. Desain dalam boiler tampak samping c. Boiler tampak depan

Keterangan:

1. Blower Sentrifugal

2. Tangki Pemasakan tanpa Insulasi

3. Siklon Cerobong

4. Saluran Pembuangan (Cerobong)

5. Pipa Api

6. Pipa Air

7. Saluran Udara Masuk

8. Pintu Pemasukan Kayu Bakar

9. Saluran Pemasukan Air

10.Saluran Pembuangan Air

1

2 3

4 5

6 8

8

10 9

7

16 Tipe Boiler ini merupakan gabungan antara pipa air dan pipa api. Pada bagian tungku dikelilingi oleh pipa air yang berbentuk seperti kaki-kaki laba-laba, sehingga panas dar sistem tungku akan lebih efisien diserap. Pada bagian atas terdapat wadah berisi air yang dilewati pipa api. Boiler ini dilengkapi peralatan pengaman yang wajib ada antara lain : savety valve(katup pengaman), water level

(penduga tinggi air), manometer gauge, dan pompa air dan juga saluran pembuangan Steam.

Bioler ini telah dilengkapi sistem pembuangan dengan sistem siklon, sehingga sebelum dibuang ke udara partikel berat akan jatuh di bagian bawah siklon dan partikel ringan akan keluar bersama udara. Selain itu untuk pembuangan, boiler ini dilengkapi dengan blower sentrifugal yang menyala secara otomatis jika tekanan dalam boiler turun. Spesifikasi blower yang digunakan terdapat pada Lampiran 1b.

b. Ketel Suling

Prototipe ketel suling pala berkapasitas 1500 liter dengan diameter 116 cm dan tinggi 184 cm. Ketel suling ini terbuat dari bahan stainless steel 304 dengan insulator glass wool yang menyelimuti dinding ketel. Jalur masuk uap berada dibagian bawah. Uap didistribusikan melalui pipa melingkar berpori. Jalur uap keluar

berada dibagian atas ketel. Ketel suling yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3 dan Lampiran 9.

Gambar 3. Prototipe Ketel Suling Pala Kapasitas 300 kg.

3

1

2

4

5 6

7 8

17 Keterangan:

1. Tutup ketel 2. Penangkap debu

3. Dinding Insulasi Glass wool

4. Dasar Ketel/bodem

5. Kaki Ketel 6. Ketel Bahan

7. Saringan Ketel Bahan 8. Kaitan Pengunci

Pada bagian dalam ketel terdapat ketel bahan yang dilengkapi fraksi pemisah. Fraksi pemisah ini berfungsi untuk segmentasi bahan penyulingan pala yang umumnya dilakukan dengan ijuk. Dimensi ketel dalam selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1B. Untuk membuat sistem fraksi, ketel ini dilengkapi penahan saringan dengan ketinggian 40 cm dan saringan lipat yang diameternya 105 cm.

Bentuk dasar ketel berupa cekungan agar mempermudah pengeluaran air kondensasi. Sedangkan bagian atas berupa tutup ketel yang mudah dibuka sehingga mempercepet memasukkan bahan. Pada tutup ini dilengkapi baut-baut pengunci agar ketel benar-benar rapat, selain itu pada tutup dilengkapi tuas pembuka tutup yang disertai beban sehingga tutup dapat dibuka dengan tenaga yang kecil.

Pada saluran keluar dari ketel ini dilengkapi manometer untuk penunjuk tekanan dengan kisaran 0 sampai 2,5 bar, safety valve,dan sistem penangkap debu. Penangkap debu digunakan agar uap yang keluar benar-benar bersih.

c. Kondensor

Kondensor yang digunakan untuk penelitian ini adalah kondensor hasil rancangan. Kondensor ini terbentuk spiral dengan diameter spiral 2 m, dengan jumlah ulir 7 ulir. Panjang pipa kondensor adalah 48 m, dengan rincian 18 m pipa 1,5 inchi dan 30 m pipa 1 inchi

Kondensor ini dilengkapi sirkulasi air pendingin input dan output agar suhu destilat minyak tidak terlalu tinggi, karena sifat minyak mudah menguap. Kondensor yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 4 dan Lampiran 9.

