ANALISA TERMAL PADA RANCANG BANGUN REAKTOR PIROLISIS UNTUK MEMPRODUKSI BAHAN BAKAR MINYAK DARI LIMBAH PLASTIK FEBRI ADITYA PRATAMA ARISTA GABE

ANALISA TERMAL PADA RANCANG BANGUN REAKTOR PIROLISIS UNTUK MEMPRODUKSI BAHAN BAKAR MINYAK DARI LIMBAH PLASTIK

FEBRI ADITYA PRATAMA ARISTA GABE

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisa Termal pada Rancang Bangun Reaktor Pirolisis untuk Memproduksi Bahan Bakar Minyak dari Limbah Plastik adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Januari 2015 Febri Aditya Pratama Arista Gabe NIM F14100054

ABSTRAK FEBRI ADITYA PRATAMA ARISTA GABE. Analisa Termal pada Rancang Bangun Reaktor Pirolisis untuk Memproduksi Bahan Bakar Minyak dari Limbah Plastik. Dibimbing oleh EDY HARTULISTIYOSO dan MUHAMAD YULIANTO. Peningkatan jumlah limbah plastik menimbulkan permasalahan besar bagi lingkungan. Pirolisis plastik menjadi potensial yang dapat digunakan untuk mengkonversi limbah plastik menjadi bahan kimia yang berguna dan bahan bakar minyak. Sebagian besar penelitian pirolisis plastik dilakukan pada skala lab, dan proses pindah panas sering diabaikan. Tujuan dari penelitian ini adalah membuat model simulasi sebaran suhu pada reaktor pirolisis plastik menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD) dan melakukan analisa sebaran suhu yang terjadi selama proses pirolisis berlangsung. Reaktor dirancang sebagai experimental set-up. Pengujian dilakukan dengan 5 tingkatan suhu berbeda pada 3 jam pengujian kerja. Hasil pengujian, jumlah minyak terbanyak yang dihasilkan yaitu 21.32 g pada suhu pirolisis 450 . Pada pengujian sebaran suhu memperlihatkan bahwa pola sebaran suhu yang terjadi hampir sama pada setiap tingkatan suhu pirolisis dan terjadi penurunan suhu secara vertikal ke bagian atas reaktor. Hasil validasi memperlihatkan bahwa hasil simulasi sebaran suhu menggunakan CFD mendekati nilai suhu pengukuran di dalam reaktor pada saat proses pirolisis plastik. Kata kunci: Bahan bakar minyak, limbah plastik, reaktor pirolisis, sebaran suhu, simulasi CFD.

ABSTRACT FEBRI ADITYA PRATAMA ARISTA GABE. Thermal Analysis on Pyrolysis Reactor Design for Producing Fuel from Plastic Wastes. Supervised by EDY HARTULISTIYOSO and MUHAMAD YULIANTO. The increasing amounts of plastic wastes generate enormous environmental problems. The pyrolysis can potentially be used to convert plastics into valuable chemicals and fuels. Almost all of the pyrolysis experiments conducted in laboratory condition, and the heat transfer is not investigated. The objectives of this study were to design temperature profile model using Computational Fluid Dynamics (CFD) and analyze its temperature distribution. Reactor was designed as an experimental set-up. For performance test, temperature was maintained in 5 difference level with 3 hours of production process. The result showed that the highest fuel yield produced from 450 pyrolysis temperature with 21.32 g of fuel yield. Each level of temperature degrees have almost similar temperature distribution pattern with temperature decreased vertically to the top of reactor. The result showed that validation using CFD simulation was approaching the value of temperature measurement on reactor. Keywords: Fuel, plastic waste, pyrolysis reactor, temperature distribution, CFD simulation.

ANALISA TERMAL PADA RANCANG BANGUN REAKTOR PIROLISIS UNTUK MEMPRODUKSI BAHAN BAKAR MINYAK DARI LIMBAH PLASTIK

FEBRI ADITYA PRATAMA ARISTA GABE

Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015

Judul Skripsi : Analisa Termal pada Rancang Bangun Reaktor Pirolisis untuk Memproduksi Bahan Bakar Minyak dari Limbah Plastik Nama : Febri Aditya Pratama Arista Gabe NIM : F14100054

Disetujui oleh

Dr Ir Edy Hartulistiyoso MSc Pembimbing I

Dr Muhamad Yulianto ST MT Pembimbing II

Diketahui oleh

Dr Ir Desrial, MEng Ketua Departemen

Tanggal Lulus :

PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2014 hingga Juli 2014 ini ialah konversi energi, dengan judul Analisa Termal pada Rancang Bangun Reaktor Pirolisi untuk Menghasilkan Bahan Bakar Minyak dari Limbah Plastik. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Edy Hartulistiyoso selaku pembimbing I dan Bapak Dr Muhamad Yulianto selaku pembimbing II yang telah memberikan kontribusi sangat besar yaitu bimbingan, arahan, dan motivasi kepada penulis. Terimakasih juga kepada Dr Lenny Saulia sebagai dosen penguji skripsi, semoga ibu diberi kesehatan selalu. Ungkapan terimakasih juga disampaikan kepada ayah (Bustamin Sigiro), ibu (Ratna Linda Sagala) dan adik (Andrew Prihatmoko) serta seluruh keluarga atas segala doa, dukungan dan kasih sayangnya. Terimakasih juga penulis ucapkan kepada CEO PT Panasindo Jaya Mandiri karena telah meminjamkan pemanas serta trafo sehingga penelitian ini berjalan dengan lancar, para teknisi Departemen TMB (Pak Harto, Pak Agus, Mas Firman dan Mas Darma). Terimakasih teramat banyak untuk teman teman Antares TMB 47 (Dhiko, Haga, Ryan, Herwin, Candra Viki, Deny, Aulia Muthmainnah, Eris, Amri, Fachri, Rosma, Andyka Setio, Fika Rahimah, Rizki Agung, Reno, Fajar Ulum, Oldga, Elgy, Adhika Rozi, Herdimas, Aswin, Dian, Imam, Weny, Dika, Dhany, Putri, Raga, Budi Heriansyah, Ruli, Rifqi, Eki, Fajardo, Dima, Reno, Rizky Aidil, Danang, Asiyah, Sigit, Marcha) untuk bantuan dan motivasi yang telah banyak membantu selama penelitian dan telah menjadi keluarga dan rekan seperjuangan penulis hingga dapat menyelesaikan skripsi ini, para teman Universitas Brawijaya (Vita, Fudin, Yoga, Sulton Anisa dan Ria) terimakasih motivasinya, dan kepada Lenggogeni Tanjung untuk bantuan semangat dan motivasinya yang telah banyak membantu selama penelitian. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Januari 2015 Febri Aditya Pratama Arista Gabe

DAFTAR ISI DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vi

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Perumusan Masalah

2

Tujuan Penelitian

3

TINJAUAN PUSTAKA

3

Plastik

3

Pirolisis

4

Sistem Pindah Panas

6

Kondensasi dan Kondenser

9

METODOLOGI

11

Waktu dan Tempat Pelaksanaan

11

Alat dan Bahan

12

Tahapan Penelitian

14

HASIL DAN PEMBAHASAN

31

Hasil Perancangan Reaktor

31

Hasil Pirolisis Plastik

36

Sebaran Suhu Pada Reaktor

39

Simulasi Kontur Suhu di dalam Reaktor

51

Validasi Simulasi CFD

54

SIMPULAN DAN SARAN

57

Simpulan

57

Saran

58

DAFTAR PUSTAKA

58

LAMPIRAN

62

DAFTAR TABEL Nilai kalor dari plastik berbagai jenis plastik Kondisi batas pada simulasi sebaran suhu dengan menggunakan CFD Komponen-komponen reaktor pirolisis plastik dan fungsinya Perbandingan komponen pada perancangan struktural reaktor dengan hasil pabrikasi reaktor Pengaruh suhu pemanasan terhadap hasil pirolisis Sebaran suhu terhadap posisi termokopel pada tingkat variasi suhu pemanasan dengan kondisi steady state Suhu pengukuran pada outlet reaktor dan outlet kondenser pada berbagai tingkat suhu pemanasan dengan kondisi steady state Sebaran suhu hasil simulasi CFD pada tingkat suhu dengan pemanasan kondisi steady state

1

2 3 4 5 6 7 8

4 30 32 35 36 46 50 53

DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Proses pirolis plastik untuk menghasilkan bahan bakar minyak (Zhang 2007) (a) Cross flow heat exchanger (b) Double pipe heat exchanger (Holman 2010) Profil suhu pada (a) Aliran berlawan pada alat penukar panas pipa ganda. (b) Aliran parallel (Holman 2010) Diagram blok pada perangkat lunak LabVIEW Front panel pada perangkat lunak LabVIEW Diagram alir tahapan penelitian Diagram alir perancangan reaktor pirolisis plastik Skema rancangan alat reaktor pirolisis plastik Jarak antar termokopel terhadap tinggi reaktor Timbangan digital Titik-titik pengukuran menggunakan termokopel (a) Data akuisisi National Instrument (b) Termokopel (a) Trafo dan thermo control (b) Pemanas (c) Ceramic silicione insulation Skema tahapan simulasi Gambar geometri reaktor menggunakan aplikasi Solidworks Premium 12 Kondisi batas pada perancangan reaktor dengan menggunakan aplikasi Gambit 2.4.6 Hasil pabrikasi reaktor Plat unloading hasil pabrikasi Tongkat pengait plat unloading Diagram elektrik pada trafo (Sumber: PT Panasindo Jaya Mandiri) Minyak yang dihasilkan pada proses pirolisis

6 10 11 13 13 14 16 17 18 23 24 25 25 27 28 29 33 34 34 35 37

DAFTAR GAMBAR (lanjutan) 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

Gas yang tidak terkondensasi pada pirolisis plastik Reaksi kedua yang mengkonversi produk minyak (cair) menjadi solid dan gas (FakhrHoseini and Dastanian 2013) (a) Residu yang dihasilkan pada suhu pemanasan 250 (b) Residu yang dihasilkan pada suhu pemanasan 450 (a) Residu berbentuk serbuk pada dinding reaktor bagian atas (b) Residu berbentuk bubuk menyumbat lubang keluaran kondenser Sebaran suhu di dalam reaktor pada awal pemanasan hingga suhu 250 Sebaran suhu di dalam reaktor pada awal pemanasan hingga suhu 300 Sebaran suhu di dalam reaktor pada awal pemanasan hingga suhu 350 Sebaran suhu di dalam reaktor pada awal pemanasan hingga suhu 400 Sebaran suhu di dalam reaktor pada awal pemanasan hingga suhu 450 Sebaran suhu pada suhu pemanasan 250 Sebaran suhu pada suhu pemanasan 300 Sebaran suhu pada suhu pemanasan 350 Sebaran suhu pada suhu pemanasan 400 Sebaran suhu pada suhu pemanasan 450 Sebaran suhu pada setiap tingkat variasi suhu pemanasan dengan kondisi steady state Suhu pengukuran pada outlet reaktor dan outlet kondenser pada suhu pemanasan 250 Suhu pengukuran pada outlet reaktor dan outlet kondenser pada suhu pemanasan 300 Suhu pengukuran pada outlet reaktor dan outlet kondenser pada suhu pemanasan 350 Suhu pengukuran pada outlet reaktor dan outlet kondenser pada suhu pemanasan 400 Suhu pengukuran pada outlet reaktor dan outlet kondenser pada suhu pemanasan 450 Kontur sebaran suhu simulasi CFD pada tingkat pemanasan 250 Kontur sebaran suhu simulasi CFD pada tingkat pemanasan 300 Kontur sebaran suhu simulasi CFD pada tingkat pemanasan 350 Kontur sebaran suhu simulasi CFD pada tingkat pemanasan 400 Kontur sebaran suhu simulasi CFD pada tingkat pemanasan 450 Grafik validasi sebaran suhu hasil simulasi terhadap hasil pengukuran pada suhu pemanasan 250 Grafik validasi sebaran suhu hasil simulasi terhadap hasil pengukuran pada suhu pemanasan 300 Grafik validasi sebaran suhu hasil simulasi terhadap hasil pengukuran pada suhu pemanasan 350 Grafik validasi sebaran suhu hasil simulasi terhadap hasil pengukuran pada suhu pemanasan 400 Grafik validasi sebaran suhu hasil simulasi terhadap hasil pengukuran pada suhu pemanasan 450

37 37 38 39 39 40 40 41 41 43 44 44 45 45 47 48 48 49 49 50 51 51 52 52 52 55 55 56 56 57

DAFTAR GAMBAR (lanjutan) 52 53 54 55 56

Perbandingan sebaran suhu pengujian dan simulasi CFD terhadap ketinggian reaktor pada suhu pemanasan 250 Perbandingan sebaran suhu pengujian dan simulasi CFD terhadap ketinggian reaktor pada suhu pemanasan 300 Perbandingan sebaran suhu pengujian dan simulasi CFD terhadap ketinggian reaktor pada suhu pemanasan 350 Perbandingan sebaran suhu pengujian dan simulasi CFD terhadap ketinggian reaktor pada suhu pemanasan 400 Perbandingan sebaran suhu pengujian dan simulasi CFD terhadap ketinggian reaktor pada suhu pemanasan 450

67 67 68 68 69

DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4 5 6

Gambar teknik keseluruhan sistem pada reaktor Gambar teknik reaktor Gambar teknik tutup reaktor Gambar teknik kondenser Laju kenaikan suhu pada awal pemanasan reaktor Perbandingan sebaran suhu antara pengujian dan simulasi CFD terhadap ketinggian reaktor

