Studi Input Energi pada Proses Penyulingan Minyak Atsiri Nilam dengan Sistem Boiler (Studi Kasus Unit Pengolahan minyak Nilam Kesamben-Blitar) Rohmad Abdul Aziz Al Fathoni*, Bambang Susilo, Musthofa Lutfi Jurusan Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas Brawijaya Jl. Veteran, Malang 65145 *Penulis Korespondensi, Email: alfa.roni46@yahoo.com ABSTRAK Minyak atsiri merupakan salah satu komoditas ekspor Indonesia. Produsen utama di dunia untuk minyak atsiri adalah Indonesia (Jawa), Haiti dan Cina. Masalah utama yang ditemukan dalam penyulingan minyak atsiri di Indonesia adalah rendahnya kualitas minyak, membuang-buang waktu proses distilasi dan konsumsi energi yang tinggi. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis penggunaan energi di beberapa proses distilasi dan untuk meningkatkan kualitas minyak yang diperoleh. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh massa materi terhadap kebutuhan massa uap dan energi uap minyak nilam pada proses distilasi, dan untuk mengetahui pengaruh massa uap terhadap kebutuhan enrgy uap yang dihasilkan dalam penyulingan minyak nilam. Penelitian ini menggunakan metode variabel bebas dengan satu faktor yaitu massa bahan (250 kg, 275 kg, 300 kg), dengan konstan tekanan absolut 5 atm. Penelitian menunjukkan massal bahan 300 kg, menghasilkan massa uap sebesar 0.588 kg, dan energi uap 1527,59 kj, dengan efisiensi tertinggi tenaga uap 38,61%. Kata Kunci : penyulingan, input energi, atsiri The Study of Energy Input on Patchouli Essential Oil Distillation Process With Boiler System (Case Study in Essenial Oil Processing Unit Kesamben Blitar) ABSTRACT Essensial oil is one of export commodities of Indonesia. In the world main producer of essensial oil are Indonesia (Java), the reunion Haiti and China with yearly production. The major problems found in Indonesia essensial oil distillation are low quality of the oil (smoke notes), wasting time of distillation process and high energy consumption. The experiment was aimed to analyze energy use in several distillation process and to improve the good quality of oil recovery. This research was aimed to know the influence material mass toward the needs of the steam mass and steam energy on process distillation patchouli oil, and to know the influence of steam mass toward needs of steam enrgy produced in the distillation of patchouli oil. This study used free variabel methods with one factor namely material mass (250 kg, 275 kg, 300 kg), with constant of absolute pressure 5 atm. Research point out treatment material mass 300 kg, resulted steam mass as big as 0,588 kg, and steam energy 1527,59 kj, with highest efficientcy steam energy 38.61 %. More less material mass using so bigger steam mass needs and mass energy output advance, with efficient value mass energy go down. Keywords: patchouli, essensial, diesel fuel PENDAHULUAN Tanaman Nilam (Pogostemon Cablin,Benth) salah satu tanaman penghasil minyak atsiri utama di Indonesia dan memiliki nilai ekonomis yang cukup tinggi. Indonesia merupakan negara pensuplai minyak nilam terbesar dipasaran dunia, hampir 70 % dari total kebutuhan minyak nilam dunia. Minyak nilam merupakan suatu komoditi yang memiliki prospek yang 187