18 d. Separator

separator yang digunakan pada penelitian ini hampir sama dengan separator yang pada umumnya dipakai, seperti dekanter. Prinsip kerja separator ini adalah dengan memanfaatkan perbedaan massa jenis bahan yang dipisahkan. Hal yang membedakan separator ini adalah pada bagian tabung pengeluaran minyaknya cenderung menyempit. Pada volume yang sama dengan luas permukaan yang lebih kecil, maka akan didapatkan tinggi yang lebih besar. Perbedaan ketinggian yang cukup besar akan dapat mengurangi kehilangan minyak pada separator ini. Kondensor yang dapat dilihat pada Gambar 5 dan Lampiran 9.

Gambar 4. Prototipe Kondensor Model Spiral

19 B. METODE PENELITIAN

Penelitian ini terdiri dari tiga tahapan yaitu: penelitian pendahuluan, pengujian kinerja peralatan penyulingan, dan Perhitungan. Metode penelitian yang disajikan dalam diagram alir adalah sebagai berikut.

Gambar 6. Diagram Alir Penelitian.

Metode penelitian secara detail menyajikan informasi sebagai berikut: 1. Penelitian Pendahuluan

Pada penelitian pendahuluan, dilakukan penetapan jenis kayu sehingga dapat diperoleh nilai kalor kayu yang didapat dari literatur. Dari sampel kayu dilakukan pengujian kadar air kayu. Dari data kadar air kayu, ditetapkan nilai kalor kayu yang digunakan pada penyulingan.

Hasil dari uji pendahuluan ini adalah penentuan parameter perlakuan untuk penelitian utama. Parameter yang ditentukan nilainya diambil dari referensi untuk kemudian diaplikasikan untuk prototipe ini. Referensi yang digunakan adalah panduan penyulingan minyak pala dari

20 Departemen Perindustrian. Parameter ini diujikan untuk mengetahui tingkat kesesuian dengan operasi prototipe.

Uji coba alat kosong dilakukan dengan cara mensirkulasikan steam ke alat penyulingan minyak sehingga akan diperoleh hasil akhir air destilat. Selain data laju destilat, diperoleh juga data laju steam dan laju air destilat. Dari bagian boiler didapatkan data waktu untuk menghasilkan uap dari boiler sehingga bisa diukur kalor yang dihasilkan per satuan waktu.

Pengujian alat ini juga bertujuan untuk mengetahui titik kritis kontrol pada alat ini, sehingga pada uji dengan bahan menjadi lebih mudah.

2. Pengujian Kinerja Peralatan Penyulingan Terhadap Rendemen Minyak Pala

2.1. Persiapan Bahan

Bahan penyulingan, yaitu biji pala sebelumnya diukur nilai kadar air, untuk menentukan kadar air awal bahan (W0). Dalam pengukuran kadar air didasarkan pada SNI 01-0006-1993 tentang biji pala. Dasar pengukuran kadar air ini menggunakan pengukuran kadar air rempah. Metode pengukuran kadar air dapat dilihat pada Lampiran 6.

Selain pengujian kadar air, bahan juga dilakukan pengukuran nilai kadar minyak pada biji pala. Standar acuan yang digunakan adalah SNI 01-0006-1993. Pengujian kadar minyak ini digunakan untuk mendapatkan nilai kadar minyak bahan awal sebelum disuling (O0). Selain untuk penentuan parameter awal, kadar minyak pada bahan diharapkan dapat menjadi titik acuan nilai kadar minyak aktual dalam bahan atau rendemen aktual pada bahan.