62 63 64 65 66 67

PENDAHULUAN Latar Belakang Plastik telah menjadi bagian tak terpisahkan dari dunia saat ini karena sifatnya yang ringan, memiliki daya tahan, ditambah dengan tingkat produksi yang cepat dan fleksibilitas dalam desain (Mohapatra and Singh 2008). Permintaan plastik terus meningkat karena aplikasi plastik yang beragam dan dapat digunakan pada sektor rumah tangga maupun industri (Patni et al. 2013). Produksi plastik dunia terus meningkat dari 80 juta ton pada tahun 1990 menjadi 260 juta ton pada tahun 2007 (Kpere-Daibo 2009) dan diperkirakan akan mengalami kenaikan sebesar 5% setiap tahun (Al-Salem et al. 2010). Peningkatan jumlah limbah plastik tersebut menimbulkan permasalahan besar bagi lingkungan (Miskolczi and Nagy 2012). Yoshioka et al. (2004) menjelaskan, plastik yang paling sering digunakan adalah polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP) dan polyvinyl chloride (PVC). Saat ini ada 3 cara untuk memanfaatkan limbah plastik yaitu; landfilling, insinerasi dengan atau tanpa energy recovery dan daur ulang (recycling) (Sarker et al. 2012). Landfilling dan insinerasi tidak dapat menjadi solusi dari permasalahan limbah plastik dikarenakan landfilling membutuhkan area yang sangat luas dan sangat mahal, dan inisinerasi menimbulkan emisi yang berbahaya seperti nitrogen oksida, sulfur dioksida, karbon dioksida dan banyak lainnya (Sarker et al. 2012). Proses pirolisis plastik menjadi cara yang paling potensial yang dapat digunakan untuk mengkonversi limbah plastik menjadi bahan kimia yang berguna dan bahan bakar minyak (Arabiourrutia et al. 2012). Pirolisis merupakan dekomposisi dari material tanpa adanya oksigen atau sedikit oksigen (Brems et al. 2012). Pada penelitian yang dilakukan Siddiqui dan Redwhi (2009), pirolisis dapat mereduksi sampah plastik campuran hingga 90%. Pirolisis plastik menghasilkan tiga jenis produk yaitu, produk cair (minyak), gas dan residu padat (Bajus and Hájeková 2010). Telah banyak penelitian yang melaporkan proses pirolisis plastik dan menjelaskan mengenai reaksi dekomposisi yang terjadi di dalamnya, namun pada dasarnya banyak penelitian tersebut yang hanya difokuskan pada proses pirolisis (degradasi) dari plastik/polimer saja (Ademiluyi and Adebayo 2007; Ademiluyi and Akpan 2007; Sumarni dan Purwanti 2008; Encinar and González 2008; Mohapatra and Singh 2008; Bajus and Hájeková 2010; Sarker et al. 2011; Ramdhan dan Ali 2012; Sarker et al. 2012a; Sarker et al. 2012b). Tidak hanya itu sebagian besar penelitian tersebut dilakukan pada skala lab dan hanya sedikit informasi yang tersedia mengenai proses pindah panas di dalamnya. Begitu banyak parameter yang sangat mempengaruhi jumlah dan kualitas produk hasil pirolisis plastik; suhu, waktu pirolisis, pengaruh katalis dan pindah panas. Pindah panas seringkali diabaikan pada banyak percobaan mengenai pirolisis plastik yang dilakukan pada skala lab, padahal pindah panas sangat mempengaruhi proses pirolisis plastik dan pada skala besar (industri) proses pindah panas perlu dipertimbangkan untuk proses optimasi produk (Csukás et al. 2012). Pindah panas sangat dibutuhkan untuk melakukan pemecahan termal (thermal cracking) dan merupakan parameter kunci pada proses pirolisis. Salah

2 satu yang mempengaruhi pindah panas adalah jenis reaktor yang digunakan. Reaktor merupakan salah satu elemen penting pada teknologi pirolisis plastik, karena panas dalam jumlah yang besar perlu dipindahkan (pindah panas) melalui dinding reaktor untuk memastikan terjadinya proses pirolisis plastik (Csukás et al. 2012). Reaktor digunakan untuk menentukan kualitas dari pindah panas, waktu proses dari fase gas dan fase cair dan keluaran dari produk utama (Panda et al. 2010). Oleh sebab itu, mengetahui proses pindah panas yang terjadi di dalam reaktor sangat dibutuhkan untuk mendesain sebuah reaktor, optimasi dan prosedur scale-up (Csukás et al. 2012). Karakteristik dan proses pindah panas di dalam reaktor dapat diperoleh dengan melakukan eksperimen. Eksperimen sangat diperlukan dikarenakan pindah panas tidak diamati pada sebagian besar percobaan pada skala lab (Csukás et al. 2012), sehingga informasi mengenai pindah panas tersebut sangat sedikit. Eksperimen dilakukan sesuai dengan kondisi pada penelitian pirolisis plastik yang telah dilakukan pada penelitan sebelumnya sehingga diperoleh data eksperimen. Data sebaran suhu dibutuhkan terkait dengan produk yang dihasilkan dari proses pirolisis. Data ekperimen yang diperoleh digunakan untuk membuat model simulasi dari reaktor pirolisis plastik. Model simulasi inilah yang nantinya dapat digunakan sebagai dasar untuk melakukan perancangan reaktor pirolisis plastik pada skala besar. Pada penelitian ini dilakukan pemodelan sebaran suhu di dalam reaktor selama proses pirolisis berlangsung dengan menggunakan simulasi Computational Fluid Dyanamics (CFD). Reaktor pirolisis plastik yang dilengkapi dengan kondenser dirancang dan dibuat sebagai experimental set-up untuk mendapatkan data eksperimen dari percobaan menggunakan reaktor tersebut. Data berupa sebaran suhu di dalam reaktor digunakan untuk mengetahui kontur sebaran suhu. Hasil pemodelan simulasi sebaran suhu inilah yang dapat digunakan sebagai dasar perancangan reaktor pirolisis plastik pada penelitian selanjutnya. Perumusan Masalah Peningkatan jumlah plastik yang begitu besar menyebabkan permasalahan lingkungan. Ada tiga cara pengendalian plastik yang dijelaskan oleh Sarker et al. (2012) dan pirolisis plastik menjadi salah satu alternatif untuk mereduksi jumlah limbah sampah plastik. Proses pirolisis plastik dapat menghasilkan tiga jenis produk yaitu padat, gas dan cair yang berupa bahan bakar minyak. Begitu banyak penelitian yang melaporkan proses pirolisis plastik, namun pada dasarnya penelitian tersebut hanya difokuskan pada proses pirolisis (degradasi) plastik/polimer saja. Penelitian yang dilakukan tersebut sebagian besar dilakukan pada skala lab dan analisa pindah panas seringkali diabaikan pada banyak percobaan mengenai pirolisis plastik yang dilakukan pada skala lab, padahal pindah panas sangat mempengaruhi proses pirolisis plastik dan pada skala besar (industri) proses pindah panas perlu dipertimbangkan untuk proses optimasi. Reaktor merupakan salah satu elemen penting pada teknologi pirolisis plastik, karena panas dalam jumlah yang besar perlu dipindahkan (pindah panas) melalui dinding reaktor untuk memastikan terjadinya proses pirolisis plastik. Eksperimen diperlukan untuk mendapatkan karakteristik pindah panas dalam reaktor. Eksperimen sangat diperlukan dikarenakan minimnya informasi mengenai karakteristik pindah panas di dalam suatu reaktor. Eksperimen dilakukan sesuai

3 dengan kondisi pada penelitian pirolisis plastik yang telah dilakukan sebelumnya sehingga diperoleh eksperimen data yang dapat digunakan untuk membuat model simulasi dari reaktor pirolisis plastik. Reaktor dirancang dan dibuat untuk digunakan sebagai experimental set-up. Sasaran utama dari penelitian ini adalah untuk mempelajari sebaran suhu yang terjadi selama proses pirolisis plastik dan membuat model simulasi kontur suhu di dalam reaktor. Data eksperimen yang diperoleh dari percobaan dengan experimental set-up (reaktor pirolisis plastik) merupakan data sebaran suhu selama pirolisis plastik. Data sebaran suhu tersebut nantinya akan digunakan untuk membuat model kontur suhu dengan menggunakan (CFD) dan digunakan melakukan validasi dari model tersebut. CFD digunakan sebagai media analisis numerik karena dapat melakukan perhitungan secara cepat sehingga dapat mengefisiensikan waktu (Tuakia 2008). Hasil yang diperoleh dari model simulasi CFD yaitu berupa kontur suhu dari proses pirolis plastik dengan kondisi yang digunakan adalah kondisi steady state. Model simulasi tersebut yang nantinya dapat digunakan sebagai dasar perancangan reaktor pirolisis plastik. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah membuat model simulasi sebaran suhu pada reaktor pirolisis plastik dengan aplikasi (CFD) dengan kondisi steady state, dan melakukan analisa sebaran suhu yang terjadi selama proses pirolisis berlangsung. Guna mendapatkan model kontur suhu dengan CFD dan validasi hasil model CFD, maka reaktor pirolisis plastik dirancang dan dibangun untuk dijadikan sebagai experimental set-up. Model simulasi yang diperoleh menggambarkan kontur dan pola sebaran suhu selama proses pirolisis plastik di dalam reaktor. Diharapkan melalui penelitian ini diperoleh model kontur sebaran suhu yang dapat digunakan untuk perancangan reaktor pirolisis plastik.

TINJAUAN PUSTAKA Plastik Plastik adalah suatu polimer yang mempunyai sifat-sifat unik dan luar biasa. Polimer adalah suatu bahan yang terdiri dari unit molekul yang disebut monomer (Mujiarto 2005). Menurut Mujiarto (2005) secara garis besar, plastik dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu: plastik thermoplast dan plastik thermoset. Plastik thermoplast merupakan plastik yang dapat dicetak berulang-ulang dengan bantuan panas, dan yang termasuk plastik thermoplast antara lain: PE, PP, PS, ABS, SAN, nylon, PET, BPT, Polyacetal (POM), PC dll. Plastik thermoset adalah plastik yang apabila telah mengalami kondisi tertentu tidak dapat dicetak kembali karena bangun polimernya berbentuk jaringan tiga dimensi, yang termasuk plastik thermoset adalah: PU (Poly Urethene), UF (Urea Formaldehyde), MF (Melamine Formaldehyde), polyester, epoksi, dsb.

4 Polypropylene (PP) Menurut Andrady dan Anthony (2003) polypropylene (PP) dibuat dari polimerisasi monomer propylene pada proses dengan tekanan rendah (CH2=CHCH3). PP sering diaplikasikan pada pembuatan karpet dan batere, selain itu PP juga selain itu juga PP sering diaplikasikan pada hiasan mobil, cashing accumulator, botol dan tas. Tabel 1 Nilai kalor dari berbagai jenis plastik Material Nilai kalor (MJ/kg) Polyethylene 46.3 Polypropylene 46.4 Polystyrene 41.4 Polyvinyl chloride 18.0 Sumber : (Baines 1993) Polyethylene (PE) Menurut Andrady dan Anthony (2003) polyethylene merupakan jenis plastik yang paling banyak digunakan di dunia. Homopolimer dari polietilena memiliki struktur paling sederhana dibanding dengan polimer lainnya (CH2=CH2). Berdasarkan pada karakteristik bulk density PE dibagi menjadi tiga jenis yaitu Low-density polyethylene (LDPE), High-density polyethylene (HDPE) dan Linear low-density polyethylene (LLDPE). HDPE memiliki struktur yang paling sederhana diantara ketiga jenis plastik PE. HDPE memiliki tingkat tertinggi kristalinitas dalam polietilena. Memiliki berat molekul yang cukup tinggi untuk mendapatkan tingkat kristalinisasi yang tinggi pada 70-95 % dan memiliki kerapatan 0.941-0.965 g/cm3. LDPE memiliki kerapatan sekitar 0.910-0.930 g/cm3 dan kristalinisasi sekitar 40-60%. LDPE memiliki titik leleh pada suhu 110-115 (Andrady dan Anthony 2003). Polyethylene Terephthalate (PET) Menurut Andrady dan Anthony (2003) Polyethylene terephtalate yang sering disebut PET merupakan polimer kondesasi yang terbuat dari ethylene glycol (EG) dan terephtalic acid (TPA) atau dimetil ester atau asam terepthalat (DMT). PET merupakan keluarga polyester seperti halnya PC. PET memiliki daya serap uap air yang rendah, demikian juga daya serap terhadap air. PET sering diaplikasikan pada botol - botol untuk air mineral, soft drink, sirup, dsb. Polyvinyl Chloride (PVC) Menurut Andrady dan Anthony (2003) PVC merupakan jenis plastik kedua yang paling sering digunakan di dunia setelah polietilena. PVC dibentuk melalui polimerisasi vinyl chloride monomer (VCM) (CH2=CH-Cl). VCM merupakan volatile dengan suhu didih pada 13.4 dan menimbulkan polusi udara yang berbahaya. PVC umumnya digunakan untuk pipa dan plumbing (pemasangan pipa saluran air) karena tahan lama, tidak berkarat dan lebih murah dari pipa besi. Pirolisis Pirolisis adalah proses degradasi termal dari material tanpa adanya oksigen atau dalam keadaan kekurangan oksigen. Pirolisis dibagi menjadi dua tingkatan proses, yaitu pirolisa primer dan pirolisa sekunder. Pirolisa primer adalah pirolisis

5 yang terjadi pada bahan baku (umpan), sedangkan pirolisa sekunder adalah pirolisis yang terjadi atas partikel dan gas/uap hasil pirolisa primer. Menurut Katyal (2007) dan Singh et al. (2011) pirolisis konvensional (pirolisis lambat) di bawah tingkat pemanasan rendah dengan hasil berupa padat, cair, dan produk gas dalam porsi yang signifikan, proses ini digunakan untuk menghasilkan arang. Pirolisis cepat dikaitkan dengan tar, pada suhu rendah 850-1250 K dan atau gas pada suhu tinggi 1050-1300 K. Saat ini teknologi ini disukai karena cepat pada suhu tinggi dengan waktu tinggal yang sangat singkat. Pirolisis cepat (lebih akurat didefinisikan sebagai thermolysis) adalah suatu proses di mana materi, seperti biomassa, dengan cepat dipanaskan sampai suhu tinggi tanpa adanya oksigen didasarkan pada Singh et al. (2011) dan Demirbas (2009). Paris et al. (2005) mengatakan bahwa pirolisis merupakan proses dari pembakaran tidak sempurna pada proses pengarangan dengan menggunakan suhu tinggi pada bahan-bahan yang mengandung karbon. Pada umumnya proses pirolisis menggunakan reaktor yang terbuat dari baja, sehingga bahan yang akan dipirolisis tidak melakukan kontak langsung dengan oksigen. Pada umumnya proses pirolisis berlangsung pada suhu diatas 300 dalam waktu 4-7 jam. Namun keadaan ini sangat bergantung pada bahan baku dan cara pembuatannya (Demirbas 2005). Menurut Goyal et al. (2006), proses pirolisis secara umum dikategorikan menjadi beberapa tipe, yaitu: 1. Pirolisis lambat (Slow Pyrolysis) Pirolisis yang dilakukan pada tingkat pemanasan yang lambat (5-7 K/min). Pirolisis ini menghasilkan cairan yang sedikit sedangkan gas dan arang lebih banyak dihasilkan. 2. Pirolisis cepat (Fast Pyrolysis) Pirolisis cepat biasanya digunakan untuk menghasilkan bio-oil dengan kualitas yang tinggi. Sedangkan menurut Bridgewater (2012) Pirolisis cepat material terurai dengan sangat cepat dan menghasilkan sebagian besar uap dan sedikit gas dan arang. Suhu reaksi sekitar 500 dengan waktu reaksi kurang dari 2 s, produk utama bio-oil yang diperoleh dari pirolisis cepat mencapai 75%. 3. Pirolisis kilat (Flash Pyrolysis) Proses pirolisis ini berlangsung hanya beberapa detik saja. Proses pirolisis kilat membutuhkan suhu reaksi yang sangat tinggi. 4. Pirolisis katalitik Pirolisis katalitik adalah proses pirolisis yang menggunakan katalisator. Katalisator pada pirolisis diperkenalkan untuk meningkatkan kualitas minyak yang dihasilkan. Minyak yang dihasilkan dengan pirolisis katalis tidak memerlukan kembali teknik peningkatan kualitas lagi seperti kondensasi ulang dan evaporasi ulang. Gambar 1 memperlihatkan proses pirolisis untuk menghasilkan bahan bakar minyak.

