Chemica Volume 2, Nomor 2, Desember 2015, 53-56 ISSN: 2355-8776

## Analisa Perpindahan Panas dan Pengembunan pada Pengembunan Uap Cair dengan Pengembunan Parsial Bertingkat
Martomo Setyawan 1,* , Maryudi 1
Program Studi Teknik Kimia, Universitas Ahmad Dahlan, Jl. Prof. Dr. Soepomo, SH., Janturan, Warungboto Yogyakarta, 55164 *email: martomo@che.uad.ac.id

## Abstract
Production of charcoal as an alternative fuel have been growth as the solution of the national problem about decreasing  energy  source  from  petroleum.  Production  of  charcoal has  a  useful  side product  in  the  form  of liquid smoke. The liquid smoke can be used as food preservative in the high grade of liquid smoke and the low grade liquid smoke can be used as wood preservative form termite. The conventional process on production liquid  smoke  it  was  using  redistillation  the  raw  liquid  smoke  from  direct  condensation.  This  process  was consumed lot of energy. Liquid smoke consist of some components which had different boiling point. The aim of this research was to study the influence in using different combination of vertical condensor at the condensation of liquid smoke process fro the making coconut shell charcoal. This research was done by make some coconut shell charcoal and the smoke which was formed was flown passed some condensors.
The result of this research shown that condensation of liquid smoke in the vertical condenser occured a contact between condensation down flow and the vapour. The temperature of  the condensation taking point can be adjust by adjusting heat transfer area of the vertical condenser. The tar can be taken at the temperature above 100 0 C. The colour of the liquid smoke was lighter with the lower temperature.
Keywords: liquid smoke, vertical condensor, configuration of condensor