2.2. Parameter Pengukuran

Parameter yang akan diukur dalam proses penyulingan yaitu : 1. Massa bahan sebelum penyulingan, perhitungan berat bahan akan

21 2. Lama penyulingan, pengukuran lama penyulingan akan

dibandingkan dengan literatur yang ada

3. Volume dan massa minyak atsiri hasil penyulingan berupa fraksi minyak ringan dan fraksi minyak berat, volume dan massa ini digunakan dalam perhitungan hasil rendemen.

4. Volume air kondensat yang berasal dari boiler setelah melewati kondensor untuk perhitungan laju alir rata-rata.

5. Penggunaan air pendingin pada kondensor dengan melihat penggunaan air pada flowmeter dan menghitung kebutuhan air pendingin rata-rata dengan membagi kebutuhan air dengan kebutuhan waktu.

6. Suhu pada beberapa titik pada sistem penyulingan meliputi suhu udara, suhu penyulingan, suhu kondensat, suhu air pendingin masuk, suhu air pendingin keluar dan suhu dalam labu penyulingan.

7. Tekanan yang digunakan pada saat penyulingan minyak meliputi tekanan yang dihasilkan boiler dan tekanan aktual yang digunakan pada ketel suling.

2.3. Operasi Penyulingan a. Perlakuan Pendahuluan

1. Pengecekan kesiapan alat dengan uji kosong sebelum melakukan penyulingan pada hari sebelumnya.

2. Pengecilan ukuran biji pala kering dengan alat pengecil ukuran dan ditampung dengan karung beras. Pengecilan ukuran bertujuan mempercepat proses pengekstrakan minyak dari bahan biji pala. Tempat pengecilan ukuran tidak boleh jauh dari tempat penyulingan untuk mengurangi kehilangan minyak saat tansportasi.

3. Bahan yang telah dikecilkan diambil sampel untuk tiap karung, kemudian dicampur dan diambil sejumlah sampel yang diperlukan untuk pengujian kadar air dan kadar minyak bahan sebelum disuling.

22 4. Penyiapan kayu bakar dengan mengumpulkan kayu yang sejenis

dan ditimbang masing-masing kayu.

5. Pengambilan sampel kayu sejumlah yang diperlukan dari masing-masing jenis kayu untuk diukur kadar airnya. Dari perhitungan kadar air kayu akan didapatkan nilai kalor kayu.

b. Penyulingan

1. Bahan berupa biji pala yang sudah dihancurkan dimasukkan kedalam ketel bahan sebanyak 100 kg kemudian diratakan sambil ditekan. Sebelum pengisian bahan tersebut sebelumnya penahan sarangan diletakkan pada sarangan paling bawah. Setelah fraksi pertama terisi maka sarangan kedua diletakkan dan diberi penahan sarangan lagi. Bahan dimasukkan lagi sejumlah 100 kg diratakan dan dipadatkan. Untuk fraksi terakhir diletakkan sarangan ketiga dan kemudian diisi bahan sejumlah 100 kg, sehingga total bahan per batch sebanyak 300 kg. Ketel bahan yang telah terisi pala, siap dimasukkan ke ketel suling dengan bantuan katrol. Setelah ketel bahan masuk, ketel suling ditutup kemudian dilakukan pengencangan baut.

2. Pengisian boiler dengan air dan penyalaan boiler serta dilakukan pencatatan posisi awal meteran air lama waktu menghasilkan steam.

3. Tekanan pada ketel suling dijaga konstan 1 atm, dan waktu penyulingan di tentukan selama 12 jam. Apabila setelah 12 jam masih terdapat minyak, maka penyulingan dilanjutkan sampai tidak keluar minyak lagi. Minyak setelah 12 jam dibandingkan jumlahnya dengan minyak hasil penyulingan 12 jam

4. Pengambilan sampling suhu serta laju alir destilat tiap jamnya, dari mulai suhu boiler, suhu ketel suling, suhu pada kondensor, dan suhu destilat.