6 Waste plastic

Fuel gas

Catalyst

Gas

Condenser

Plastic Knapper

Gasoline

Pyrolysis reactor

Mixed oil

Diesel oil

Gambar 1 Proses pirolis plastik untuk menghasilkan bahan bakar minyak (Zhang 2007) Sistem Pindah Panas Pindah panas adalah perpindahan energi dari suatu bidang kebidang yang lain dengan disertai perubahan suhu pada dua bidang tersebut (McCabe et al. 2005). Pindah panas dapat terjadi dengan 3 metode, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Pindah panas pada pipa yang dipanaskan secara langsung akan mengalami proses konduksi dan konveksi. Konduksi Konduksi dalam suatu bahan mengalir terdapat gradien suhu, maka kalor akan mengalir tanpa disertai oleh sesuatu gerakan zat. Aliran kalor tersebut disebut dengan konduksi (McCabe et al. 2005). Menurut Holman (2010) secara umum besaran kalor dapat dalam konduksi dapat dihitung melalui persamaan (1): dT (1) q = - kA dr Besarnya nilai

dipengaruhi bentuk bidang tempat pindah panas terjadi.

Pada silinder berlubang nilainya dapat dicari dengan persamaan (2):

dT = dr

1 r ln  o  ri

  

Ti  To 

(2)

Oleh karena itu, dari persamaan di atas maka besarnya kalor yang dipindahkan pada bidang silinder berlubang atau pipa dapat ditentukan dengan persamaan (3):

q=

q

2klTi  To  r  ln  o   ri 

: Pindah panas secara konduksi (joule) : Jari-jari dalam pipa (m)

(3)

7 l k (

)

: Jari-jari luar pipa (m) : Panjang pipa (m) : Konduktivitas panas (watt/mK) : Perbedaan pipa luar dan pipa dalam (K)

Konveksi Konveksi arus partikel-partikel utama pembentuk fluida melintas suatu permukaan tertentu, seperti umpamanya, bidang batas suatu volume kendali arus akan ikut membawa serta jumlah tertentu entalpi. Aliran entalpi tersebut disebut dengan konveksi. (McCabe et al. 2005). Menurut Holman (2010) nilai kalor yang dipindahkan melalui konveksi dapat menggunakan persamaan (4):

q = hA(Ts - T ) q h A

(4)

: Kalor yang dipindahkan (watt) : Koefisien pindah panas konveksi (watt/m2K) : Luas permukaan dinding (m2) : Perbedaan suhu dinding dengan suhu fluida (K)

Menurut Lienhard IV dan Lienhard V (2003) konveksi dapat dibedakan menjadi dua yaitu konveksi bebas dan konveksi paksa. Konveksi bebas adalah perpindahan panas yang terjadi di mana aliran fluida bergerak dengan pengaruh gravitasi tanpa pengaruh eksternal yang lain. Sedangkan konveksi paksa adalah proses pindah panas di mana fluida bergerak dengan disengaja dan diatur kecepatan dan debitnya. Menurut Lienhard IV dan Lienhard V (2003) konveksi pada pipa dipengaruhi oleh bilangan reynold yang dapat dicari dengan persamaan (5): Re =

Re Ρ V D

ρVD



(5)

: Bilangan reynold : Densitas (kg/m3) : Kecepatan aliran (m/detik) : Diameter pipa pemanas air (m) : Viskositas dinamik (kg/ms)

Perhitungan tradisional untuk menghitung pindah panas secara konveksi paksa dengan aliran turbulen di dalam pipa dapat digunakan dengan menggunakan persamaan (6): Nu d = 0.023 Re 0.8Pr n

(6)

Persamaan tersebut berlaku jika memenuhi syarat sebagai berikut (Lienhard IV dan Lienhard V 2003) : 1. Semua nilai dari sifat panas fluida berdasarkan suhu rata-rata 2. Nilai n = 0.3 jika fluida didinginkan, sedangkan nilai n = 0.4 jika fluida dipanaskan. 3. Nilai Re harus lebih besar dari 104 4. Nilai Pr terletak antara 0.6 sampai 100 5. Perbandingan antara L dengan D lebih dari 60

8 Nilai Pr (Prandtl Number) berfungsi sebagai penghubung antara kecepatan dengan suhu pada pindah panas, dan dapat ditentukan dengan persamaan (7):

Pr =

Cp   ρ  = =  k ρCp k

(7)

Nilai koefisien pindah panas secara konveksi dapat dihitung melalui persamaan (8) (Lienhard IV dan Lienhard V 2003) :

 Nu d  hk   D  h k D

(8)

: Nusselt Number : Koefisien pindah panas secara konveksi (W/m2K) : Koduktivitas panas fluida (W/mK) : Diameter pipa (m)

Menurut Holman (2010) dalam buku Heat Transfer Tenth Edition pada konveksi natural pergerakan fluida terjadi secara natural atau yang biasa disebut dengan buoyancy. Densitas merupakan fungsi dari tempertaur, variasi dari densitas pada tekanan konstan dapat dinyatakan dalam koefisien volume ekspansi β. Pada gas ideal β dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (9): 1 (9) β T T = Suhu dalam Kelvin Besarnya nilai konveksi secara natural dapat ditung dengan menggunakan persamaan (10): Nu f  C Gr Pr m f

Nu Gr Pr C dan m

f

(10)

: Nusselt number : Grashof number : Prandtl number : Konstanta pada setiap kasus

Besarnya nilai Nuf pada pipa horizontal dengan aliran laminar pada 103 < (Pr.Gr) < 109 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (11):

Nu f = 0.54 (GrPr)0.25

(11)

dengan nilai Grashof dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (12):

Gr = Gr β

x

βg Tw  T x 3

2

: Grashof number : Koefisien volume ekspansi (1/K) : Suhu pemanasan bahan (K) : Suhu di dinding (K) : Diameter (m) : Viskositas kinematik (m2/s)

(12)

9 Suhu rata-rata pindah panas yang terjadi dapat dihitung dengan persamaan (13): Tf =

T  Tw  2

......................................... (13)

: Suhu rata-rata (K) : Suhu pemanasan bahan (K) : Suhu di dinding (K) Kondensasi dan Kondenser Kondenser merupakan sebuah alat penukar panas (heat exchanger) yang berfungsi mengkondensasikan fluida kerja. Kondensasi terjadi jika suhu dari bahan dibawah suhu saturasi dari gas, kemudian pada gas terjadi perubahan fase menjadi cair. Terdapat dua jenis kondensasi yang terjadi pada proses kondensasi di dalam kondenser, yaitu kondensasi lapisan (film) dan kondensasi titik (droplet). Pada kondensasi lapisan, proses terjadinya dimulai dengan timbulnya lapisan film yang menyelubungi dinding-dinding sebelah dalam pipa dan semakin lama akan menjadi lapisan tebal serta akhirnya mengalir akibat pengaruh gravitasi. Pada kondensasi titik, proses kondensasi terjadi dengan dimulainya titik-titik yang akhirnya berubah dan berkembang menjadi tetesan-tetesan cairan dan jatuh dari permukaan akibat dari gravitasi (Holman 2010). Terdapat berbagai jenis heat exchanger yang terdapat dipasaran, yaitu shell and tube heat exchanger, cross flow heat exchanger dan double pipe heat exchangers. Ketiga alat penukar panas tersebut memiliki fungsi yang berbedabeda. Contohnya pada cross flow heat exchanger biasanya digunakan pada proses pemanasan dan pendinginan udara ataupun gas sedangkan pada shell and tube heat exchangers sering diaplikasikan pada penerapan bioteknologi. Berbagai macam alat penukar panas dapat dilihat pada Gambar 2. Menurut Rohsenow (1973) dalam Holman (2010) nilai dari koefisien pindah panas dari kondensasi lapisan yang terjadi pada pipa horizontal dengan aliran laminar dapat diketahui dengan persamaan:  ρρ  ρ   g  hfg  k  (14) h  0.725 1 4   d  T  T g w   h : Koefisien pindah panas (W/m ) : Densitas (kg/m3) g : Gravitasi (m/s2) hfg : Evaporasi entalpi (kJ/kg) : Viskositas dinamik (kg/ms) d : Diameter (m) : Suhu saturasi : Suhu di dinding





12 Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Seluruh kegiatan uji kinerja dilakukan di Laboratorium Teknik Energi Terbarukan Laboratorium, Lapangan Bersama Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Alat dan Bahan Rincian alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Pembuatan reaktor pirolisis plastik Alat : Las listrik, las asitelin, las kuningan, gerinda tangan, palu, gergaji mesin. Bahan : 1. Badan reaktor berupa pipa besi dengan ketebalan 6 mm dan diameter 0.31 m 2. Tutup reaktor berupa plat besi dengan tebal 5 mm dengan diameter 0.41 m 3. Tutup bagian bawah reaktor berupa plat dengan ketebalan 5 mm dan diameter 0.31 m 4. Lubang termokopel terbuat dari double naple dengan bahan kuningan dengan ukuran 3/8 inch. 5. Lubang keluar gas terbuat dari double naple dengan bahan kuningan dengan ukuran 3/8 inch. 6. Plat unloading bagian dasar reaktor dengan diameter 0.31 m dengan ketebalan 0.8 mm 7. Sealer gasket untuk mencegah kebocoran gas pada tutup reaktor terbuat dari paking klingrit dengan tebal 5 mm dan diameter 0.41 m. 2. Pembuatan kondenser berpendingin udara Alat : Seperangkat alat pembentuk pipa tembaga Bahan : 1. Pipa tembaga ukuran 3/8 inch dengan panjang total pipa tembaga adalah 2.7 m. 2. Pipa tembaga L dengan ukuran 3/8 inch. 3. Pengujian alat Alat : 1. Perangkat komputer merk ASUS tipe A43S untuk proses perekaman data dan pengolahan data. 2. Trafo 50 kVA dengan thermo control milik PT Panasindo Jaya Mandiri. 3. Thermocouple batang tembaga tipe K merupakan sensor untuk melakukan pengukuran sebaran suhu selama proses pirolisis yang dihubungkan dengan data akuisisi. 4. Data akuisisi National Instrument untuk membaca dan merekam data suhu selama proses pengukuran sebaran suhu yang terhubung langsung kepada komputer. Pembacaan dan perekaman suhu dilakukan setiap 2 detik. Pembuatan diagram blok pada perangkat lunak LabVIEW, diagram blok diperlukan sebagai flow chart skema pembacaan suhu pada data

13 akuisisi. Kemudian hasil dari skema digram blok dapat dilihat pada front panel. Front panel menunjukkan data dalam bentuk digital dan grafik. Diagram blok pada aplikasi LabVIEW dapat dilihat pada Gambar 4. Front panel dapat dilihat pada Gambar 5. 5. Timbangan digital untuk mengukur bahan baku plastik yang dimasukkan ke dalam reaktor dan mengukur jumlah minyak dan residu yang dihasilkan. Bahan : Sampah botol plastik bekas (PET) yang diperoleh dan dikumpulkan dari sekitar Dramaga, Bogor. Botol plastik kemudian dibersihkan dan dipotong dengan ukuran 2-5 mm.

Gambar 4 Diagram blok pada perangkat lunak LabVIEW

Gambar 5 Front panel pada perangkat lunak LabVIEW

14 Tahapan Penelitian Penelitian diawali dengan pengumpulan informasi yaitu dengan cara studi literatur yang berkaitan dengan sifat fisik dari botol plastik (PET), karakteristrik proses pirolisis plastik, proses kondensasi dan proses pindah panas. Studi literatur juga dilakukan untuk menentukan kriteria desain yang akan digunakan pada proses perancangan reaktor yang digunakan dalam experimental set-up. Analisis teknik dilakukan untuk menentukan dimensi dan ukuran dari reaktor. Perancangan reaktor menggunakan perangkat lunak SolidWorks Premium 2012 sehingga dihasilkan gambar teknik agar dapat memudahkan dalam proses pabrikasi. Proses pabrikasi dan pengujian alat dilakukan kemudian. Uji kinerja alat bertujuan untuk mengetahui kinerja alat yang sudah dirancang apakah sudah berfungsi sebagaimana diharapkan. Uji kinerja reaktor hanya sebatas untuk mengetahui sebaran suhu di dalam reaktor. Data yang diperoleh dari uji kinerja (eksperimen) digunakan untuk melakukan simulasi model kontur suhu dengan menggunakan CFD. Secara garis besar tahapan penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 6. Mulai Identifikasi Masalah Studi Literatur

Persiapan Sistem Simulasi

Persiapan Peralatan Eksperimen

Simulasi

Eksperimen / Observasi

Verifikasi Data Selesai Gambar 6 Diagram alir tahapan penelitian Tahapan penelitian secara lengkap akan dijelaskan pada bagian di bawah ini: 1. Identifikasi masalah Identifikasi masalah dilakukan untuk mengetahui permasalahan yang terjadi di lingkungan secara umum yang terkait dengan bidang penerapan energi terbarukan dan menemukan kemungkinan pemecahan masalah atau solusi yang dapat dilakukan untuk dijadikan bahan penelitian.