sangat bagus dan selalu dibutuhkan secara berkesinambungan dalam industri-industri parfum, wewangian, kosmetik, sabun, farmasi, dan lain-lain. Minyak nilam dalam industri dipakai sebagai fisaksi yang sampai saat ini belum dapat digantikan oleh minyak lain. Selain itu minyak nilam adalah minyak atsiri yang tidak bisa dibuat secara sintetis. Salah satu masalah yang dihadapi petani minyak nilam di wilayah Kesamben-Blitar adalah cara penyulingan yang selama ini dilakukan oleh kebanyakan petani adalah metode air dan uap dengan bahan bakar kayu. Demikian juga yang dilakukan oleh perajin minyak nilam di Desa Kesamben, untuk menyuling digunakan satu ketel menggunakan metode air dan uap dengan kayu bakar selama ± 8 jam, menghasilkan rendemen minyak 2 %. Waktu yang sangat lama dengan rendemen yang sedikit ini dirasa kurang efektif dan efisien. Sehingga diperlukan alat penyulingan tambahan untuk lebih menghemat energi yaitu dengan menambah boiler. Boiler ini dilengkapi dengan pengaturan suhu dan tekanan yang tepat dapat agar menghasilkan mutu rendemen minyak nilam yang sesuai standar SNI. Alat ini juga diharapkan mampu mempersingkat waktu penyulingan yang pada umumnya 10 sampai dengan 8 jam menjadi 5 sampai 4 jam. Proses pemotongan waktu penyulingan ini diharapkan dapat menurunkan biaya produksi baik biaya bahan bakar maupun biaya tenaga kerja. Oleh karena itu tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh massa bahan terhadap kebutuhan massa uap dan energi uap pada proses penyulingan nilam dan mengetahui pengaruh massa uap penyulingan terhadap kebutuhan energi uap yang dihasilkan dalam proses penyulingan nilam. Untuk meningkatkan kualitas minyak nilam yang dihasilkan, maka diperlukan usaha perbaikan dalam proses penyulingan. Perbaikan tersebut adalah dengan menggunakan metode penyulingan yang lain, dalam hal ini maka penelitian ingin difokuskan pada produksi minyak nilam yang dilakukan dengan metode system boiler. Penggunaan bahan bakar solar bertujuan agar uap yang dihasilkan dan kebutuhan energi yang diperlukan dalam proses penyulingan nilam lebih efisien, dan dapat membawa komponen minyak dari daun nilam lebih banyak sehingga rendemen yang diperoleh bisa meningkat. METODE PENELITIAN Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu boiler, kondensor, ketel suling, waadah penampung kondensat, keran, manometer dan penggaris. Sedangkan bahan yang dipakai antara lain air, nilam, dan solar. Metode Penelitian Penelitian dilaksanakan dengan variabel bebas berupa perbedaan massa bahan (M) dengan variasi perlakuan 250 kg, 275 kg dan 300 kg serta menggunakan tekanan (P) konstan 5 atm. Pelaksanaan penelitian diawali dengan pemanasan air pada boiler yang diikuti pengaturan tekanan sesuai dengan yang telah ditentukan (5 atm). Jika tekanan telah sesuai, maka kran pengatur keluaran uap dibuka, sehingga uap air mengalir ke ketel suling yang berisi daun nilam. Minyak atsiri pada tanaman terdapat di dalam kelenjar minyak atau di dalam ruang antar sel pada jaringan tanaman. Agar minyak atsiri yang terekstrasi banyak maka tanaman harus dirajang, karena apabila bahan dibiarkan utuh, minyak atsiri hanya dapat diekstrasi apabila uap air berhasil melalui jaringan tanaman dan mendesaknya ke permukaan. Minyak yang sudah mencapai permukaan akan segera menguap ketika uap dari boiler dialirkan. Uap tersebut keluar dari ketel suling berupa uap campuran yaitu uap air dan uap minyak nilam. Kemudian campuran uap tersebut mengalami proses pengembunan di kondensor, hasilnya berupa campuran air suling dan minyak nilam, yang disebut kondensat. 188