5. Pada bagian boiler, selalu dicatat fenomena yang terjadi yaitu perubahan tekanan dan mati hidupnya blower serta waktu terjadinya.

23 6. Penjagaan titik kritis penyulingan yaitu ketel suling selalu dijaga

tekanannya sebesar 1 atm gauge selama penyulingan. Suhu destilat selalu dijaga kisarannya 30 - 35°C. Serta laju alir destilat dijaga agar stabil 150 liter/jam.

7. Saat penyulingan berakhir dilakukan pengukuran air yang terpakai, air sisa penyulingan, serta pengambilan sampel bahan setelah disuling untuk diuji kadar air dan kadar minyak.

8. Perhitungan rendemen minyak dan pengujian karakteristik minyak yang dibandingkan dengan SNI SNI 06-2388-2006 tentang minyak Pala.

Berikut adalah diagram alir penyulingan:

24 c. Pencatatan Data

Pengumpulan Data dicatat 5 orang pencatat yaitu:

Pengukuran di boiler, mengukur suhu, tekanan dan mengamati fenomena pada boiler selama penyulingan dilakukan 1 orang. Pengukuran suhu di pipa penghubung, ketel suling dan kondensor

selama penyulingan dilakukan 2 orang.

Pengukuran laju alir dan minyak dilakukan 1 orang.

Pengukuran tekanan dan pengoperasian valve untuk menjaga tekanan 1 kgf/cm2 dilakukan 1orang.

2.4. Hasil Penyulingan

Setelah didapatkan minyak hasil penyulingan, maka dilakukan pengujian terhadap mutu minyak atsiri yang dihasilkan dibandingkan dengan SNI 06-2388-2006. Pengujian ini merupakan analisis karakteristik meliputi karakteristik yang perlu dianalisis antara lain : rendemen minyak, kadar air, bobot jenis, indeks bias, putaran optik, bilangan asam, bilangan ester, dan kelarutan minyak atsiri dalam etanol 90 %. Prosedur analisis terdapat pada Lampiran 8.

2.5. Analisis Kinerja Sistem Penyulingan

Analisis kinerja optimal dapat diketahui dengan melihat parameter neraca energi, neraca massa dan penentuan tingkat efisiensi.

2.5.1 Neraca Massa

Neraca massa merupakan kesetimbangan antara input meteri berupa biji pala dan air, yang dibandingkan dengan output materi berupa air, biji pala bekas suling dan minyak pala. Neraca massa ini diamati dari pengukuran:

1. Kadar air dan kadar minyak bahan yang disuling 2. Kadar air dan kadar minyak bahan setelah disuling 3. Jumlah air yang masuk ke boiler

4. Jumlah minyak yang didapat 5. Laju alir air destilat

25 2.5.2 Neraca Energi

Neraca panas merupakan keseimbangan keseluruhan energi total yang masuk ke sistem penyulingan terhadap yang yang keluar dari sistem. Hal ini dapat dilihat dengan pengukuran:

1. Kalor dari jenis kayu yang digunakan

2. Konsumsi bahan bakar dalam satuan massa kering 3. Perpindahan kalor ke fluida berupa steam

4. Distribusi kalor pada sistem

5. Kehilangan kalor dari sistem penyulingan

C. PERHITUNGAN

1. Asumsi yang Digunakan: a) Asumsi 30 menit konstan

Dalam pengujian alat diperlukan sampel pengukuran setiap terjadi perubahan sehingga data akurat. Dalam pengukuan sampel dilakukan setiap 30 menit dengan asumsi dalam 30 menit, keadaan tersebut dianggap tetap.

b) Kalor merupakan satu-satunya Energi Yang diperhitungkan.