15 2. Pengumpulan informasi dan studi literatur Pengumpulan informasi dan studi literatur dimaksudkan untuk mempelajari penelitian-penelitian sebelumnya yang diperoleh dari sumber buku, jurnal baik pada jurnal nasional maupun internasional yang terkait dengan permasalahan yang ditemukan dan solusi dari pemacahan masalah tersebut. Pada penelitian ini studi literatur diperlukan untuk mengetahui dari sifat fisik dan kimia dari plastik minuman botol bekas (PET), mengetahui bagaimana proses pirolisis plastik berlangsung, mengetahui prinsip dari kondensasi sehingga plastik mengalami perubahan fase dan berubah menjadi minyak/bahan bakar, mengetahui sistem pindah panas pada reaktor. Selain itu studi literatur juga diperlukan untuk mengetahui prinsip-prinsip simulasi CFD dan mengetahui karakteristik dari kondisi batas yang diperlukan untuk simulasi sebaran suhu pada CFD. 3. Penentuan kriteria perancangan Reaktor hasil perancangan dimaksudkan sebagai experimental set-up untuk mendapatkan data berupa sebaran suhu. Data tersebut nantinya digunakan dalam pemodelan simulasi dengan CFD dan validasi dari model yang dihasilkan tersebut. Perancangan reaktor pirolisis plastik ini mengikuti bentuk reaktor sederhana pada umumnya yang berbentuk silinder dengan dimensi tinggi pada reaktor di dasarkan pada pertimbangan metode pengambilan data dari sebaran suhu dengan metode grid pada satu dimensi yaitu dimensi y dengan kondisi steady state. Penentuan kriteria perancangan ditentukan berdasarkan prinsip kerja alat yang akan dibuat, dilakukan dengan menentukan kriteria dasar reaktor. Pemanas digunakan untuk memanaskan plastik yang terdapat di dalam reaktor. Suhu pemanasan dikontrol oleh thermo control dan di set dengan suhu 250 , 300 , 350 , 400 dan 450 . Lima suhu pemanasan tersebut didasarkan pada penelitian yang dilakukan sebelumnya oleh Ademiluyi and Akpan (2007) dan penelitian yang dilakukan oleh Ramadhan dan Ali (2012). Kondenser digunakan untuk menangkap gas yang dihasilkan selama proses pirolisis plastik dan mengubahnya menjadi bentuk cair. Kondenser yang dihasilkan pada perancangan ini didasarkan pada kebutuhan suhu distilasi dari gas yang dihasilkan pada proses pirolisis plastik untuk menghasilkan bahan bakar minyak yaitu pada suhu 40-360 (Ademiluyi and Akpan 2007). 4. Perancangan Perancangan meliputi rancangan fungsional untuk menentukan fungsi dari komponen utama dari reaktor dan rancangan struktural untuk menentukan bentuk dan tata letak dari komponen utama. Diagram alir perancangan reaktor pirolisis plastik dapat dilihat pada Gambar 7. 1) Rancangan Fungsional Alat Rancangan fungsional alat terdiri dari: a. Reaktor b. Kondenser c. Pemanas (heater)

16 Mulai Data dan informasi penunjang

Identifikasi masalah Pengumpulan informasi dan Studi literatur

Penentuan kriteria perancangan Perancangan fungsional dan struktural Analisis/perhitungan gambar teknik dan gambar kerja Gambar teknik Fabrikasi Uji fungsional Tidak Modifikasi

Berhasil? Ya Uji kinerja dan struktural alat Pengolahan data

Selesai Gambar 7 Diagram alir perancangan reaktor pirolisis plastik 2) Rancangan Struktural Alat Rancangan struktural pada penelitian ini adalah : a. Reaktor Reaktor berbentuk silinder dengan dilengkapi dengan lubanglubang termokopel untuk pengukuran suhu. Pada tutup reaktor dilengkapi dengan lubang keluaran gas hasil pirolisis sebagai tempat keluarnya gas yang terhubung langsung dengan kondenser. Pada saat proses pirolisis plastik reaktor juga diselimuti dengan insulasi ceramic silicone untuk mengurangi pindah panas yang keluar dari dalam reaktor menuju lingkungan.

17 b. Kondenser Kondenser pada sistem ini merupakan kondenser berpendingin udara yang terbuat dari pipa tembaga dan dilengkapi dengan double naple untuk memudahkan instalasi antara reaktor dengan kondenser. c. Pemanas (heater) Sumber energi listrik dibutuhkan untuk melakukan pemanasan. Pemanas dilengkapi dengan trafo dan kontaktor serta thermo control. Thermo control digunakan untuk melakukan kontrol terhadap suhu pemanasan di dalam reaktor. Pemanas diletakkan diluar reaktor dengan tinggi pemanas 20 cm dari dasar reaktor. Skema rancangan alat reaktor pirolisis plastik dapat dilihat pada Gambar 7. C

F

A

B

D E Gambar 8 Skema rancangan alat reaktor pirolisis plastik Keterangan gambar: A : Reaktor

D : Data akuisisi

B : Pemanas (heater) C : Kondenser

E : Komputer F : Termokopel

Gambar 8 memperlihatkan cara kerja dari sistem pada reaktor pirolisis plastik. Cara kerja alat tersebut adalah pemanas (heater) memanaskan tabung reaktor dari luar. Pemanas (heater) terhubung dengan trafo dan kontaktor sebagai pemutus dan penyambung arus. Panas di dalam reaktor dikontrol oleh thermo control yang terhubung langsung dengan trafo. Plastik yang dipanaskan akan berubah wujud menjadi cair kemudian menjadi gas dan gas tersebut keluar melalui lubang keluaran yang terdapat di atas reaktor yang terhubung dengan kondenser berpendingin udara. Gas yang melalui kondenser mengalami

19 Sehingga dari data-data tersebut dapat diperoleh dimensi dari diamater reaktor, dengan menggunakan persamaan (22). Kemudian untuk memperoleh tinggi dari reaktor dapat menggunakan rumus volum tabung pada persamaan (23). ρ

m v

16 kg m 3 

(22) 1.5kg v

= 0.119 m3 v

1   d 2 t 4

(23)

Jika tinggi reaktor yaitu 1 m maka diperoleh diameter dari reaktor yaitu: = 0.34 m b. Kondenser Kondenser berfungsi untuk menangkap gas hasil pirolisis plastik dan mengkondensasikan asap tersebut menjadi bentuk cair. Kondenser yang dirancang terbuat dari pipa tembaga 3/8 inch. Pemilihan bahan dan ukuran diameter pipa berdasarkan ketersediaan bahan pada Lab. Energi dan Elektrifikasi Pertanian. Panjang kondenser menjadi penentu apakah gas hasil pirolisis plastik dapat dikondensasikan menjadi bentuk cair. Guna mengkondensasikan gas hasil pirolisis plastik dibutuhkan nilai dari overall heat transfer coefficient. Penentuan nilai overall heat transfer coefficient berdasarkan fenomena pindah panas yang terjadi pada kondenser, terdapat tiga buah fenomena yang terjadi pada sistem kondenser yang dirancang: konveksi natural pada bagian luar kondenser, konduksi antara gas hasil pirolisis plastik dengan bagian kondenser dan yang terakhir adalah kondensasi yang terjadi di dalam kondenser. Gas yang terbentuk selama proses pirolisis plastik dianggap memiliki karateristik termal seperti udara (Zhuo 2009). Kondisi suhu pada sistem:  suhu gas keluaran yang diharapkan 70 .  suhu gas yang masuk kedalam kondenser 250 .  suhu lingkungan 30 .  suhu udara yang melewati kondenser 40 . Pipa yang digunakan pipa tembaga dengan karakteristik sebagai berikut:  diameter luar = 0.0127 m  diameter dalam = 0.01143 m  k = 360.5 W/m Bagian 1 : peristiwa yang terjadi di dalam kondeser merupakan peristiwa kondensasi  70  40  suhu film =    55 .  2  Karakteristik udara pada suhu 55

adalah:

20 

= 1.0624 kg/m3 = 1.99 x 10-5 kg/ms = 0.028 W/m = 2369.8 kJ/kg = 70 - 30 = 40

densitas (p)  viskositas dinamik (u)  konduktivitas termal (k)  entalphy evaporation ( )  Tg-Tw Konveksi pada kondensasi adalah:



 0.25

 0.028 3 W/m C 1.0624 2 kg/ms  9.81 2.3698 10 6  = 0.725   1.99 x 10 -5  0.01143  40   2 = 64.670 W/m .K

Bagian 2: peristiwa yang terjadi adalah konduksi

 5.715  10 3   ln   6.35  10 3     6.670  10 5 = 2    360.5 Bagian 3 : konveksi natural yang terjadi pada luar kondenser.

 40  30  =   35 .  2  Maka karakteristik udara pada suhu 35 oC adalah:  densitas (p) = 1.146 kg/m3  diskositas dinamik (u) = 1.891 x 10-5 kg/ms  konduktivitas termal (k) = 0.026 W/m  cp = 1.007 x 10-3  β = 1/ 308 K = 0.00324 K-1  Pr = 0.712  viskositas kinematik (v) = 16.754 x 10-6 m2/s  Tg-Tw = 40 - 30 = 10 Pada bagian luar kondenser terjadi konveksi natural, maka: Suhu film

=

9.81  0.00324  40  30  0.0127 3  2326.801 1.6754  10 5

=1656.628, karena 1 < =0.54(2326.801)0.25 = 3.44 sehingga nilai dari h0 = 3.44 

<1

maka;

360.5  7.242 W/m2 0.0127

Nilai dari overall heat transfer coefficient adalah:

1

Uo  0.0127 1   0.01143 64.670



0.0127 ln 0.0127



0.01143  1 2    360.5 7.248

 6.441 W/m 2 C

21 Setelah diperoleh nilai dari overall heat transfer coefficient maka dapat ditentukan panjang kondenser yang dibutuhkan untuk mengkondensasikan gas hasil pirolisis plastik. Kondisi suhu pada sistem:  suhu gas keluaran yang diharapkan 70 .  suhu gas yang masuk ke dalam kondenser 250  suhu lingkungan 30 .  suhu udara yang melewati kondenser 40 .

.

Kondisi gas pada proses pirolisis plastik dianggap seperti udara, dengan karakteristik sebagai berikut: = 6.441 W/m2  Uo  Cp = 1.007 kJ/kg  densitas (ρ) = 1.0759 kg/m3 = 3 m/s (http://www.engineeringtoolbox.com)  kecepatan udara (v) Untuk mengetahui pindah panas yang terjadi pada udara, oleh sebab itu perlu diketahui pindah massa dari udara di dalam kondensor : ṁ=ρxvxA = 1.0759 kg/m3 x 10.2 m/s x (π0.01092/4) = 0.00030134 kg/s Pindah panas yang terjadi pada kondensor : q = ṁ.cp.ΔT = 0.00030134 kg/s x 1.007 kJ/kg x (250oC-70oC) = 0.05456 kW = 54.565 W ΔTm =

250  40  70  30 250  40 ln 70  30

= 102.5190 oC 54.565 A= 6.441  102.519 = 0.0826 m2 Jika diameter luar = 0.0127 m, maka panjang kondensor = 2.072 m c. Pemanas (heater) Analisa teknik pada pemanas dibutuhkan untuk mengetahui daya yang dibutuhkan untuk memanaskan plastik sesuai dengan suhu yang ingin dicapai. Daya pemanasan dapat dicapai dengan mengetahui volum plat besi yang dipanaskan, yaitu sebagai berikut : Diketahui:  densitas besi karbon  kapasitas panas besi karbon (cp)  suhu pemanas yang diinginkan  diamater dalam reaktor  diamater luar reaktor

= 7840 kg/m3 = 0.49 kJ/kg.K = 800 = 0.31 m = 0.322 m

22  

tinggi reaktor tinggi daerah pemanasan

=1m = 0.2 m

Volume plat besi yang dipanaskan adalah : 1 V1     0.312  0.2 4 3

= 0.0150 m 1 V2     0.322 2  0.2 4 = 0.0162 m

3

Volume plat besi adalah V2  V1  1.2  10 3 m 2 Besarnya masa pada plat besi dapat dihitung dengan menggunakan: = 7840 5.9 1 = 9.408 kg Besarnya energi yang dibutuhkan untuk memanaskan plat besi hingga suhu 800 dapat dihitung sebagai berikut:

Q  9.408  0.49  800  30 = 3549.638 J = 3549638 J

Besarnya nilai kuat arus (I) dan nilai dari V = 220 volt dengan waktu kenaikan suhu 60 menit dapat dihitung dengan sebagai berikut : I

3549638 220 3600

= 4.481 A Besarnya daya yang dibutuhkan untuk memanaskan plat besi hingga suhu yang ditentukan adalah sebagai berikut: P  4.481  220 = 985.82 watt 6. Gambar Teknik Gambar teknik diperlukan agar dapat memudahkan dalam proses pabrikasi. Gambar teknik harus memperhatikan dimensi dari mesin dan skala. Gambar teknik dilakukan dengan bantuan aplikasi Solidwork Premium 12. 7. Uji Kinerja Reaktor Uji kinerja dilakukan setelah reaktor dan kondenser selesai di pabrikasi serta panas yang diinginkan di dalam reaktor mampu dicapai oleh pemanas (heater). Uji kinerja juga merupakan tahapan eksperimen untuk mendapatkan data yang dibutuhkan untuk melakukan simulasi CFD. Uji kinerja yang dilakukan adalah untuk mengetahui: a. Hasil pirolisis plastik Total pengujian reaktor dilakukan sebanyak 5 kali dengan tingkat suhu yang berbeda setiap pengujian yaitu 250 , 300 , 350 , 400 dan 450 . Sebanyak 1500 g botol plastik bekas (PET) digunakan sebagai bahan baku pada proses pirolisis plastik. Bahan baku ditimbang

23 dengan menggunakan timbangan digital, timbangan digital yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 10.

Gambar 10 Timbangan digital Proses pirolisis plastik dilakukan selam 3 jam. Minyak yang dihasilkan selama proses pirolisis pada 5 perlakuan suhu tersebut ditampung di dalam gelas kaca yang kemudian ditimbang dengan menggunakan timbangan digital. b. Sebaran suhu Pengukuran suhu dilakukan untuk mengetahui sebaran suhu yang terjadi di dalam reaktor selama proses pirolisis berlangsung. Pengukuran sebaran suhu di dalam reaktor dibagi menjadi dua bagian yaitu sebaran suhu saat awal pemanasan hingga suhu yang diinginkan tercapai dan sebaran suhu setelah kondisi yang diinginkan sudah tercapai. Pengukuran sebaran suhu dilakukan dengan meletakkan 5 buah termokopel. Termokopel juga diletakkan pada cerobong keluaran reaktor/inlet dari kondenser dan pada outlet dari kondenser. Termokopel yang digunakan sebagai kontrol adalah termokopel 1 yang terhubung langsung dengan thermo control pada trafo. Posisi peletakkan termokopel pada reaktor berdasarkan sumbu x, y dengan sumbu x tetap yaitu sebesar 0.065 m dan sumbu y yang berubah ke arah postif yaitu, 0.19 m, 0.38 m, 0.57 m, 0.76 m dan 0.95 m. Peletakkan termokopel pada pengukuran sebaran suhu disajikan pada Gambar 11.

24 5

4

3

2

1

7

6

Gambar 11 Titik-titik pengukuran menggunakan termokopel Keterangan gambar : 1 : Termokopel 1

4 : Termokopel 4

7 : Termokopel pada outlet kondenser

2 : Termokopel 2 5 : Termokopel 5 3 : Termokopel 3 6 : Termokopel pada outlet reaktor Termokopel yang digunakan adalah termokopel batang tembaga tipe-K yang kemudian data dicatat dan direkam dengan data akuisisi National Instrument. Perekaman data sebaran suhu dilakukan setiap 2 detik sekali selama 3 jam proses. Termokopel yang digunakan dan data akuisisi National Instrument dapat dilihat pada Gambar 12.

25

(b)

(a)

Gambar 12 (a) Data akuisisi National Instrument (b) Termokopel Perekaman data sebaran suhu dimulai ketika pemanas (heater) mulai dinyalakan. Pemanas (heater) diletakkan menyelubungi bagian bawah reaktor hingga ketinggian 20 cm dari dasar reaktor. Pemanas (heater) dilengkapi dengan trafo dan thermo control untuk mengontrol suhu di dalam reaktor. Sebelum pemanas (heater) mulai menyala, bahan baku plastik sudah berada di dalam reaktor dan kondenser sudah terinstalasi dengan tutup dari reaktor. Selama proses pirolisis berlangsung pemanas (heater) dan reaktor dilapisi oleh ceramic silicone sebagai insulasi untuk mengurangi panas yang terbuang ke lingkungan dan membantu kinerja pemanas (heater). Pada Gambar 13 diperlihatkan trafo yang dilengkapi dengan thermo control (a), pemanas (heater) (b) dan insulasi ceramic silicone (c) yang digunakan pada pengujian.

