KESEIMBANGAN ENERGI KALOR PADA ALAT PENYULINGAN DAUN CENGKEH MENGGUNAKAN METODE AIR DAN UAP KAPASITAS 1 Kg Nama : Nur Arifin NPM : 25411289 Jurusan : Teknik Mesin Fakultas : Teknologi Industri Pembimbing : DR. C. Prapti Mahandari, ST., MMEng
Latar Belakang Indonesia adalah salah satu penghasil minyak atsiri yang cukup penting di dunia. Minyak atsiri juga dikenal dengan nama minyak terbang atau minyak eteris (essensial oil atau volatile) yang dihasilkan dari berbagai bagian tanaman, seperti akar, batang, ranting, daun, bunga, atau buah. Dalam proses penyulingan ada tiga cara penyulingan daun cengkeh yaitu: Distilasi air (water distillation / hydrodistillation), Distilasi air dan uap (water and steam distillation) dan Distilasi uap (direct steam distillation). Perpindahan panas atau heat transfer adalah ilmu yang mempelajari perpindahan energi sebagai akibat dari adanya perbedaan temperatur diantara dua medium misalnya: sesama medium padat atau medium padat dengan fluida. Perpindahan panas dapat terjadi melalui beberapa mekanisme yaitu perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi.
TUJUAN PENELITIAN Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Mengukur suhu udara lingkungan, suhu air ketel, suhu luar dinding ketel suling, suhu bagian luar tutup ketel, suhu di dalam ketel suling, suhu selang penghubung ketel dengan kondensor, suhu air kondensor, suhu di sekitar api, suhu destilat yang keluar dari kondensor dan suhu kondensat yang tertampung pada gelas ukur pada metode air dan uap pada penyulingan daun cengkeh. 2 Menganalisa keseimbangan massa dan energi dengan menggunakan metode air dan uap pada penyulingan daun cengkeh, serta menampilkan hasil perhitugan keseimbangan energi dalam bentuk sankey diagram.
METODE PENGUKURAN PERSIAPAN INSTALASI DAN ALAT UKUR persiapan instalasi dan alat ukur yang digunakan dalam proses penyulingan Instalasi alat penyulingan
PENGUKURAN TEMPERATURE, TEKANAN, DAN LAJU ALIRAN 1. Parameter yang di ukur pada saat pengukuran temperature yaitu : a. Pengukuran suhu lingkungan Pengukuran suhu lingkungan ini diukur disekitar alat penyulingan, suhu lingkungan yang di dapat yaitu 30.2 o C. b. Pengukuran suhu air penyulingan Pengukuran suhu air awal penyulingan ini untuk mengetahui suhu air penyulingan yang berada di dalam ketel sebelum dilakukannya proses penyulingan, suhu yang di dapat pada pengukuran ini 29.5 o C.
c. Pengukuran suhu diding ketel suling Pengukuran suhu ini dilakukan pada dinding ketel suling disaat perebusan air berlangsung, suhu yang di dapat yaitu 62.0 o C. d. Pengukuran suhu tutup ketel suling Pengukuran ini dilakukan pada bagian tutup ketel suling, dimana pada pengukuran ini disaat proses penyulingan sedang berlangsung, suhu yang di dapatkan yaitu 77.5 o C.
e. Pengukuran suhu di dalam ketel suling Pengukuran ini dilakukan pada saat proses penyulingan berlangsung dan pada bagian dalam tutup ketel suling, dimana dengan melepas tutup pentil yang dipasang pada tutup ketel suling, suhu yang didapat yaitu 100.5 o C f. Pengukuran suhu selang penghubung ketel ke kondensor Pengukuran ini dilakukan untuk mengetahui suhu yang di dapat pada selang penghubung ketel suling ke kondensor, suhu yang di dapat pada pengukuran ini yaitu 38.7 o C, di ukur pada selang yang menghubungkan ketel suling menuju kondensor pada alat penyulingan.
g. Pengukuran suhu air kondensor Pengukuran suhu air kondensor ini dilakukan pada bagian atas kondensor dimana dengan cara memasukan thermometer pada bagian atas dan bagian bawah pada kondensor, suhu yang didapat pada bagian atas yaitu 29.2 o C dan pada bagian bawah di dapat 28.8 o C. h. Pengukuran suhu Kondensat Pengukuran ini dilakukan pada air tetesan pertama yang keluar pada kondensor, dimana uap di ubah menjadi cair karena proses pendinginan, suhu yang di dapat yaitu 31.0 o C.