## Pendahuluan
Salah  satu  sumber  energi  alternatif  yang  dapat  dikembangkan  adalah  pemanfaatan  biomassa  yang merupakan limbah dari berbagai macam industri. Salah satu potensi yang cukup besar adalah limbah padatan yang berasal dari industri berbasis kelapa berupa tempurung kelapa yang jumlahnya melimpah di Indonesia. Pembuatan arang tempurung kelapa sebagai bahan bakar alternatif sudah banyak dikembangkan dan menjadi industri skala mikro. Pembuatan arang menghasilkan limbah berupa asap hasil pembakaran. Dampak asap yang terlepas ke udara dapat berdampak luas berupa polusi udara yang berakibat pada gangguan kesehatan manusia, berupa iritasi saluran pernafasan yang menyebabkan rasa tidak enak di saluran pernafasan dan dapat diikuti infeksi.  Asap  hasil  pembakaran  arang  tempurung  kelapa  mengandung  senyawa-senyawa  yang  dapat dimanfaatkan  untuk  berbagai  keperluan.  Untuk  dapat  memanfaatkan  senyawa  hasil  pembakaran  tempurung kelapa maka asap tersebut harus diembunkan sehingga terbentuk asap cair. Pemanfaatan asap cair antara lain untuk pengawet makanan karena asap cair dapat menghambat pertumbuhan bakteri dan aman sebagai pengawet alami. Asap cair dapat juga digunakan untuk bahan anti rayap dalam industri kayu [1].
Pengembunan asap menjadi asap cair sebagai merupakan nilai lebih dari industri pembuatan arang, selama ini  teknologi  yang  berkembang  adalah  pengambilan  asap  dengan  diembunkan  dengan  pengembun  total, selanjutnya embunan yang dihasilkan diuapkan ulang pada suhu antara 100-120 0 C dan diembunkan kembali. Penelitian  oleh  beberapa  peneliti  di  UAD  telah  meneliti  proses  pembuatan  arang  tempurung  kelapa  yang terintegrasi dengan pengembunan asap cair dalam skala laboratorium [2]. Proses pengambilan asap cair yang telah dilakukan adalah dengan  mengembunkan asap cair kemudian didistilasi ulang, proses ini  memerlukan waktu yang lama dan energi yang besar. Pada penelitian ini diajukan proses pengambilan asap cair yang lebih cepat dan hemat energi yaitu dengan mengembunkan asap secara parsial dengan beberapa pengembun yang disusun secara seri. Pengembun parsial dirancang tercapai kondisi setimbang uap-cair. Pengembunan parsial akan mengembunkan sebagian komponen asap dan meneruskan sebagian gas yang ada, dengan mengatur suhu pada setiap pengembun parsial maka dapat diembunkan komponen asap cair dengan titik didih tertentu.
Pengambilan asap cair dari pengarangan tempurung kelapa dengan kondensasi total dilanjutkan redistilasi memerlukan  waktu  panjang  dan  energi  yang  banyak,  perlu  dilakukan  inovasi  untuk  mempercepat  proses dengan pengembunan parsial secara seri, dengan cara ini tidak diperlukan energi untuk menguapkan kembali pada proses redistilasi.
Chemica Volume 2, Nomor 2, Desember 2015, 53-56 ISSN: 2355-8776
Asap  cair  diproduksi  dengan  pengembunan  bertingkat,  pada  suhu  300-450 0 C  asap  hasil  pembakaran tempurung  kelapa  keluar  dari  dapur  dan  didinginkan  sampai  suhu  150-200 0 C  maka  tar  yang  pekat  akan mengembun dan selanjutnya didinginkan sampai 80 dan 120 0 C maka tar yang lebih ringan akan mengembun, selanjutnya asap cair jernih didinginkan sampai suhu 30 0 C [3].
Proses pengembunan terjadi ketika suatu uap berada dalam kondisi jenuh dan diambil panasnya. Uap yang berada dalam  kondisi lewat panas atau  suhunya diatas suhu jenuhnya  untuk dapat  menjadi cair  maka harus didinginkan sampai keadaan jenuh, selanjutnya setelah sampai kondisi jenuh panas yang diambil digunakan untuk mengubah fase uap menjadi fase cair. Selanjutnya setelah menjadi cair panas yang diambil digunakan untuk menurunkan suhu cairannya.
Proses pengembunan terjadi karena proses perpindahan panas dari fase uap menuju fase cair. Perpindahan panas dari fase uap ke fase cair melalui berbagai macam tahapan yaitu:
1. Perpindahan  panas  dari  uap  ke  logam  kondensor  melalui  tahanan  film  dengan  mekanisme  konveksi, dengan rumus
q= h as . A (T logam -T uap ) 2. Perpindahan panas melalui logam kondensor dengan mekanisme konduksi, dengan persamaan q= k. A. x. (T logam dalam -T logam luar ) 3. Perpindahan panas dari logam menuju udara melalui tahanan film dengan mekanisme konveksi, dengan persamaan
q = h air . A(T udara -T logam )
Ketiga mekanisme diatas berjalan secara seri sehingga persamaan dapat digabung Q=U.A.(T udara -T uap )
1 𝑈 = 1 ℎ𝑎𝑠 + 𝑥 𝑘 + 1 ℎ𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 ......................................... (1)
Koefisien  Perpindahan  keseluruhan  (U)  dipengaruhi  koefisien  konveksi  uap-logam  (h as ),  koefisien konduksi  logam  (k)  dan  koefisien  konveksi  logam  udara  (h udara ).  Koefisien  perpindahan  panas  konveksi dipengaruhi oleh kecepatan aliran fluida.
Proses  pengembunan  dengan  pengembun  vertikal  maka  kemampuan  pengembunan  alat  pengembun tergantung dari panjang alat pengembun [4].

## Metode Penelitian
Penelitian dilakukan dengan  mengarangkan sejumlah 3  kg  tempurung  kelapa dan selanjutnya asap  yang terbentuk diembunkan melalui 2 buah pengembun tegak dengan variasi luas permukaan, gambar alat percobaan dapat dilihat pada gambar dibawah ini
Gambar 1. Alat pengembun asap cair
Keterangan:
A. Tungku pengarangan
B. Penampung embunan 1 C. Penampung embunan 2 D. Penampung embunan 3 T1 tempat pengukuran suhu 1
T2 tempat pengukuran suhu 2
T3 tempat pengukuran suhu 3 T4 tempat pengukuran suhu 4 T5 tempat pengukuran suhu 5 T6 tempat pengukuran suhu 6 1. Zona 1 2. Zona 2 3. Zona 3
4. Zona 4 5. Zona 5 T1 T2 T3 T4 T5 T6
Chemica Volume 2, Nomor 2, Desember 2015, 53-56 ISSN: 2355-8776
Variasi  luas  permukaan  dilakukan  di  zona  pengembun  2,  3,  dan  pengembun  5  dan  hasil  embunannya ditampung  di  penampung  embunan  B  untuk  zona  pengembun  1,  2,  3,  pada  penampung  embunan  C  untuk pengembun 4 dan 5 dan sisa uap diembunkan pada penampung pengembun  D. Sedangkan pengukuran suhu dilakukan pada T1 sampai T7