Dalam peritungan energi dihitung berdasarkan femomena kalor yang terjadi pada sistem. Energi lain seperti energi listrik yang digunakan pada pompa dan kipas diabaikan

c) Produksi Steam sama dengan kebutuhan air

Jumlah Produksi Steam dari boiler selama penyulingan diasumsikan sama dengan jumlah kebutuhan air yang digunakan untuk produksi steam.

d) Dalam suatu sistem ada input, output dan kehilangan energi

Boiler,Ketel,Kondensor dan Pipa penghubung dianggap Sebagai sistem. Kehilangan Panas yang fluktuatif diasumasikan sama selama 30 menit konstan.

26

Kalor

Kalor

Asumsi Kehilangan Panas:

1. Tutup ketel dapat diasumsikan sebagai plat horizontal yang sedang dipanaskan dari bawah walaupun memiliki luasan permukaan yang berbeda dalam diameter yang sama.

Gambar 8. Simulasi Plat dipanaskan dari bawah

2. Bagian Dasar ketel dapat diasumsikan sebagai plat horizontal yang sedang dipanaskan dari atas. Kehilangan kalor akan lebih kecil pada bagian ini.

Gambar 9. Simulasi Plat dipanaskan dari atas

3. Bagian dinding ketel diasumsikan sebagai pipa silider vertikal yang besar, dan untuk pipa penghubung horizontal model kehilangan panas dapat dilihat pada Gambar dibawah.

Kalor

_Kalor

d Asumsi d

i

Kalor

Kalor

d Asumsi d

27 Angka grashof dan angka prandtl merupakan bilangan tanpa dimensi yang menunjukkan fenomena konveksi alami yang terjadi.

Angka prandtl (NPr ) dapat dicari dengan persamaan :

……... (1) Dimana :

Cp = Kalor spesifik udara, Joule/kg °C

μ = Viskositas udara, kg/m s

k = Konduktifitas panas udara lingkungan, W/mK Nilai NGr dapat dicari dengan persamaan :

... (2) Dimana :

D3 = Dimensi Panjang Permukaan (m)

ρ2

= Densitas udara (kg/m3)

β = Koefisien ekspansi termal (1/K) g = Percepatan gravitasi (m/s)

ΔT = Perbedaan suhu permukaan pipa dan udara (K)

μ2

= viskositas udara (kg/m s)

Angka nusselt merupakan perbandingan tingkat konveksi panas terhadap konduktivitas udara, besarnya angka nusselt didapat dari fungsi angka grashof dan angka prandt.

NNu = a (NGr NPr)m ……….. (3) Tabel 3. Konstanta Angka Nusselt

Sistem Jangkauan NGr NPr a m

Plat vertikal, silinder Vertikal

< 104 104– 109 109– 1012

1,36 0,59 0,13 0.2 0,25 0,333 Plat horizontal dipanaskan

menghadap keatas

105– 2 x 107 2 x 107 - 3 x 1010

0,54 0,14

0,25 0,333 Plat horizontal dipanaskan

menghadap kebawah

3 x 105 - 3 x 1010 0,27 0,25 Silinder Horizontal 1 – 104

104– 109 > 109

1,09 0,53 0,13 0.2 0,25 0,333 (Perry 1999)

28 2. Efisiensi sub sistem Boiler

Perhitungan nilai efisiensi pada boiler ini digunakan metode pendekatan langsung, yaitu berupa perbandingan energi yang dihasilkan dari sumber energi yang masuk pada boiler. Persamaan efisiensi boiler adalah

... (4)

Perhitungan energi yang cukup sederhana ini dimaksudkan agar tidak terjadi kesalahan hitung, karena pada boiler ini terdapat banyak faktor loss, sehingga perhitungan tidak dapat maksimal. Energi bahan bakar didapatkan dengan mengkalkulasikan total kayu dalam keadaan kering mutlak. Untuk persamaan menghitung nilai kalor bahan bakar.