Parameter Pengamatan Tekanan Boiler (Atm) tekanan yang diukur adalah tekanan uap yang menuju ketel suling. Temperatur uap penyuling C Pengukuran temperatur dilakukan pada uap yang menuju ketel suling. Volume air awal (liter), air yang diisikan pada boiler. Volume air sisa (liter) Air yang terdapat dalam boiler setelah proses penyulingan selesai. HASIL DAN PEMBAHASAN Penyulingan dengan Uap Langsung Uap air yang dihasilkan oleh boiler setelah mencapai tekanan yang ditentukan 5 atm, dialirkan kedalam ketel suling yang berisi daun nilam. Uap yang melewati ketel suling keluar berupa uap campuran yaitu uap air dan minyak nilam, menuju ke kondensor untuk mengalami proses pendinginan. Uap campuran tersebut keluar dari kondensor berupa campuran air dan minyak nilam yang tersimpan di wadah kondensat. Waktu penyulingan merupakan lama proses penyulingan yang dimulai dari dibukanya kran uap yang mengalirkan uap dari ketel uap hingga proses selesai, yaitu kondensat yang diperoleh tidak mengandung minyak. Waktu proses penyulingan ini selama 120 menit dilakukan pengambilan data terhadap konsumsi bahan bakar dan volume minyak nilam yang dihasilkan. Hasil pengukuran massa uap dan energi uap terhadap perlakuan tekanan dan massa nilam dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Data hasil pengukuran massa uap, energi uap dan energi uap tiap massa minyak terhadap perlakuan tekanan dan massa nilam Massa Massa uap Energi uap / Bahan bakar Volume minyak Energi Uap Nilam (kg.uap/ massa minyak (kg) nilam (liter) (kj) (kg) kg.bahan) nilam (kj/kg) 250 31.25 4.59 0.706 1834.15 399.596 275 32.00 4.59 0.657 1706.85 371.862 300 31.25 4.60 0.588 1527.59 332.084 Berdasarkan Tabel 1 dapat dilihat bahwa dari bahan bakar dan volume minyak nilam yang dihasilkan relatif sama, namun massa uap dan energi uap yang dihasilkan sangat berbeda. Pada perlakuan massa nilam sebesar 250 kg mempunyai nilai massa dan energi uap tertinggi, sedangkan pada perlakuan massa 300 kg nilam mempunyai massa dan energi uap terendah. Hal ini terjadi karena semakin padat bahan baku penyulingan yaitu nilam yang dimasukkan ke dalam ketel, maka uap yang dihasilkan dari boiler semakin sedikit. Pada ketel yang sama, jika sebesar 300 kg nilam dimampatkan, maka uap dari steam boiler tidak dapat bergerak bebas melalui celah antara tanaman nilam di dalam ketel. Sehingga massa uap dan energi uap yang dihasilkan juga semakin rendah. Massa Uap Massa uap merupakan jumlah uap yang tersedia selama proses penyulingan berlangsung untuk menguapi sejumlah bahan dalam ketel suling. Massa uap diperoleh dari jumlah massa air umpan dalam boiler selama proses penyulingan dibagi dengan massa daun nilam yang disuling. Pada penelitian ini konsumsi massa uap yang tersedia berkisar antara 0.588-0.706 kg uap / kg bahan. Grafik hubungan antara massa uap dengan massa bahan selama proses penyulingan 120 menit ditunjukkan pada gambar 1. 189
Gambar 1. Grafik massa uap (kg.uap/kg.bahan) Semakin tinggi bahan dalam ketel akan semakin rendah uap yang masuk, karena semakin tinggi bahan dalam ketel, akan semakin besar jarak yang ditempuh dan halangan yang dialami uap air (Rusli dan Hasanah, 1977). Jalur uap (rat holes) tersebut dapat menyebabkan kehilangan uap sehingga uap air tidak dapat mengikat minyak dari jaringan-jaringan kantung minyak tanaman nilam (Guenther, 1972). Fenomena jalur uap terjadi karena uap akan cenderung mencari celah di antara ruang antar bahan yang mudah ditembus (Ketaren, 1985). Energi Uap Pada penelitian ini energi uap yang tersedia selama proses penyulingan nilam dengan perlakuan