(a)

(b)

(c)

Gambar 13 (a) Trafo dan thermo control (b) Pemanas (c) Ceramic silicione insulation c. Prosedur Pengujian Reaktor Secara keseluruhan prosedur operasional pengujian kinerja reaktor adalah sebagai berikut: 1) Plastik ditimbang dengan timbangan digital dengan massa 1500 g. 2) Plastik diletakkan pada plat unloading pada dasar reaktor. 3) Reaktor ditutup dan dikunci dengan baut agar tidak terjadi kebocoran. 4) Instalasi kondenser pada tutup reaktor.

26 5) Alat ukur dipasang (termokopel) pada semua titik yang telah ditentukan. 6) Instalasi alat ukur dengan data akuisisi National Instrument. 7) Instalasi pemanas (heater) pada reaktor kemudia heater dan reaktor dibungkus dengan ceramic silicone insulation. 8) Pemanas (heater) dinyalakan dan data akuisisi mulai merekan data sebaran suhu setiap 2 detik. 9) Proses pirolisis plastik dilakukan selama 3 jam proses dan minyak hasil proses kondensasi plastik ditampung pada gelas kaca. 10) Proses unloading residu setelah proses berhenti dengan cara menarik plat unloading di dasar reaktor dengan menggunakan tongkat unloading. 8. Simulasi Sebaran Suhu dengan CFD Simulasi distribusi suhu pada reaktor dilakukan setelah pengambilan data eksperimen, hal ini dikarenakan minimnya informasi pindah panas yang terjadi selama proses pirolisis plastik. Asumsi yang digunakan pada simulasi adalah sebagai berikut: 1) Kondisi analisa dalam keadaan steady state. 2) Suhu pemanas (heater) suhu dianggap sama sesuai dengan tingkat suhu pada saat suhu di kontrol. 3) Plastik di dalam reaktor dianggap porous medium. 4) Suhu di dasar reaktor dianggap sama dengan suhu kontrol. 5) Sifat material gas proses pirolisis plastik dianggap sama dengan udara (Zhuo 2009). 6) Aliran udara yang mengalir dianggap berasal dari dasar reaktor. 7) Tekanan kerja pada reaktor dianggap 1 atm (101.325 kPa). Diagram alir tahapan simulasi CFD disajikan pada Gambar 14. Secara umum, langkah-langkah dalam proses simulasi distribusi suhu dalam reaktor selama proses pirolisis reaktor dengan menggunakan CFD dijelaskan sebagai berikut: a. Pembuatan Geometri 3-D CFD Kontur sebaran suhu di dalam reaktor dapat dilihat dengan melakukan simulasi dengan menggunakan aplikasi CFD Ansys Fluent 6.3.26. Penggambaran reaktor pada tahap awal dengan menggunakan aplikasi Solidworks Premium 12 dan dilanjutkan dengan aplikasi Gambit 2.4.6 untuk penentuan kondisi batas dan meshing. Gambar geometri dari reaktor yang dirancang dengan aplikasi Solidworks Premium 12 dapat dilihat pada Gambar 15.

27 Mulai Pembuatan geometri 3-D Penentuan kondisi batas pada perangkat lunak Gambit

Pembuatan meshing Check Geometri

Geometri baik?

Tidak

Ya Pendefinisan paramater “Define” Model : 1. Solver 2. Energy 3. Viscous Pendefinisan paramater “Define”; Material, operating condition, kondisi batas Proses solver : 1. Initialize 2. Iterate

Ya

Iterasi eror? Tidak

Display kontur sebaran suhu dan nilai pengukuran suhu

Selesai Gambar 14 Skema tahapan simulasi

28

Lubang keluaran gas pirolisis plastik (outlet)

Badan reaktor

Pemanas (heater)

Gambar 15 Gambar geometri reaktor menggunakan aplikasi Solidworks Premium 12 b. Penentuan Kondisi Batas Pada Gambit dan Pembuatan Meshing Setelah itu perancangan dilanjutkan pada aplikasi Gambit 2.4.6 untuk menentukan kondisi batas pada simulasi. Penentuan kondisi batas yang pertama adalah penentuan kecepatan aliran udara pada dasar reaktor kemudian penentuan outlet pada reaktor. Kondisi batas pada hasil perancangan ini dapat dilihat pada Gambar 16. Perancangan kemudian dilanjutkan dengan meshing, meshing merupakan titik-titik pengukuran yang dilakukan oleh aplikasi, semakin kecil meshing yang digunakan semakin akurat hasil data yang dihasilkan. Tipe mesh yang digunakan pada pemodelan simulasi CFD adalah Tet/Hybrid dengan interval size 5.

29

Outflow Wall (dinding atas)

Porous Zone

Velocity Inlet Wall (pemanas)

Gambar 16 Kondisi batas pada perancangan reaktor dengan menggunakan aplikasi Gambit 2.4.6 c. Pendefinisian Model, Material, Operating Condition, Boundary Condition Setelah penentuan kondisi batas dan meshing telah terpenuhi maka simulasi dilanjutkan dengan menggunakan aplikasi Ansys Fluent 6.3.26. Pendefinisian pada toolbar define pada penelitian ini dilakukan dengan mendefinisikan pada model, material, kondisi operasi dan kondisi batas. Pendefinisian pada model dibagi menjadi 3 yaitu solver, energy dan viscous. Pada menu solver kondisi operasi berdasarkan pressure based dengan keadaan steady. Analisis pada simulasi yang dilakukan memerlukan analisis tentang pindah panas maka persamaan energi pada model energy harus diaktifkan. Model viscous yang dipilih pada simulasi ini adalah laminar. Pendefinisian material gas yang terjadi pada proses pirolisis plastik pada proses simulasi CFD dianggap seperti udara (Zhuo 2009). Sifat fisik udara sudah terdefinisi pada perangkat lunak CFD yang digunakan. Pendefinisian kondisi batas pada setiap tingkatan suhu pemanasan proses pirolisis dapat dilihat pada Tabel 2.

30

250 300 350 400 450 Keterangan :

-

T WT FRW v

: Thermal : Wall Thickness : Flow Rate Weighting : Velocity inlet

30

Tingkatan Suhu (

Tabel 2 Kondisi batas pada simulasi sebaran suhu dengan menggunakan CFD Kondisi Batas Dinding Atas Udara Fluid Pemanas (Thermal) Udara masuk Wall (Thermal) (Thermal) Keluar T WT Porous T WT v T T WT FRW (K) (m) Zone (K) (m) (m/s) (K) (K) (m) y= 373 0.006 y=1 533 0.002 1 523 373 0.006 0.00160 y= 393 0.006 y=1 583 0.002 1 573 393 0.006 0.00151 y= 473 0.006 y=1 643 0.002 1 623 473 0.006 0.00971 y= 523 0.006 y=1 523 0.002 1 693 523 0.006 0.000975 y= 553 0.006 y=1 793 0.002 1 723 553 0.006 0.000749

31 Pada Tabel 2 kondisi batas kecepatan aliran udara masuk dianggap berasal dari dasar reaktor. Kondisi batas udara masuk (velocity inlet) dapat ditentukan dengan persamaan (24): ṁ = ρ  A v (24) d. Proses Numerik (Solver) Proses numerik merupakan proses perhitungan pada CFD berdasarkan definisi-definisi kondisi yang telah dimasukkan sebelumnya. Sebelum proses iterasi perlu dilakukan proses inisialisasi. Pada simulasi CFD yang dilakukan inisialisasi perhitungan dilakukan berasal dari kondisi batas pada udara masuk. Proses iterasi memerlukan kriteria konvergensi. Kriteria konvergensi adalah kesalahan/perbedaan dugaan awal dan hasil akhir dari iterasi yang dilakukan pada perangkat lunak CFD (Tuakia 2008). Simulasi CFD yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan default kriteria konvergensi yaitu 0.001 untuk semua persamaan dan 1 untuk persamaan energi. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Perancangan Reaktor Rancangan Fungsional Secara keseluruhan, alat hasil perancangan terdiri dari 2 bagian utama yaitu reaktor pirolisis plastik dan kondenser. Namun terdapat komponen-komponen lain yang terdapat pada alat yang memiliki fungsi tersendiri. Komponen-komponen tersebut secara lengkap dijelaskan pada Tabel 3. Rancangan fungsional dihasilkan dari pertimbangan yaitu fungsi utama dari reaktor adalah sebagai tempat di mana proses pirolisis terjadi. Gas dari hasil proses pirolisis ditangkap dan dikondensasi untuk memperoleh minyak hasil dari proses pirolisis plastik dengan bantuan kondenser. Minyak hasil proses pirolisis plastik ditampung di dalam gelas kaca dan residu hasil dari proses yang terdapat di dalam reaktor dikeluarkan dengan plat unloading yang tersedia dibagian bawah reaktor. Proses pengeluaran plat unloading dibantu dengan menggunakan tongkat pengait yang berfungsi mengkaitkan plat sehingga plat dapat diangkat dengan mudah. Proses pirolisis plastik di dalam reaktor dibantu dengan menggunakan pemanas (heater) milik PT Panasindo Jaya Mandiri.

32

No 1.

2.

3.

4.

5.

6.

Tabel 3 Komponen-komponen reaktor pirolisis plastik dan fungsinya Komponen Alat Fungsi Reaktor Tempat di mana plastik botol minuman bekas akan mengalami proses pirolisis. Reaktor dilengkapi dengan tutup reaktor yang dapat dikunci sehingga gas hasil proses pirolisis tidak keluar. Pada tutup reaktor dilengkapi dengan klingrit sealer gasket untuk mencegah gas proses pirolisis keluar dari sela antara reaktor dengan tutup reaktor. Kondenser Tempat di mana gas hasil proses pirolisis mengalami kondensasi dan gas berubah fase menjadi cairan. Lubang termokopel Lubang termokopel ditempatkan pada badan reaktor searah sumbu y, berfungsi sebagai tempat peletakan termokopel pada proses pirolisis berlangsung. Lubang termokopel dilengkapi dengan drat sebagai pengunci antara termokopel dengan reaktor sehingga gas pirolisis tidak keluar saat proses pirolisis berlangsung. Lubang outlet gas Berfungsi sebagai tempat keluarnya gas hasil pirolisis. Lubang outlet gas terhubung langsung dengan kondenser yang dihubungkan dengan double naple sehingga proses instalasi antara reaktor dan kondenser berjalan dengan mudah. Plat unloading residu Berfungsi sebagai wadah residu dan dapat diangkat ketika proses pirolisis plastik telah selesai dilakukan untuk mengeluarkan residu hasil pirolisis. Plat unloading dilengkapi dengan tongkat pengait untuk membantu proses pengangkatan plat unloading tersebut. Pemanas (heater) Berfungsi sebagai sumber penghasil panas dengan memanfaatkan energi listrik. Pemanas dilengkapi dengan insulasi ceramic silicone sebagai media isolator untuk mengurangi panas yang dihasilkan pemanas terbuang ke lingkungan sehingga membantu proses kerja dari pemanas tersebut.

Rancangan Struktural Setelah proses perancangan baik pada perancangan fungsional maupun pada perancangan struktural kemudian dilakukan proses pabrikasi. Hasil perancangan reaktor memiliki volume 0.0754 m3 dengan diameter sebesar 0.31 m dan tinggi 1 m, reaktor hasil perancangan juga memiliki tebal 6 mm. Terdapat perbedaan diameter pada hasil perancangan struktural dengan hasil pabrikasi. Diameter pada hasil perancangan adalah 34 cm sedangkan pada hasil pabrikasi diameternya

33 adalah 31 cm, perbedaan diamater tersebut diakibatkan ketersediaan bahan pada saat proses pabrikasi dan biaya pembuatan reaktor. Pada bagian atas reaktor dilengkapi dengan flange sebagai tempat untuk menaruh baut pengunci tutup reaktor. Flange yang dibuat dengan lebar 5 cm dari diameter luar reaktor dengan ketebalan 5 mm. Tutup reaktor hasil rancangan memiliki dimensi dengan diameter 0.41 m dengan ketebalan 5 mm. Pada bagian bawah tutup reaktor dilengkapi dengan klingrit sealer gasket yang berfungsi untuk mencegah kebocoran gas selama proses pirolisis berlangsung. Klingrit sealer gasket memiliki ketebalan dengan 5 mm. Celah antar klingrit sealer gasket dan tutup diselimuti dengan high temp seal. Tutup reaktor memiliki lubang keluaran (outlet) gas yang terbuat dari double naple dengan bahan kuningan dengan ukuran 3/8 inch. Hasil perancangan reaktor disajikan pada Gambar 17. 5

1 2 3 4 6

7

Gambar 17 Hasil pabrikasi reaktor Keterangan Gambar: 1 : Kondenser melengkung 2 : Kondenser pipa lurus 3 : Outlet gas 4 : Tutup reaktor

5 : Flange 6 : Tabung reaktor 7 : Pemanas (heater)

Pada bagian bawah reaktor juga dilengkapi dengan plat unloading yang terbuat dari plat besi dengan ketebalan 0.8 mm dengan diameter 0.31 m. Sistem unloading dari residu padat hasil pirolisi plastik dapat dilakukan yaitu dengan cara mengangkat plat unloading dengan menggunakan 2 buah tongkat pengait dengan panjang 1.5 m. Plat unloading dan tongkat unloading disajikan pada Gambar 18 dan Gambar 19. Pada bagian badan reaktor dilengkapi dengan 5 buah lubang tempat pengukuran termokopel. Lubang tersebut terbuat dari double naple bahan kuningan dengan ukuran 3/8 inch. Gambar teknik hasil perancangan reaktor pirolisis plastik dapat dilihat pada Lampiran 1–4.

34

Gambar 18 Plat unloading hasil pabrikasi

Gambar 19 Tongkat pengait plat unloading Kondenser diletakkan pada bagian tutup reaktor. Reaktor hasil perancangan memanfaatkan udara untuk membantu proses kondensasi di dalam kondenser. Karakteristik gas pada perancangan kondenser menggunakan karakteristik udara, hal ini dikarenakan thermal properties dari gas hasil pirolisis plastik belum ada. Oleh karena itu pada perancangan ini menggunakan asumsi dari thermal properties udara pada suhu perancangan kondenser yang diinginkan. Kondenser dibuat dari pipa tembaga dengan ukuran 3/8 inch. Untuk memudahkan proses bongkar pasang antara kondenser dengan tutup reaktor maka kondenser dibagi menjadi dua bagian. Bagian pertama adalah kondenser yang terhubung dengan tutup reaktor, kondenser pada bagian ini dibuat melengkung untuk mengarahkan gas hasil proses pirolisis plastik ke arah bawah. Pada bagian ini pula dibuat sebuah lubang untuk menaruh termokopel yang terhubung dengan pipa tembaga tipe T. Bagian kedua adalah bagian kondenser yang terpanjang, pada bagian ini kondenser dibuat lurus dengan panjang 2 m. Bagian kondenser pertama dan kedua dihubungkan dengan double naple ukuran 3/8 inch. Pemanas yang digunakan pada penelitian berjumlah 4 buah dan memiliki daya 2700 watt. Pemanas dihubungkan dengan listrik 1 phase dengan terlebih dahulu melalui sebuah trafo. Trafo dilengkapi dengan sistem pengaman circuit breaker 50 A. Trafo juga dilengkapi dengan sistem kontrol suhu yaitu kontaktor 3

35 phase, 3 x 35 A dan temperature control dengan rentangan suhu 0–1000 Diagram elektrik pada trafo disajikan pada Gambar 20.