QBB (ωBB Qpy m) ... (5) Dimana:

Q BB = Nilai kalor kayu bakar total, (J)

ωBB = Kadar air bahan bakar, (% kg/kg)

Q py = Nilai kalor kayu bakar kering mutlak, (J/kg) m = massa bahan bakar, (kg)

energi yang dihasilkan boiler dapat dihitung dengan mengkalkulasikan kebutuhan air pada boiler dan sisa air setelah penyulingan. Sisa air pada boiler diasumsikan sebagai air yang belum berubah menjadi steam tetapi telah menerima kalor mencapai suhu 100°C. persamaan menghitung energi yang dihasilkan boiler adalah:

………₍₆₎

Dimana :

Q ot = Kalor yang dihasilkan boiler, (J)

Hs = Entalphi Steam pada tekanan yang dihasilkan manometer, (J/kg) Ha = Entalphi air pada suhu ruang, (J/kg)

Ht = Entalphi air pada suhu 100°C, (J/kg)

Ms = Massa air yang berubah menjadi steam, (J/kg) Ma = Massa air sisa setelah penyulingan diboiler, (J/kg)

29 3. Efisiensi sub sistem pipa penghubung

Pada perhitungan nilai efisiensi pipa penghubung dapat dicari dengan melihat energi yang masuk pada ujung pipa yang dikurangi energi yang hilang saat perjalanan pada pipa. Persamaan perhitungan nilai efisiensinya adalah: 100% (J) pipa ke masuk energi (J)) energi kehilangan -(J) pipa ke masuk (energi

pipa ... (7)

Pipa penghubung yang dihitung pada sistem ini dibagi menjadi 2 bagian, yaitu pipa penghubung boiler ke ketel dan pipa penghubung ketel dengan kondensor. Energi yang masuk dari ujung pipa didapatkan dari energi yang didapat dari boiler dan ketel. Perhitungan kehilangan panas pada pipa-pipa ini didasarkan pada transport panas secara konveksi dengan asumsi pipa sebagai padatan yang menghasilkan kalor dan udara sebagai fluida. Persamaan kehilangan energi dari pipa dapat dilihat pada Lampiran 4.

4. Efisiensi sub sistem ketel

Seperti perhitungan pipa penghubung, untuk perhitungan nilai efisiensi alat yaitu energi yang masuk ke ketel suling berupa steam dikurangi dengan kehilangan kalor yang terjadi pada tiap bagian ketel suling. Persamaan efisiensi ketel suling yaitu:

100% (J) ketel ke masuk energi (J)) energi kehilangan -(J) ketel ke masuk (energi ketel ...(8)

Untuk kehilangan kalor pada ketel mengikuti persamaan kehilangan panas akibat konveksi alamiah. Konveksi alamiah memiliki laju yang berbeda. Perhitungan kehilangan panas dapat dilihat pada Lampiran 4.

5. Efisiensi sub sistem kondensor

Pada kondensor efisiensi dihitung berdasarkan kemampuan mentransfer kalor dari steam ke air pendingin pada bak. Pada proses transfer ini terdapat perubahan fase fluida. Sedangkan perhitungan nilai efisiensi dihitung dari kemampuan air pendingin menyerap kalor dari kalor

30 yang dilepaskan. Persamaan efisiensi kondensor dapat ditulis sebagai berikut:

100% (J)

uap dilepaskan yang

Kalor

(J) pendingin air

ke ditransfer yang

Kalor

kondensor ...(9)

Dimana :

Kalor yang ditransfer ke air pendingin

Q trnfr = U x A x TLMTD ...(10) Dimana:

Q trnfr = Energi yang dilepakan oleh uap air, (J) U = konstanta Pindah Panas Kondensor (W/m2.°K) A= Luas area pindah panas kondensor, (m2)

TLMTD = selisih suhu rataan logaritmik (°K) (Sumber Mc Cabe et al. 2001)

Dari persamaan (e) pada Lampiran 4, rata –rata suhu yang digunakan adalah rataan logaritmik. Proses transfer panas ke air pendingin akan terjadi gradien panas, sehingga bagian permukaan air akan lebih panas. Gradien suhu atau yang biasa disebut lapisan panas pada fluida mengikuti pola kurva logaritmik, sehingga untuk mengurangi faktor kesalahan digunakan rataan logaritmik. Ilustrasi gradien suhu dapat dilihat pada Gambar 11. Selain persamaan diatas,perhitungan efisiensi daur ulang panas dilakukan untuk mengetahui besarnya kalor yang mampu diserap air pendingin, yang mengacu pada asas black.