## Hasil Penelitian dan Pembahasan
Percobaan  untuk  mengetahui  perpindahan  panas  yang  terjadi  selama  proses  pengembunan  dilakukan dengan mengukur suhu pada 6 posisi seperti tergambar dalam alat percobaan. Dari percobaan perubahan suhu tiap dapat dilakukan analisa perpindahan panas tiap zone pengembun, adapun data percobaan dapat dilihat pada gambar berikut:
Dari gambar diatas serangkaian alat pengembun dibagi menjadi 5 zone, zona pertama berupa pipa dengan diamater 5,7 cm dengan panjang 46 cm sehingga memiliki luas area 823,73 cm 2 , zona 2 berupa pengembun tegak  seluas  439,82  cm 2 ,  zona  3  kelanjutan  zona  2  dengan  luas  sama  dengan  zona  2,  zona  4  berupa  pipa penghubung  miring  dari  zona  3  ke  zona  5  dengan  luas  perpindahan  panas  358,14  cm 2 dan  zona  5  adalah pengembun tegak dengan luas perpindahan panas 1969,78 cm 2
Zona 1 pada zona ini embunan akan mengalir searah dengan asap sehingga tidak terjadi kontak uap  cair dengan baik karena selain aliran searah diamater pipa besar sehingga kontak uap dan embunan sedikit. Pada zona ini terjadi penurunan suhu sebesar 48,7 0 C.  Pada zona ini terjadi gradien suhu arah radial yang besar [5] sehingga  asap  yang  mengembun  adalah  asap  yang  bersentuhan  dengan  dinding  sedangkan  yang  tidak bersentuhan  dengan  dinding  suhu  masih  tinggi.    Hasil  embunan  pada  zona  ini  campuran  antara  tar  dan komponen yang bertitik embun rendah [5]. Kisaran suhu pada pengembun ini 226 0 C sampai dengan 177 0 C.
Zona 2 pada zona pengembun tegak maka embunan yang terbentuk sepanjang pipa akan mengalir kebawah sehingga  terjadi  kontak  antara  embunan  yang  mengembun  diatas  dengan  suhu  yang  lebih  rendah,  dengan adanya kontak antara asap dengan suhu relatif tinggi dengan embunan yang relatif rendah, maka komponen dengan titik embun rendah akan menguap kembali dan akan mengembun pada fase pengembun dengan suhu yang lebih rendah. Pada zona ini diperoleh embunan berupa tar yang kental tidak ada komponen dengan titik embun  yang  rendah.  Dengan  pengembun  tegak  terjadi  keseimbangan  uap  cair  sehingga  yang  mengembun adalah komponen yang memliki kisaran titik embun tertentu. Kisaran titik embun pada zona ini adalah 177 0 C sampai 133 0 C. Pada zona ini dengan luas perpindahan panas 439,82 cm 2 dapat menurunkan suhu 44 0 C.
Zona  pengembunan  3  merupakan  kelanjutan  zona  2,  pada  zona  3  kisaran  suhu  antara  133  sampai  100. Dibandingkan dengan zona 2 maka di zona 3 penurunan suhu lebih kecil yaitu 44 0 C pada zona 2 dan 33 0 C
0 50 100 150 200 250 0 1000 2000 3000 4000 5000 Su h u , o C Luas Perpindahan panas, cm 2 Grafik perubahan suhu fungsi luas perpindahan panas 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 E1 E2 E3 Juml ah E mb u n an , ml Posisi pengambilan