.

TEMP

CB 50 A

NO Temp

NO C 1

Contactor

Heater

Gambar 20 Diagram elektrik pada trafo (sumber: PT Panasindo Jaya Mandiri) Terjadi beberapa perbedaan antara komponen pada hasil rancangan struktural reaktor dengan hasil pabrikasi reaktor. Perbedaan ini diakibatkan pada kebutuhan pada saat proses uji kinerja reaktor. Perbedaan antara hasil rancangan dengan hasil pabrikasi reaktor dijelaskan pada Tabel 4. Tabel 4 Perbandingan komponen pada perancangan struktural reaktor dengan hasil pabrikasi reaktor Hasil Kriteria No Nama Komponen Rancangan Rancangan Pabrikasi Struktural 1 Reaktor Tinggi (m) 1 1 Diameter (m) 0.34 0.31 Volume (m3) 0.0937 0.0754 2 Kondenser Diameter (inch) 3/8 3/8 Panjang (m) 2.07 2.5 Bahan tembaga tembaga 3 Pemanas (heater) Daya (W) 985.82 2700 4 pemanas Perbedaan yang besar terjadi pada perancangan komponen pemanas (heater) yang digunakan. Pada pemanas pada perancangan yaitu sebesar 985.82 watt namun pada uji fungsional, pemanas membutuhkan waktu yang sangat lama untuk menaikan suhu sesuai yang diinginkan. Oleh sebab itu pemanas diganti dengan menggunakan pemanas (heater) dengan kapasitas daya lebih besar yaitu 2700 watt dengan jumlah 4 buah pemanas (heater). Perbedaan dimensi juga terjadi pada kondenser. Penambahan panjang pada kondenser terjadi pada pangkal kondenser yang berbentuk 1/4 lingkaran yang terdapat pada tutup reaktor. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari penumpukan residu pada cerobong keluaran reaktor dengan lubang masukan kondenser yang dapat menghambat proses keluaran gas pirolisis.

36 Hasil Pirolisis Plastik Hasil pirolisis plastik dapat dikelompokkan menjadi 3 bagian yaitu gas, cair (minyak) dan residu padat (Bajus and Hájeková 2010). Banyak hal yang mempengaruhi pirolisis dari plastik, yaitu suhu yang digunakan pada saat proses pirolisis, waktu, ukuran partikel dan berat partikel (Ramadhan dan Ali 2012). Pada penelitian ini hanya dilihat pengaruh suhu pemanasan dalam waktu yang sama yaitu selama 3 jam proses. Pengaruh suhu pemanasan terhadap hasil pirolisis disajikan pada Tabel 5. Tabel 5 Pengaruh suhu pemanasan terhadap hasil pirolisis Suhu Minyak yang Residu padat yang Gas hasil proses dihasilkan dihasilkan pirolisis plastik* No Pemanasan (g) (g) (g) ( 1. 250 3.61 1268.15 228.24 2. 300 7.45 1194.40 298.15 3. 350 12.47 715.63 771.9 4. 400 15.72 691.98 792.3 5. 450 21.32 453.49 1025.19 * Hasil gas berdasarkan perhitungan kesetimbangan massa Tabel 5 menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu yang digunakan semakin banyak minyak yang dihasilkan dan residu yang dihasilkan semakin berkurang. Semakin bertambah tingginya suhu pemanasan maka zat-zat yang terkandung dalam plastik akan terurai dengan sempurna. Zat-zat tersebut akan terurai menjadi gas dan cair (minyak) (Ramadhan dan Ali 2012). Minyak yang dihasilkan dari proses pirolisis PET sangat sedikit, hal ini dikarenakan ketika PET mengalami proses pirolisis akan terbentuk residu dengan jumlah yang banyak (Bajus and Hájeková 2010). Hal yang sama ditunjukkan pada penelitian yang dilakukan oleh FakhrHoseini and Dastanian (2013) bahwa pada saat reaksi pirolisis, plastik PET mengalami mekanisme degradasi. Mekanisme degradasi tersebut dilakukan dengan cara mengkonversi PET tersebut ke bentuk struktur kimia yang lain dengan kandungan energi yang lebih sedikit. Mekanisme ini mengarah untuk menghasilkan senyawa dengan stabilitas termal yang lebih tinggi dengan titik didih yang lebih tinggi pula, oleh sebab itu PET menghasilkan lebih banyak residu padat (char). Laju pemanasan pada proses pirolisis plastik dan pendingin kondenser yang digunakan pada saat percobaan juga mempengaruhi jumlah minyak yang dihasilkan. Minyak yang dihasilkan dari proses pirolisis plastik botol plastik minuman bekas (PET) berwarna kekuningan. Warna plastik yang dihasilkan pada percobaan sama dengan warna plastik yang dihasilkan pada penelitian yang dilakukan oleh Sarker et al. (2011). Warna plastik yang dihasilkan disajikan pada Gambar 21.

37

Gambar 21 Minyak yang dihasilkan pada proses pirolisis Pada proses pirolisis plastik botol minuman bekas (PET), semakin tinggi suhu yang digunakan maka semakin besar pula gas yang akan terbentuk dan semakin banyak pula gas yang tidak terkondensasi (Encinar and González 2008) dan (FakhrHoseini and Dastanian 2013). Banyaknya gas yang tidak terkondensasi diduga dikarenakan adanya gas yang tidak dapat terkondensasi (non-condesable gas) pada suhu ruang, seperti yang dinyatakan oleh Ademiluyi and Adebayo (2007). Gas yang paling banyak terbentuk pada saat proses pirolisis plastik PET adalah CO2 dan CO. Gas yang tidak terkondensasi pada saat percobaan disajikan pada Gambar 22.

Kondenser Gas yang tidak terkondensasi

Tempat penampung minyak

Gambar 22 Gas yang tidak terkondensasi pada pirolisis plastik Saat proses pirolisis plastik dengan suhu tinggi berlangsung terjadi reaksi kedua, yaitu reaksi pemecahan panas (thermal cracking) yang terjadi di dalam reaktor. Reaksi tersebut merubah cairan yang dihasilkan menjadi bentuk gas dan solid (FakhrHoseini and Dastanian 2013). Reaksi tersebut disajikan pada Gambar 23. Gas Gas Limbah Plastik

Cair Solid

Solid

Gambar 23 Reaksi kedua yang mengkonversi produk minyak (cair) menjadi solid dan gas (FakhrHoseini and Dastanian 2013)

38 Pada suhu pemanasan plastik 300 , 400 dan 450 residu yang dihasilkan berwarna hitam dan mudah untuk dihancurkan. Namun hal berbeda terjadi pada suhu pemanasan 250 residu yang dihasilkan berwarna kuning dan berbentuk seperti keramik dan sangat sulit untuk dihancurkan. Hal ini dikarenakan titik leleh dari plastik PET tersebut adalah 250-260 (Sarker et al. 2011) sehingga plastik PET belum mengalami proses pirolisis yang sempurna. Pada suhu tersebut plastik hanya berubah wujud menjadi cair dan hanya sebagian kecil yang berubah wujud menjadi gas, kemudian plastik dalam wujud cair tersebut berubah bentuk menjadi bentuk yang solid ketika proses pemanasan terhenti. Faktor ini juga mempengaruhi jumlah minyak yang dihasilkan pada suhu pemanasan 250 . Sama halnya seperti pada pemanasan pada suhu 250 , pada suhu 300 residu yang dihasilkan masih sangat keras namun sudah berwarna hitam. Gambar residu padatan yang dihasilkan disajikan pada Gambar 24.

(a)

(b)

Gambar 24 (a) Residu yang dihasilkan pada suhu pemanasan 250 yang dihasilkan pada suhu pemanasan 450

(b) Residu

Pada saat pirolisis berlangsung terbentuk residu serbuk (Sarker et al. 2011) yang berwarna kekuningan pada bagian atas dinding reaktor. Semakin tinggi suhu yang digunakan, bubuk kristal yang terbentuk semakin banyak dan semakin bersifat lengket sehingga menyumbat lubang keluaran gas pada bagian tutup reaktor yang menuju ke kondenser. Hal tersebut menjadi salah satu penyebab kondenser tidak bekerja dengan baik sehingga minyak yang dihasilkan sangat sedikit. Residu yang terbentuk disajikan pada Gambar 25.

39

(a)

(b)

Gambar 25 (a) Residu berbentuk serbuk pada dinding reaktor bagian atas (b) Residu berbentuk bubuk menyumbat lubang keluaran kondenser Sebaran Suhu Pada Reaktor Pengukuran Sebaran Suhu Saat Proses Pemanasan Awal Pengukuran sebaran suhu saat pemanasan awal merupakan pengukuran sebaran suhu ketika suhu di dalam reaktor dalam kondisi ruang dan mengalami kenaikan hingga suhu di dalam reaktor tercapai sesuai yang diinginkan. Pengukuran sebaran suhu pada awal pemanasan dari berbagai tingkat suhu pemanasan disajikan pada Gambar 26 – Gambar 30. 250

Suhu (oC)

200 150 100 50

0 0

5

Termokopel 1 Termokopel 4

10

15

20 25 Waktu (menit)


30

35

Termokopel 3

Gambar 26 Sebaran suhu di dalam reaktor pada awal pemanasan hingga suhu 250

40

40 300 250

Suhu (oC)

200 150 100 50 0 0

5

10

15


20 25 Waktu (menit)

30


35

40

Termokopel 3


350 300

Suhu (oC)

250 200 150 100 50

0 0

5


10

15

20 25 30 Waktu (menit) Termokopel 2 Termokopel 5

35

40

45

Termokopel 3


50

41 400

350 Suhu (oC)

300 250 200 150 100 50 0 0

5

10


15

20

25 30 35 Waktu (menit)


40

45

50

55

Termokopel 3

Gambar 29 Sebaran suhu di dalam reaktor pada awal pemanasan hingga suhu 400 450 400 350

Suhu (oC)

300 250 200 150 100 50 0 0

5

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Waktu (menit) Termokopel 1 Termokopel 2 Termokopel 3 Termokopel 4 Termokopel 5 Gambar 30 Sebaran suhu di dalam reaktor pada awal pemanasan hingga suhu 450 Gambar 26 menunjukkan kenaikan sebaran suhu pada awal pemanasan hingga suhu yang tercapai adalah 250 . Waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu dari suhu lingkungan hingga mencapai 250 adalah 35.7 menit. Kenaikan suhu dimulai pada menit ketiga hingga menit ke-21. Gambar 27

42 menunjukkan kenaikan suhu hingga suhu 300 , dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa pemanas (heater) membutuhkan waktu 37.8 menit untuk menaikkan suhu dari suhu 28 hingga mencapai suhu 300 dan kenaikan suhu dimulai pada menit ke-3. Pada Gambar 28 memperlihatkan bahwa untuk mencapai suhu 350 membutuhkan waktu 47.3 menit dan pada Gambar 29 memperlihatkan waktu pemanasan yang dibutuhkan untuk mencapai suhu 400 sebesar 52.3 menit. Pada Gambar 30 waktu yang diperlukan untuk mencapai suhu 450 adalah 71 menit. Pada gambar tersebut juga terlihat bahwa setelah menit ke-54 laju tingkat pemanasan untuk mencapai suhu 450 semakin lambat, hal ini disebabkan energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu pada reaktor digunakan untuk melakukan pemutusan rantai karbon. Rantai karbon akan terputus jika energi yang disebabkan oleh gaya van der Waals sepanjang rantai polimer lebih besar dari pada entalpi ikatan C-C pada rantai karbon tersebut. Pemutusan rantai karbon disebut reaksi thermal cracking yang terjadi pada suhu diatas 400 pada plastik PET (Patra and Yethiraj 2000). Suhu pada proses pemutusan ikatan C-C cenderung konstan (Gao 2010), oleh sebab itu pada pengujian sebaran suhu pemanasan hingga 450 (Gambar 30) laju kenaikan suhunya lambat dan relatif konstan setelah menit ke–54. Laju kenaikan suhu (tingkat pemanasan) pada pengujian pirolisis plastik termasuk pirolisis lambat (pirolisis konvensional) karena rata–rata kenaikan suhu yang terjadi di dalam reaktor adalah 0.22 K/s. Rata–rata kenaikan suhu tersebut masih termasuk ke dalam pirolisis lambat, yaitu sekitar 0.1–1 K/s (Demirbas 2009). Kenaikan suhu di dalam reaktor yang lambat tersebut dapat dipengaruhi oleh ketebalan reaktor dan insulasi panas reaktor yang kurang baik. Insulasi panas pada proses pirolisis sangat diperlukan untuk membantu kinerja reaktor sehingga panas yang terbuang ke lingkungan tidak terlalu banyak. Laju kenaikan suhu pada awal pemanasan dapat dilihat pada Lampiran 5. Gambar 26 – Gambar 30 memperlihatkan bahwa semakin tinggi suhu yang akan dicapai semakin lama pula waktu yang dibutuhkan. Pada setiap percobaan dari setiap tingkatan suhu terdapat perbedaan kenaikan suhu yang cukup besar antara termokopel 1 dengan termokopel yang lainnya. Hal ini disebabkan oleh termokopel 1 terletak pada pusat pemanasan yaitu pada dinding yang diselimuti dengan pemanas (heater) sehingga panas yang terbaca oleh termokopel 1. Semakin ke atas, suhu yang terbaca oleh termokopel akan semakin rendah. Hal ini dipengaruhi oleh konveksi dari dalam reaktor dan perambatan panas di dalam reaktor. Pada awal pemanasan suhu dalam reaktor tidak berubah pada awal pemanasan, hal ini disebabkan pemanas (heater) baru mulai memanaskan reaktor dan hanya sedikit energi yang yang diterima oleh reaktor (pindah panas yang terjadi pada reaktor sebagian besar disebabkan oleh radiasi) (Low et al. 2001). Setelah 3–4 menit pindah panas mulai terjadi pada reaktor dan terjadi peningkatan suhu pada fase cair dan gas (Low et al. 2001). Profil suhu di awal pemanasan pada eksperimen ini hampir sama dengan profil suhu pada penelitian Gao (2010) yaitu pada awal pemanasan peningkatan suhu tidak terjadi secara signifikan.