120 cm

T1 T3

T2

128 Dimana:

V adalah volume M adalah massa Prosedur :

Contoh yang telah dikecilkan ukurannya, ditimbang lalu dimasukkan ke dalam labu destilasi dengan toluena. Rendam bahan dengan toluena. Pasang alat penampung, isi dengan toluena. Panaskan labu pemanas ukur setelah 1 jam setelah mendidih matikan pemanas tunggu hingga tidak ada lagi uap. Ukur volume air yang didapatkan.

4. Bobot Jenis (SNI 06-2388-2006)

Bobot jenis adalah perbandingan antara berat minyak dengan berat air pada volume dan suhu yang sama..

Prosedur :

Cuci dan bersihkan piknometer, kemudian bilas berturut-turut dengan etanol dan dietil eter. Keringkan bagian dalam piknometer tersebut dengan arus udara kering dan sisipkan tutupnya. Biarkan piknometer di dalam lemari timbangan selama 30 menit dan timbang (m). Isi piknometer dengan air suling yang telah dididihkan dan biarkan pada suhu 20oC, sambil menghindari adanya gelembung-gelembung udara. Celupkan piknometer ke dalam penangas air pada suhu 20oC ± 0,2oC selama 30 menit. Sisipkan penutupnya dan keringkan piknometernya. Biarkan piknometer di dalam lemari timbangan selama 30 menit, kemudian timbang dengan isinya (m1) Kosongkan piknometer tersebut, cuci dengan etanol dan dietil eter, kemudian keringkan dengan arus udara kering. Isilah piknometer dengan contoh minyak dan hindari adanya gelembung udara Celupkan kembali piknometer ke dalam penangas air pada suhu 20 oC ± 0,2oC selama 30 menit. Sisipkan tutupnya dan keringkan piknometer tersebut.. Biarkan piknometer di dalam lemari timbangan selama 30 menit dan timbang (m2)

Bobot Jenis d 2020 = m2– m

m1– m

Keterangan :

129 m1 adalah bobot piknometer berisi air pada suhu 20 ºC

m2 adalah bobot piknometer berisi minyak atsiri pada suhu 20 ºC

5. Indeks Bias (SNI 06-2388-2006)

Metode ini didasarkan pada pengukuran langsung sudut sinar yang dibiaskan minyak atsiri pada suhu 25 ºC.

Prosedur :

Air dialirkan melalui refraktometer agar alat ini berada pada suhu pembacaan yang dilakukan. Suhu tidak boleh lebih dari ± 2 ºC dari suhu referensi dan harus dipertahankan dengan toleransi ± 0,2 ºC. Suhu minyak harus sama dengan suhu dimana pengukuran dilakukan. Pemanasan dilakukan bila suhu telah stabil. Perhitungannya sebagai berikut :

Indeks bias pada suhu 20ºC = pembacaan skala.

Jika pembacaan dilakukan pada suhu lain maka gunakan faktor koreksi : - Δ x 0,0004 jika suhu pembacaan kurang dari 20 ºC.

+ Δ x 0,0004 jika suhu pembacaan lebih dari 20 ºC. 6. Putaran Optik(SNI 06-2388-2006)

Metode putaran optik didasarkan pada pengukuran sudut sinar terpolarisasi yang diputar oleh contoh minyak atsiri sepanjang 10 cm.