i. Pengukuran suhu destilat Pengukuran ini dilakukan pada air yang tertampung pada gelas ukur, destilat adalah air yang jatuh ke wadah penampung setelah air kondensor, suhu yang di dapat pada pengukuran ini yaitu 38.2 o C. 2. Pengukuran tekanan Pengukuran tekanan yang dilakukan dengan menggunakan alat ukur tekanan uap yang terdapat pada ketel suling dengan menggunakan pressure gauge yang tertempel pada tutup ketel suling, pada pengukuran ini di dapatkan tekanan pada ketel suling pada saat proses penyulingan yaitu 0.1 Kg/cm 2 dan di konversikan satuan menjadi 9.80 kpa.
3. Pengukuran Laju Aliran Air Pendingin Laju aliran air pendingin di hitung dari volume air dalam liter yang keluar dari tangki kondensor yang di tampung dalam wadah gelas ukur, laju aliran air pendingin yang di dapat yaitu 3.6 liter/menit. 4. Pengukuran Laju Aliran Kondensat Laju aliran air kondensat diukur dimana saat uap air dan minyak terkondensasi menjadi satu dan air yang keluar dari wadah gelas ukur sampai proses akhir penyulingan. Laju aliran kondensat yang di dapat yaitu 60 ml/menit.
PENGAMBILAN DATA Pengambilan data dilakukan dengan cara mencatat pada buku tentang hasil yang telah di amati pada proses penyulingan berlangsung selama 5 jam. Data yang di ambil yaitu tentang pengukuran suhu pada alat penyulingan, pengukuran tekanan pada alat penyulingan, dan pengukuran laju aliran pada alat penyulingan yang akan di lanjutkan dengan menuliskan tabel hasil pengujian.
MENGANALISA TEMPERATURE, TEKANAN, DAN LAJU ALIRAN Setelah dilakukan pengukuran dan pengambilan data langkah selanjutnya yaitu menganalisa temperature, tekanan, dan laju aliran air. Pada analisa ini dapat di uraikan satu persatu yaitu : A. Menganalisa Temperature Menganalisa temperature dilakukan setelah pengambilan data temperature. Analisa temperature yaitu mengukur pada saat proses penyulingan pada titik mendidih. Yang menyebabkan temperature naik dan turun di akibatkan dari panasnya api yang tidak stabil pada saat perebusan pada alat penyulingan. B. Menganalisa Tekanan Menganalisa tekanan dilakuka setelah pengambilan data tekanan pada pressure gauge. Analisa tekanan yaitu membandingkan tekanan yang ada. Apabila hasil tekanan tidak sesuai dengan standar maka harus di analisa penyebab tekanan berbeda. Yang menyebabkan tekanan berbeda di akibatkan dari panasnya api yang tidak stabil pada saat perebusan pada alat penyulingan, terlalu menumpuknya bahan baku sehingga menutupi lubang pressure gauge yang befungsi untuk mengukur tekanan di dalam ketel suling.
C. Menganalisa laju aliran Menganalisa laju aliran yang dilakukan yaitu melihat tetesan pertama yang keluar dari tabung kondensor ke dalam wadah yang disediakan untuk menampung tetesan air tersebut, namun ada beberapa factor yang menyebabkan aliran tersebut tidak stabil yaitu dari pemanasan pada bahan bakar tidak stabil atau berubah ubah. Pada bahan bakar yang digunakan yaitu dengan kayu bakar sehingga energi panas yang dikeluarkan untuk perebusan tidak stabil.
HASIL PENGAMATAN Tabel hasil pengamatan ini dapat ditulis setelah dilakukan pengukuran temperature, tekanan, dan laju aliran yang selanjutnya pengambilan data dan ditulis pada buku. Adapun pengamatan yang di dapat pada pengujian ini dapat dilihat pada tabel 4.1 di bab IV.