43 Pengukuran Sebaran Suhu dalam Reaktor Setelah Mencapai Suhu Pemanasan yang Diinginkan Pengukuran sebaran suhu pada saat pengontrolan suhu dilakukan ketika suhu yang diinginkan untuk proses pirolisis plastik dicapai. Mekanisme pengontrolan suhu dengan thermo control adalah dengan cara memutus arus jika suhu yang terbaca oleh termokopel sesuai dengan suhu yang ingin dicapai, dan akan mengalirkan arus kembali kepada pemanas jika suhu yang terbaca oleh termokopel lebih rendah dibandingkan dengan suhu yang ingin dicapai. Mekanisme pemutusan arus tersebut dilakukan kontaktor yang terhubung dengan kontrol. Termokopel 1 digunakan sebagai sensor untuk melakukan pengontrolan suhu di dalam reaktor dan terhubung langsung dengan thermo control. Sebaran suhu pada saat pengontrolan suhu disajikan pada Gambar 31 – Gambar 35. Menit ke-0 pada Gambar 31 – Gambar 35 merupakan waktu setelah pengontrolan suhu dimulai (suhu yang diinginkan tercapai). 300 275

Suhu (oC)

250 225 200

175 150 125 100 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Waktu (menit)



Gambar 31 Sebaran suhu pada suhu pemanasan 250

Termokopel 3

44 350 325 300

Suhu (oC)

275 250 225 200

175 150 125 100 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Waktu (menit)



Termokopel 3

Suhu (oC)


400 375 350 325 300 275 250 225 200 175 150 125 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Waktu (menit)



Termokopel 3


45 425 400 375 Suhu (oC)

350 325 300 275

250 225 200 175 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Waktu (menit)



Termokopel 3

Gambar 34 Sebaran suhu pada suhu pemanasan 400 475 450 425 Suhu (oC)

400

375 350 325 300 275 250 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Waktu (menit)

Termokopel 1

Termokopel 2

Termokopel 4

Termokopel 5

Termokopel 3

Gambar 35 Sebaran suhu pada suhu pemanasan 450 Pada Gambar 31 titik puncak pemanasan setelah suhu tercapai adalah pada suhu 276 dan berlangsung hampir selama 5 menit. Penurunan suhu terjadi dibantu oleh proses konveksi yang besar yang terjadi di dalam reaktor. Konveksi di dalam reaktor disebabkan oleh terbentuknya gas hasil pirolisis plastik, gas

46 pirolisis plastik tersebut mengalir sehingga menyebabkan pindah panas. Pada Gambar 32 kenaikan suhu keempat termokopel lainnya hampir sama yaitu peningkatan kenaikan suhu tertinggi hingga menit ke-8 setelah pemanasan dan setelah itu terjadi penurunan peningkatan suhu hingga di akhir proses. Gambar 32 menunjukkan pola yang sama dengan Gambar 31, terjadi fluktuasi sebaran suhu. Pada termokopel 2 peningkatan tingkat kenaikan suhu hingga menit ke-3.5 setelah itu terjadi penurunan suhu dan mengalami peningkatan kenaikan suhu kembali pada menit ke-27. Pola yang sama ditunjukkan oleh Gambar 33 hingga Gambar 35 yaitu terjadi fluktuasi perubahan suhu di sekitar suhu yang dikontrol pada termokopel 1, namun pada Gambar 33 terjadi penurunan suhu yang drastis di dalam reaktor pada menit ke-40 hingga menit ke-54. Penurunan suhu disebabkan oleh plug pada pemanas (heater) putus. Semakin lama pemanas (heater) digunakan plug pada pemanas akan semakin korosif sehingga menimbulkan reaksi antar heater dengan plug, itulah yang menyebabkan pemanas (heater) putus. Penurunan suhu yang terjadi selama 10 menit tersebut mempengaruhi laju keluaran gas pada outlet kondenser. Penurunan suhu terjadi hingga suhu 307 , penurunan suhu tersebut masih berada di atas titik leleh (melting point) dari plastik sehingga gas masih terbentuk walaupun terjadi penurunan suhu yang drastis. Penurunan suhu yang drastis juga terjadi pada termokopel 2 hingga termokopel 5. Pengontrolan suhu terlihat stabil pada Gambar 34 setelah menit ke-35. Sama seperti Gambar 34, pada Gambar 35 fluktuasi suhu cenderung stabil atau tidak terlalu besar pada setiap waktunya pada termokopel 1 hingga termokopel 4. Pada termokopel 5 terjadi fluktuasi perubahan suhu, hal ini dapat terjadi karena faktor residu yang terbentuk selama proses pirolisis, residu yang terbentuk mempengaruhi pembacaan pada termokopel. Pada termokopel 1 (Gambar 31 – Gambar 35) terdapat titik puncak dari pengukuran suhu, titik puncak tersebut merupakan suhu puncak dari gas proses pirolisis (Low et al. 2001). Pola titik puncak terjadi pada setiap tingkat pengukuran (Gambar 31 - Gambar 35). Sebaran suhu pemanasan terhadap posisi termokopel dari setiap tingkat suhu berbeda setelah suhu pirolisis yang diinginkan tercapai dengan kondisi steady state dijelaskan pada Tabel 6 dan Gambar 36. Tabel 6 Sebaran suhu terhadap posisi termokopel pada berbagai tingkat suhu pemanasan dengan kondisi steady state Posisi Termokopel Suhu Pemanasan ( ) (m) 250 300 350 400 450 0.19 251 301 352 399 450 0.38 213 263 319 360 405 0.57 186 241 288 334 374 0.76 164 213 252 309 347 0.95 144 186. 214 267 293 Kenaikan suhu pada termokopel 1 (Gambar 31 – Gambar 35) masih terjadi di dalam reaktor meskipun sudah tidak ada arus yang mengalir kepada pemanas. Hal ini menunjukkan proses pindah panas dari pemanas ke dalam reaktor masih berlangsung, pindah panas yang terjadi berupa perambatan panas yang terdapat pada panas pemanas (heater) ke dalam reaktor. Naik turun suhu pada termokopel

47 merupakan akibat pengontrolan suhu yang dilakukan oleh thermo control. Deviasi pengontrolan yang dilakukan oleh thermo control yaitu sebesar 5 .

Tingkat Pemanasan (oC)

500 450 400 350 300 250 200 150 100 0.19 Termokopel 1 Termokopel 4

0.38

0.57 Posisi Termokopel (m) Termokopel 2 Termokopel 5

0.76

0.95

Termokopel 3

Gambar 36 Sebaran suhu pada setiap tingkat variasi suhu pemanasan dengan kondisi steady state setelah suhu pemanasan yang diinginkan tercapai Gambar 36 memperlihatkan perbedaan suhu di ruang bagian dalam reaktor berdasarkan peletakkan termokopel. Perbedaan besar terjadi pada bagian bawah reaktor di mana plastik mengalami proses pencairan dan pada bagian atas reaktor. Perbedaan suhu pada setiap lokasi pengukuran sangat dipengaruhi oleh gas yang dihasilkan selama proses pirolisis plastik (Gao 2010). Variasi suhu terjadi pada bagian tengah reaktor dan bagian atas pada reaktor, hal ini disebabkan oleh pindah panas yang terjadi secara signifikan semakin ke atas bagian reaktor (Karaduman et al. 2001). Pengukuran Sebaran Suhu pada Outlet Reaktor/Inlet Kondenser dan Outlet Kondenser Pengukuran sebaran suhu pada outlet reaktor dimaksudkan untuk mengetahui suhu gas saat meninggalkan reaktor/masuk ke dalam kondenser dan mengetahui suhu keluaran pada kondenser. Tujuan dari pengukuran sebaran suhu gas yang keluar dari kondenser dan keluar dari kondenser adalah untuk mengetahui karakteristik suhu dari gas yang dihasilkan dari pirolisis plastik botol bekas (PET). Karakteristik ini diperlukan pada penelitian selanjutnya dan dapat digunakan sebagai dasar pada perancangan kondenser pirolisis plastik. Sebaran suhu pada saat terjadi pirolisis plastik disajikan pada Gambar 37 - Gambar 41.

48 100 90 Suhu (oC)

80 70 60

50 40 30 20 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Waktu (menit) Outlet Reaktor

Outlet Kondenser

Gambar 37 Suhu pengukuran pada outlet reaktor dan outlet kondenser pada suhu pemanasan 250 100 90

Suhu (oC)

80 70 60 50

40 30 20 0


Outlet Kondenser

Gambar 38 Suhu pengukuran pada outlet reaktor dan outlet kondenser pada suhu pemanasan 300

49 100 90 Suhu (oC)

80 70 60 50 40 30 20 0


Outlet Kondenser

Gambar 39 Suhu pengukuran pada outlet reaktor dan outlet kondenser pada suhu pemanasan 350 100 90 Suhu (oC)

80 70 60 50 40

30 20 0


Outlet Kondenser

Gambar 40 Suhu pengukuran pada outlet reaktor dan outlet kondenser pada suhu pemanasan 400

50 100 90 Suhu (oC)

80 70 60

50 40 30 20 0


Outlet Kondenser

Gambar 41 Suhu pengukuran pada outlet reaktor dan outlet kondenser pada suhu pemanasan 450 Pada percobaan setiap tingkat pemanasan pirolisis plastik (Gambar 37 – Gambar 41) terdapat perbedaan suhu yang terjadi antara suhu gas pada outlet reaktor dan suhu gas pada saat keluar kondenser. Perbedaan suhu tersebut terjadi akibat adanya konveksi yang terjadi di dalam kondenser. Konveksi yang terjadi di dalam kondenser dibantu oleh udara sekitar. Suhu saturasi dari kondenser di bawah dari suhu pada gas, sehingga menyebabkan proses kondensasi dari gas pirolisis plastik dan berubah bentuk menjadi cairan. Pada percobaan masih terdapat banyak gas yang tidak terkondensasi, semakin tinggi tingkat pemanasan suhu semakin pula banyak pula gas yang tidak terkondensasi yang terbentuk. Pengukuran suhu gas yang keluar dari outlet reaktor maupun outlet kondenser didasarkan pada kondisi steady state sehingga pengukuran sebaran suhu hanya dilakukan ketika suhu yang diinginkan di dalam reaktor tercapai. Nilai pengukuran suhu pada outlet reaktor dan outlet kondenser pada kondisi steady state disajikan pada Tabel 7. Tabel 7 Suhu pengukuran pada outlet reaktor dan outlet kondenser pada berbagai tingkat suhu pemanasan dengan kondisi steady state Suhu Pemanasan ( ) Posisi Termokopel 250 300 350 400 450 Outlet Reaktor 51 64 64 65 81 Outlet Kondenser 31 30 33 34 37 Pada tingkat pemanasan 450 (Gambar 41) suhu rata-rata pada outlet reaktor lebih besar jika dibandingkan dengan suhu rata-rata outlet reaktor pada tingkat pemasana lainnya. Hal ini dikarenakan pada tingkat pemanasan 450 terjadi proses pemecahan termal (thermal cracking) pirolisis plastik yang dimulai (Bajus dan Hájeková 2010), sehingga pada proses tersebut pada suhu 390 dihasilkan gas panas (Gao 2010). Gas panas tersebut memiliki suhu yang lebih tinggi dibandingkan dengan gas yang dihasilkan pada tingkat pemanasan lainnya

51 sehingga gas yang keluar dari reaktor juga masih memiliki suhu yang cukup tinggi. Simulasi Kontur Suhu di dalam Reaktor Kecepatan aliran udara sangat mempengaruhi pada simulasi ini, namun untuk menentukan kecepatan udara yang terjadi pada setiap tingkatan suhu diperlukan thermal properties dari gas yang terjadi saat proses pirolisis. Thermal properties yang digunakan pada uji kinerja ini menggunakan thermal properties berupa udara yang telah terdefinisi pada aplikasi Ansys Fluent 6.3.26 (Zhuo 2009). Hasil simulasi sebaran suhu pada setiap tingkatan dengan menggunakan CFD disajikan pada Gambar 42 – Gambar 46.

Gambar 42 Kontur sebaran suhu simulasi CFD pada suhu pemanasan 250


52




53 Gambar 42 - Gambar 46 memperlihatkan pola kontur sebaran suhu di dalam reaktor pada kondisi steady state. Warna yang ditampilkan pada hasil simulasi tersebut menunjukkan distribusi suhu yang terjadi di dalam reaktor selama proses pirolisis berlangsung. Berdasarkan hasil simulasi pada ke-5 gambar tersebut terdapat kemiripan pola kontur suhu. Pada dinding bagian bawah reaktor terdapat dominasi warna merah yang menandakan sumber panas dalam hal ini adalah pemanas (heater). Distribusi suhu pada sekitar sumber pemanas (heater) memiliki hasil yang hampir sama dengan distribusi suhu pada reaktor pirolisis yang dilakukan oleh Sangtongam et al. (2007). Terdapat dominasi warna oranye pada bagian tengah reaktor serta warna hijau dan biru semakin ke atas bagian reaktor, hal ini menunjukkan terjadi penurunan suhu karena pindah panas yaitu konduksi dan konveksi dan kemudian plastik berubah fase menjadi gas dan terjadi konveksi akibat dari gas (Yin 2013). Pada kontur suhu dapat dilihat bahwa penurunan suhu terjadi ketika semakin mendekati bagian atas dari reaktor. Pada setiap gambar hasil simulasi, sebaran suhu paling rendah terjadi pada bagian dinding atas reaktor dan pada daerah tutup reaktor, hal ini terjadi karena konveksi pada bagian atas reaktor. Salah satu faktor penting yang menyebabkan konveksi tersebut adalah terciptanya gas hasil pirolisis (Gao 2010). Pada Gambar 42 – Gambar 46 juga dapat dilihat pola sebaran suhu yang ditunjukkan dari hasil simulasi yaitu pada pola warna oranye, hijau dan biru langit pada bagian tengah reaktor, semakin tinggi suhu pemanasan maka kontur sebaran suhu pada bagian reaktor tersebut semakin pendek atau semakin turun mendekati permukaan reaktor, hal tersebut dipengaruhi oleh pendefinisian kondisi batas kecepatan aliran (velocity inlet). Semakin tinggi suhu pemanasan maka kecepatan aliran (velocity inlet) yang terjadi akan semakin rendah (Koshad 2011). Kecepatan aliran tersebut yang mempengaruhi pola kontur suhu yang terdapat di tengah reaktor pada simulasi CFD. Titik-titik pengukuran pada simulasi CFD yang sesuai dengan kondisi peletakkan termokopel pada proses pengujian dan dapat dilihat dengan ReportSurface Integral pada aplikasi Ansys Fluent 6.3.26. Posisi peletakkan termokopel pada reaktor berdasarkan sumbu x, y dengan sumbu x tetap yaitu sebesar 0.065 m dan sumbu y yang berubah ke arah sumbu postif yaitu, 0.19 m, 0.38 m, 0.57 m, 0.76 m dan 0.95 m. Nilai sebaran suhu dengan titik-titik pengukuran hasil simulasi dapat dilihat pada Tabel 8. Tabel 8 Sebaran suhu hasil simulasi CFD pada berbagai tingkat suhu pemanasan dengan kondisi steady state Posisi Termokopel Suhu Pemanasan ( (m) 250 300 350 400 450 0.19 251 301 354 404 452 0.38 219 259 298 348 374 0.57 182 214 254 304 324 0.76 156 183 229 280 300 0.95 127 149 211 261 286 Jika nilai Tabel 6 dibandingkan dengan nilai pada Tabel 8, terdapat beberapa perbedaan nilai suhu. Perbedaan nilai suhu tersebut terkait dengan input value pada proses pendefinisian pada simulasi CFD. Perbandingan nilai sebaran