## Perbandingan embunan Tiap Titik  Pengambilan
Gambar 2. Perubahan suhu Fungsi Luas Perpindahan panas
Gambar 3. Jumlah Embunan tiap Posisi
Chemica Volume 2, Nomor 2, Desember 2015, 53-56 ISSN: 2355-8776
pada zona 3 hal ini disebabkan karena di zona 2 panas yang diambil oleh udara lebih  banyak panas sensibel untuk menurunkan suhu asap disamping panas untuk pengembunan, karena di dalam pipa pengembun terjadi kontak embunan dan asap, sedangkan pada zona 3 jumlah pengembunan lebih banyak dibandingkan zona 2. Disamping itu selisih suhu pengembun dengan udara pada zona 3 lebih kecil sehingga perpindahan panas juga semakin kecil hal ini sesuai dengan hukum newton berkaitan perpindahan panas konveksi
𝑞 = ℎ. 𝐴(𝑇 𝑢 − 𝑇 𝑑 ) ............... (2)
Dengan: q   = fluks panas h   = Koefisien perpindahan panas konveksi A  = Luas perpindahan panas Tu = Suhu udara Td = Suhu dinding
Zona pengembunan 4 seperti pada zona 1 dengan arah miring dan memiliki arus searah antara asap dan embunan,  pada  zona  ini  luas  perpindahan  panasnya  358,14  cm 2 dengan  kisaran  suhu  100 0 C  sampai  79 0 C penurunan suhu yang terjadi adalah 21 0 C. Fenomena yang terjadi pada zoan ini sama dengan zona 1, apabila dibandingkan dengan zona 1 maka penurunan suhu tiap satuan luasnya adalah 0,059 0 C/cm 2 untuk zona 1 dan 0,057 0 C/cm 2 untuk  zona  4,  perbedaan  ini  disebabkan  perbedaan  suhu  dengan  suhu  udara  yang  lebih  kecil dibandingkan zona 1.
Zona pengembunan 5 berupa pengembun tegak dengan luas permukaan 1969,78 dengan kisaran suhu 79 sampai  54,  pada  zona  ini  penurunan  suhu  tiap  luas  perpindahan  panas  adalah  0,013 0 C/cm 2 angka  ini menunjukkan  bahwa  pada  zona  ini  panas  yang  diambil  adalah  panas  pengembunan  dibandingkan  panas penurun suhu, penyebab lain kecilnya angka penurunan suhu tiap luas muka juga disebabkan harga perbedaan suhu dalam pengembun dengan udara semakin kecil sehingga fluks panas juga semakin kecil.
Jumlah embunan yang diperoleh dari penampung pengembun 1, 2 dan 3 dapat dilihat dalam gambar 3. Data gambar 3 menunjukkan embunan yang ditampung pada pengembun 1 adalah hasil pengembunan zona 1, zona 2 dan zona 3 dengan titik embun diatas 100 0 C memiliki volume yang terkecil yaitu hanya 22 ml, dan dari segi bentuk maka embunan pada penampung embunan 1 berupa tar yang kental. Hasil embunan pada penampung embunan 2 adalah hasil dari embunan zona 4 dan zona 5 dengan kisaran titik didih antara 100 0 C  sampai 54 0 C jumlah embunan pada penampung ini paling banyak  yaitu 197 ml, embunan pada fase ini berupa cairan encer  dengan  warna  yang  masih  hitam  dan  keruh.  Hasil  embunan  pada  penampung  embunan  3  adalah komponen yang tidak mengembun di zona 1 sampai 5, embunan pada penampung 3 berjumlah 143 ml dengan penampakan fisik encer dengan warna lebih terang dibanding embunan pada penampung 2 dan lebih jernih.

## Kesimpulan
1. Pengembunan asap hasil pengarangan kelapa dapat dilakukan dengan pengembunan parsial bertingkat.
2. Dengan pengaturan suhu tiap zona pengembunan dapat dipisahkan embunan tar pada suhu diatas 100 0 C dan embunan asap cair pada suhu dibawahnya.
3. Warna embunan yang diperoleh semakin rendah suhu semakin terang dan jernih.
4. Pada pengembun tegak dan diameter kecil dapat diembunkan embunan sesuai kisaran titik didih alat.

## Daftar Pustaka
[1] ---    , 2006, Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri - www.energyefficiencyasia.org
[2] Jamilatun, S., dan Setyawan, M., 2012. Kondensasi Asap Pirolisis Tempurung Kelapa Menjadi Asap Cair (Liquid Smoke) Berbasis pada Luas Transfer Perpindahan Panas , Proceedings The First Symphosium in Industrial Technology.
[3] Smith, J.W., and Timmermans, F.A. 1982, Liquid Smoke Concentrate , U.S. Patent
[4] Weber, M. 1988, Heat Transfer in a single Vertical Tube Condensor Sub Cooler, Experimental and Theoritical Study, Universite de lige.
[5] Setyawan, M., 2014, Optimasi Alat Pengembun Asap Cair sebagai Pemanfaatan Limbah Pembuatan Arang Tempurung Kelapa Skala Industri Mikro, Laporan Penelitian, Universitas Ahmad Dahlan.