perbedaan massa bahan (nilam) berkisar antara 1527.59 1834.15 kj dan energi uap tiap kg bahan berkisar antara 332.084 399.596 kj/kg. Grafik hubungan antara energi uap dengan massa bahan terdapat pada gambar 2. Gambar 2. Grafik hubungan energi uap dengan massa bahan Energi uap semakin kecil karena bertambahnya massa bahan ini diduga disebabkan karena beberapa faktor, salah satunya adalah adanya kerapatan bahan yang tidak optimal dapat menyebabkan uap tidak dapat berpenetrasi dengan baik ke dalam bahan, hal ini menyebabkan uap mengalir hanya terbatas pada jalur uap saja, sehingga energi uap yang dihasilkan lebih rendah (Fajar, 2008). Selain itu, tidak adanya penggunaan penahan panas pada dinding ketel, tentunya akan memperbesar kehilangan energi panas dari ketel suling (Suwarda, 2009). Efisiensi Boiler Pada penelitian ini efisiensi boiler yang diperoleh selama proses penyulingan nilam dengan perlakuan perbedaan massa bahan (nilam) berkisar antara 38.61 %-38.62 % dan energi 190
uap tiap kg bahan berkisar antara 1527.59 1834.15 kj/kg. Grafik hubungan antara efisiensi energi uap dengan massa bahan yang dihasilkan seperti yang terdapat pada gambar 3. Gambar 3. Grafik hubungan efisiensi boiler dengan massa bahan Efisiensi boiler semakin tinggi karena bertambahnya konsumsi bahan bakar ini diduga disebabkan karena beberapa faktor, salah satunya adanya energi yang disalurkan dari boiler setiap tahapan proses ke ketel suling sebagian besar dimanfaatkan dengan baik untuk proses ekstraksi minyak sehingga menghasilkan efisiensi boiler suling per tahapan proses tinggi (Suwarda, 2009). Selain itu, diduga karena nilai efisiensi sangat dipengaruhi oleh jenis bahan bakar, bahan bakar cair umumnya mudah terbakar dan memerlukan sedikit udara, sedangkan pada bahan bakar padat lebih sukar terbakar dan lebih sukar dikontrol pembakarannya (Prasetyo, 2009). KESIMPULAN Perlakuan dengan massa 300 kg, merupakan perlakuan penyulingan yang memberikan hasil yang terbaik selama proses penyulingan, volume minyak yang dihasilkan sebesar 4.6 liter, dengan kebutuhan massa uap 0.588 kg uap/kg bahan, energi uap 1527.59 kj, dan efisiensi energi uap sebesar 38.61 %. Semakin kecil massa bahan yang digunakan maka semakin besar massa uap yang dibutuhkan. Kebutuhan massa uap terbesar yaitu 0.706 kg uap/kg bahan pada massa bahan 250 kg, sedangkan kebutuhan massa uap terkecil yaitu 0.588 kg uap/kg bahan, pada massa bahan 300 kg. Energi uap terbesar terjadi pada massa bahan 250 kg, yaitu sebesar 1834.15 kj, sedangkan energi uap terkecil adalah 1527.59 kj, pada massa bahan 300 kg. DAFTAR PUSTAKA Fajar M. 2008. Pengaruh Kepadatan Akar pada Penyulingan dengan Kenaikan Tekanan Uap Bertahap terhadap Rendemen dan Mutu Minyak Akar Wangi yang Dihasilkan. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Guenther E. 1972. The Essential Oil. Vol.II. Robert E. Krieger Publishing Company, New York. Ketaren S. 1985. Minyak Atsiri. Departemen Teknologi Hasil Pertanian-FATETA IPB, Bogor. Prasetyo D. 2009. Efisiensi Energi Dan Kinerja Prototipe Alat Penyulingan Minyak Pala Berbahan Bakar Kayu. Bogor: Institut Pertanian Bogor Rusli S, Hasanah M. 1977. Cara Penyulingan Daun Nilam Mempengaruhi Rendemen dan Mutu Minyaknya. Pemberitaan LPTI 24:1-7. Balai Besar Tanaman Rempah dan Obat, Bogor Suwarda, R. 2009. Analisis Energi Proses Penyulingan Minyak Akar Wangi dengan Peningkatan Tekanan dan Laju Alir Uap Air secara Bertahap. Bogor: Institut Pertanian Bogor. 191