PEMBAHASAN DAN PERHITUNGAN Pengujian ini dilakukan pada ruang terbuka, pengujian yang dilakukan yaitu penyulingan minyak atsiri dengan sitem uap dan air (water and steam distillation) dengan waktu 5 jam dan skala kecil dan membandingkan alat distilasi yang telah ada. Pengujian pada alat distilasi ini digunakan untuk mencari energi yang hilang pada saat pengujian berlangsung pada penyulingan minyak atsiri. Pengukuran yang di dapat untuk menghitung kehilangan energi yaitu : 1. Diameter selang = 3 cm = 0.03 m 2. Diameter tutup ketel = 34 cm = 0.34 m 3. Diameter ketel = 30 cm = 0.30 m 4. Tinggi ketel = 55 cm = 0.55 m 5. Tekanan Pressure Gauge = 0.1 Kg/cm 2 = 9.80 kpa
Dari data yang didapat maka dapat dihitung kehilangan energi kalor konveksi dan radiasi dengan hasil : 1. Energi yang dihasilkan bahan bakar (Q b ) = 58615.2 kj 2. Energi untuk menguapkan air (Q u ) = 57168.47 kj 3. Kehilangan energi kalor pada selang penghubung ketel ke kondensor Kehilangan energi konveksi (Q s ) = 12.78 kj Kehilangan energi radiasi (Q rad ) = 11.34 kj 4. Kehilangan energi kalor pada dinding ketel suling Kehilangan energi konveksi (Q k ) = 299.88 kj Kehilangan energi radiasi (Q rad ) = 216.54 kj 5. Kehilangan energi pada tutup ketel suling Kehilangan energi konveksi (Q t ) = 1043.64 kj Kehilangan energi radiasi (Q rad ) = 49.68 kj
SANKEY DIAGRAM KEHILANGAN ENERGI KONVEKSI
SANKEY DIAGRAM KEHILANGAN ENERGI RADIASI
KESIMPULAN Dari hasil uji coba alat distilasi dengan menggunakan metode air dan uap (water and steam distillation) pada penyulingan daun cengkeh dapat disimpulkan energi yang dihasilkan oleh bahan bakar, energi untuk menguapkan air didalam ketel dan terdapat suatu kehilangan energi pada pengujian ini, diantaranya : 1. Pada penyulingan daun cengkeh dan parameter parameter yang sudah diukur dapat mengetahui hasil dari perhitungan energi yang dihasilkan oleh bahan bakar (Q b ) 58615.2 kj, energi untuk menguapkan air didalam ketel (Q u ) 57168.47 kj,. 2. Pada kehilangan energi yang terjadi pada saat pengujian diantaranya kehilangan energi kalor konveksi pada selang penghubung dari ketel suling ke kondensor (Q s ) 12.78 kj dan kehilangan energi kalor radiasi (Q rad ) 11.34 kj, kehilangan energi kalor konveksi pada dinding ketel suling (Q k ) 299.88 kj dan kehilangan energi kalor radiasi (Q rad ) 216.54 kj, kehilangan energi kalor konveksi pada tutup ketel suling (Q t ) 1043.64 kj dan kehilangan energi kalor radiasi (Q rad ) 49.68 kj.
3. Penyebab dari kebocoran yang dialami pada saat pengujian diantaranya pada selang penghubung ketel suling ke kondensor disebabkan karena tidak adanya isolasi pada selang penghubung yang disebabkan energi terbuang melalui dinding selang dan ke lingkungan, pada dinding ketel suling kehilangan energi disebabkan karena kurangnya air yang terdapat didalam ketel suling pada saat penyulingan, dan kehilangan energi pada tutup ketel suling disebabkan karena adanya suatu kebocoran malalui tutup ketel suling dan kurannya isolasi pada bagian tutup ketel suling.
SARAN Dari percobaan yang dilakukan pada alat penyulingan ini diberikan saran-saran dengan maksud sebagai penyempurna uji coba alat distilasi dengan menggunakan metode air dan uap pada penyulingan daun cengkeh, diantaranya : 1. Memberikan pengikat tambahan seperti memberikan baut pada tutup ketel dan tabung penyulingan agar tidak terjadi kebocoran pada saat pengujian berlangsung. 2. Memberikan saluran sehingga dapat memanfaatkan air pendingin keluar sebagai air pengisi ketel pada penyulingan daun cengkeh sehingga dapat mengurangi kehilangan energi pada dinding ketel suling. 3. Memberikan karet silicon pada tutup ketel suling sehingga dapat mengurangi suatu kebocoran pada tutup ketel suling dan mengurangi kehilangan energi pada tutup ketel suling.
MINYAK HASIL PENYULINGAN DAUN CENGKEH
Selesai TERIMA KASIH