Bahan kimia:

a) larutan sukrosa anhidrat murni, konsentrasi 26,00 g sukrosa per 100 ml air; b) khloroform, untuk mengencerkan contoh minyak berwarna gelap sebelum dilakukan pengujian.

Peralatan:

a) polarimeter, dengan ketelitian + 0,03o, yang ditempatkan dan dipergunakan dalam ruangan gelap dengan kondisi stabil;

b) sumber cahaya digunakan lampu natrium atau alat lain yang menghasilkan sinar monokhromatik dengan panjang gelombang 589,3 nm ± 0,3 nm;

c) tabung polarimeter berukuran 100 mm ± 0.05 mm; d) thermometer.

130 Cara kerja:

a) Nyalakan sumber cahaya dan tunggu sampai diperoleh kilauan yang penuh; b) Isi tabung polarimeter dengan contoh minyak yang sebelumnya telah dibawa pada suhu tertentu, usahakanlah agar gelembung-gelembung udara tidak terdapat didalam tabung;

c) Letakkan tabung di dalam polarimeter dan bacalah putaran optik dekstro (+) atau levo (-) dari minyak, pada skala yang terdapat pada pada alat;

d) Dengan menggunakan termometer yang disisipkan pada lubang ditengah tengah,periksalah bahwa suhu minyak dalam tabung adalah 20oC ± 1oC;

e) Catatlah hasil rata-rata dari sedikitnya tiga pembacaan, masing-masing pembacaan tidak berbeda lebih dari 0,08o.

Penyajian hasil uji:

Putaran optik harus dinyatakan dalam derajat lingkar sampai mendekati 0,01o. putaran optic dekstro harus diberi tanda positif (+) dan putaran optik levo harus diberi tanda negatif (-).

7. Kelarutan dalam Etanol 90 %(SNI 06-2388-2006) Prinsip :

Kelarutan minyak pala dalam etanol absolut atau etanol yang diencerkan yang menimbulkan kekeruhan dan dinyatakan sebagai larut sebagian atau larut seluruhnya, berarti bahwa minyak tersebut membentuk larutan yang bening dan cerah dalam perbandingan-perbandingan seperti yang dinyatakan.

Prosedur :

Tempatkan 1 ml contoh minyak dan diukur dengan teliti di dalam gelas ukur yang berukuran 10 ml atau 25 ml. Tambahkan etanol 90 %, setetes demi setetes. Kocoklah setelah setiap penambahan sampai diperoleh suatu larutan yang sebening mungkin pada suhu 20oC; Bila larutan tersebut tidak bening, bandingkanlah kekeruhan yang terjadi dengan kekeruhan larutan pembandingan, melalui cairan yang sama tebalnya. Setelah minyak tersebut larut tambahkan etanol berlebih karena beberapa minyak tertentu mengendap pada penambahan etanol lebih lanjut.

131 Cara menyatakan hasil :

Kelarutan dalam x % (v/v) etanol = 1 volume dalam y volume, menjadi keruh dalam z volume.

8. Penentuan sisa penguapan (SNI 06-2388-2006)

Senyawa yang tidak menguap diperoleh dengan cara menguapkan minyak pala di atas penangas air.

Cara Kerja:

Panaskan cawan penguapan di atas penangas air selama 60 menit, kemudian dinginkan dalam desikator selama 20 menit, di timbang (Wo). Timbang dengan teliti kira-kira 5 g contoh minyak pala dalam cawan tersebut yang telah diketahui bobotnya (W1). Panaskan di atas penangas air selama 4 (empat) jam, dinginkan dalam desikator selama 20 menit, kemudian ditimbang.Ulangi pekerjaan sampai diperoleh bobot tetap (W2).

132 Lampiran 9. Gambar Alat Penyulingan

A.Prototipe Boiler

B.Prototipe Ketel

133 D.Prototipe Separator

E.Boiler UKM dan Separator