54 suhu pada pengujian dan simulasi CFD terhadap posisi termokopel dapat dilihat pada Lampiran 6. Oleh karena itu untuk menguji ke-akuratan nilai simulasi CFD dengan hasil eksperimen/pengujian diperlukan suatu validasi suhu. Validasi Simulasi CFD Validasi dilakukan untuk mengetahui keakuratan model CFD yang dibuat. Metode validasi yang digunakan adalah dengan menggunakan garis regresi yang terbentuk pada hubungan linear pada grafik hubungan antara suhu pengujian (x) dengan suhu hasil simulasi (y). Perbedaan suhu pengukuran dengan suhu hasil simulasi pirolisis plastik dapat dilihat dengan melihat koefisien regresi (R) pada grafik tersebut. Nilai yang dihasilkan dari koefisien regresi tersebut dapat digunakan untuk menentukan keakuratan dari hasil simulasi yang dilakukan. Nilai regresi pada setiap tingkat pemanasan yang berbeda disajikan pada Gambar 47 Gambar 51. Pada Gambar 47 – Gambar 51 nilai koefisien regresi pada pemanasan suhu 250 - 450 secara berturut-turut adalah 0.98, 0.93, 0.94, 0.95 dan 0.93. Koefisien regresi tersebut memiliki nilai yang berkisar 0.9, hal ini menunjukkan bahwa setiap kenaikan 1 pada suhu pengujian maka akan terjadi peningkatan 0.9 pada suhu simulasi. Koefisien regresi bernilai positif artinya terjadinya hubungan positif antara suhu pengujian dan suhu hasil simulasi, semakin naik suhu pada pengujian maka semakin meningkatkan suhu simulasi. Nilai dari koefisien regresi akan semakin baik dan akurat jika nilainya mendekati 1. Hasil simulasi dari CFD dapat dikatakan baik dan dapat diterima hasilnya karena memiliki nilai koefisien yang hampir mendekati dengan nilai 1, sehingga sehingga pola sebaran suhu di dalam reaktor pada saat proses pirolisis berlangsung dapat dijelaskan dengan hasil simulasi yang dilakukan dengan CFD.

Suhu Simulasi dengan CFD (oC)

55

300

250 y = 0.9843x 200

150

100 100

150

200

250

300

Suhu Pengujian (oC)


Gambar 47 Grafik validasi sebaran suhu hasil simulasi terhadap hasil pengukuran pada suhu pemanasan 250 350 300 y = 0.931x 250 200 150 100 100

150

200

250

300

350

Suhu Pengujian (oC) Gambar 48 Grafik validasi sebaran suhu hasil simulasi terhadap hasil pengukuran pada suhu pemanasan 300


56

400 350 y = 0.9463x

300 250 200 150 100 100

200 300 o Suhu Pengujian ( C)

400


Gambar 49 Grafik validasi sebaran suhu hasil simulasi terhadap hasil pengukuran pada suhu pemanasan 350 450 400 y = 0.9598x 350 300 250 200 150 100 100

150 200 250 300 350 Suhu Pengujian (oC)

400

450

Gambar 50 Grafik validasi sebaran suhu hasil simulasi terhadap hasil pengukuran pada suhu pemanasan 400


57

500 450 400

y = 0.9323x

350 300 250 200 150 100 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Suhu Pengujian (oC)

Gambar 51 Grafik validasi sebaran suhu hasil simulasi terhadap hasil pengukuran pada suhu pemanasan 450 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan 1. Reaktor yang dirancang berfungsi sebagai experimental set-up untuk mendapatkan data sebaran suhu yang diperlukan pada pemodelan simulasi CFD, reaktor yang dirancang memiliki bagian-bagian utama yaitu tutup reaktor, kondenser, plat unloading pada bagian dasar reaktor yang dilengkapi dengan tongkat pengait, dan pemanas (heater). 2. Pada uji kinerja reaktor, minyak plastik yang dihasilkan akan semakin banyak jika suhu pemanasan semakin tinggi. Namun pada penelitian ini minyak yang dihasilkan sangat sedikit. Minyak plastik terbanyak yaitu sejumlah 21.32 g dihasilkan pada suhu 450 . Minyak yang dihasilkan umumnya berwarna kuning. 3. Semakin tinggi suhu pemanasan, gas yang dihasilkan semakin banyak. 4. Residu padat akan semakin sedikit dengan meningkatnya suhu pemanasan reaktor. Residu padat terbanyak yang tertinggal di dalam reaktor yaitu sebesar 1268.15 g pada pengujian dengan tingkat suhu pemanasan 250 . 5. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai tingkat pemanasan 250 , 300 , 350 , 400 dan 450 secara berturut-turut adalah 35.7 menit, 37.8 menit, 47.3 menit, 52.3 menit dan 71 menit. Semakin tinggi tingkat pemanasan suhu semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk mencapainya.

58 6. Pada pengukuran sebaran suhu dengan kondisi steady state, diperoleh bahwa suhu semakin menurun ke bagian atas reaktor, hal ini disebabkan oleh adanya pindah panas berupa konveksi dan konduksi. Pindah panas tersebut dapat disebabkan oleh aliran gas pirolisis yang terbentuk saat pirolisis berlangsung. 7. Suhu rata-rata suhu reaktor pada tingkat pemanasan 300 - 400 adalah 63.9 . Suhu outlet terendah yaitu 51.99 pada tingkat pemanasan 250 dan yang tertinggi yaitu 81 pada suhu 450 . 8. Sebaran suhu di dalam rektor selama proses pirolisis dapat dibuktikan dengan simulasi sebaran suhu melalui CFD. Hasil simulasi CFD dapat diaplikasikan untuk mempelajari pola pindah panas selama proses pirolisis plastik. Pada uji validasi sebaran suhu dengan menggunakan nilai koefisien regresi, hasil simulasi dikatakan baik dan dapat diterima hasilnya jika memiliki nilai koefisien regresi yang mendekati nilai 1. Saran Untuk peningkatan dan perbaikan kinerja dari reaktor yang dirancang, maka perlu dilakukan hal sebagai berikut : 1. Ketebalan reaktor yang harus dikurangi serta proses insulasi perlu ditingkatkan untuk meningkatkan efesiensi pemanasan. 2. Proses pirolisis yang terjadi sebaiknya pirolisis cepat, sehingga produk minyak yang dihasilkan lebih banyak. Hal tersebut dapat terpenuhi dengan cara memperbaiki kinerja pemanas (heater) dan memperbaiki sistem pengontrolan suhu. 3. Perlu penelitian lanjutan terhadap thermal properties gas hasil pirolisis. Penelitian tersebut sejauh ini belum ada dan sangat dibutuhkan untuk melakukan perancangan pada kondenser. 4. Pendefinisian input value harus lebih diperhatikan dan lebih mendetail sesuai dengan tujuan yang akan dicapai, karena pendefinisian akan sangat mempengaruhi hasil simulasi CFD. DAFTAR PUSTAKA Ademiluyi T, Adebayo TA. 2007. Fuel gases from pyrolysis of waste Polyethylene sachets. J Appl Sci Environ Manage. 11(2): 21 - 26. Ademiluyi T, Akpan C. 2007. Preliminary evaluation of fuel oil produced from pyrolysis of low density polyethylene water- sachet wastes. J Appl Sci Environ Manage. 11(3):15 - 19. Al-Salem SM, Lettieri P, Baeyens J. 2010. The valorization of plastic solid waste (PSW) by primary to quaternary routes: from re-use to energy and chemicals. Progress in Energy and Combustion Science. 36(1): 103– 129. doi: 10.1016/j.pecs.2009.09.001. Andrady, Anthony L. 2003. Plastic and the Environment. New Jersey (US). Research Triangle Institute. John Wiley & Sons, Inc. Hoboken. Arabiourrutia M, Elordi G, Lopez G, Borsella E, Bilbao J, Olazar M. 2012. Characterization of the waxes obtained by the pyrolysis of polyefin plastics

59 in a conical spouted bed reactor. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 94(2012): 230-237. doi: 10.1016/j.jaap.2011.12.012. Baines JT. 1993. New Zealand Energy Information Handbook: Energy Data, Conversion Factors, Definitions. Christchurch (NZ). Taylor Baines and Associates. Bajus M, Hájeková E. 2010. Thermal cracking of the model seven components mixed plastics into oil/waxes. Petroleum & Coal. 52(3): 164-172, 2010. Brems A, Baeyens J, Dewil R. 2012. Recycling and recovery of post-consumer plastic solid waste in a European context. Thermal Science. 16(3): 669-685. doi: 10.2298/TSCI120111121B. Bridgwater AV. 2012. Review of fast pyrolysis of biomass and product upgrading. Biomass and Bioenergy. 38(2012): 68-94. doi: 10.1016/j.biombioe.2011.01.048 Csukás B, Varga M, Miskolczi N, Balogh S, Angyal A, Bartha L. 2012. Simplified dynamic simulation model of plastic waste pyrolysis in laboratory and pilot scale tubular reactor. Fuel Processing Technology. 106(2013): 186-200. doi: 10.1016/j.fuproc.2012.07.024. Demirbas A. 2005. Pyrolysis of ground beech wood in irregular heating rate conditions. Journal of Analytical Applied and Pyrolysis. 73(1): 39-43. doi: 10.1016/j.jaap.2004.04.002. Demirbas A. 2009. Biorefineries: Current activities and future developments. Energy Conversion and Management. 50(2009):2782-2801. doi: 10.1016/j.enconman.2009.06.035. Encinar JM, González JF. 2008. Pyrolysis of synthetic polymers and plastic wastes. kinetic study. Fuel Processing Technology. 89(2008): 678–686. doi: 10.1016/j.fuproc.2007.12.011. Engineering TB. Recommended maximum air velocities in ventilation ducts. [internet]. [diunduh 2014 Oktober 1]. Tersedia dari : http://www.engineeringtoolbox.com/flow-velocity-air-ducts-d_388.html. FakhrHoseini SM, Dastanian M. 2013. Predicting pyrolysis products of PE, PP, and PET using NRTL activity coefficient model. Journal of Chemistry. 2013: 5 hlm. doi: 10.1155/2013/487676. Gao F. 2010. Pyrolysis of Waste Plastics into Fuels [tesis]. New Zealand (NZ). University of Canterbury. Goyal HB, Seal D, Saxena RC. 2006. Bio-fuels from thermochemical conversion of renewable resources: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 504-517. 12(2008):504-517. doi: 10.1016/j.rser.2006.07.014. Holman JP. 2010. Heat Transfer Tenth Edition. Department of Mechanical Engineering Southern Methodist University (US). McGraw-Hill. Karaduman A, Simsek EH, Cicek B, Bilgesu AY. 2001. Flash pyrolysis of polystyrene wastes in free-fall reactor under vacuum. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 60(2001): 179-186. doi: 10.1016/S01652370(00)00169-8. Katyal S. 2007. Effect of carbonization temperature on combustion reactivity of bagasse char. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects. 29(16): 1477-1485. doi: 10.1080/00908310600710715.

60 Koshad RAS. 2011. CFD simulation of heat transfer in vertical ribbed tube [tesis]. Johor (MY). University Tun Hussein Onn Malaysia. Kothandaraman CP. 2006. Fundamentals of Heat and Mass Transfer Revised Third Edition. New Delhi (IN). New Age International (P) Limited, Publisher. Kpere-Daibo TS. 2009. Plastic catalytic degradation study of the role of external catalytic surface, catalytic reusability and temperature effects [disertasi]. London (GB): University College London. Lienhard IV JH, Lienhard V JH. 2003. A Heat Transfer Textbook Third Edition. Massachucetts (US). Phlogiston Press. López A, de Marco I, Caballero BM, Laresgoiti MF, Adrados A. 2011. Influence of time and temperature on pyrolysis of plastic wastes in a semi-batch reactor. Chemical Engineering Journal. 173(2011): 62-71. doi: 10.1016/j.cej.2011.07.037. Low SL, Connor MA, Covey GH. 2001. Turning mixed plastic wastes into a usable liquid fuel. 6th World Congress of Chemical Engineering; 23-27 September 2001; Melbourne, Australia. McCabe W, Smith J, Harriott P. 2005. Unit Operation of Chemical Engineering. 7th edition. Singapore (SG). McGraw-Hill. Miskolczi N, Nagy R. 2012. Hydrocarbons obtained by waste plastic pyrolysis: comparative analysis of decomposition described by different kinetic models. Fuel Processing Technology. 104(2014): 96-104. doi:10.1016/j.fuproc.2012.04.031. Mohapatra A, Singh M. 2008. Preparation of liquid fuels from waste plastics [skripsi]. Rourkela (IN): National Institute of Technology Rourkela. Mujiarto I. 2005. Sifat dan Karakteristik Material Plastik Bahan Aditif. Traksi. 3(2). Panda AK, Singh RK, Mishra DK. 2010. Thermolysis of waste plastics to liquid fuel: A suitable method for plastic waste management and manufacture of value added products-A world prospective. Renewable and Suitable Energy Reviews. 14(2010): 233-248. doi: 10.1016/j.rser.2009.07.005. Paris O, Zollfrank C, Zickler GA. 2005. Decomposition and Carbonization of Wood Biopolymer Microstructural Study of Wood Pyrolysis. Carbon. 43(2005): 53-56. doi: 10.1016/j.carbon.2004.08.034. Patni N, Shah P, Agarwal S, Singhal P. 2013. Alternate Strategies for Conversion of Waste Plastic to Fuels. ISRN Renewable Energy. Vol(2013). doi: 10.1155/2013/902053. Patra CN, Yethiraj A. 2000. Generalized van der waals density functional theory for nonuniform polymers. The Journal of Chemical Physics. 112(3): 15791584. doi: 10.1063/1.480706 Ramadhan A, Ali M. 2012. Pengolahan Sampah Plastik Menjadi Minyak. Jurnal Ilmiah Teknik Lingkungan. 4(1). Rohsenow, WM. 1973. Handbook of Heat Transfer. New York (US). McGrawHill. Sangtongtam K, Gmurcyzk J, Gupta AK. 2007. Parameter influencing clean syngas production from biomass, solid wastes, and coal during steam gasification. Proceedings of International Symposium on EcoTopia Science; November 23 - 25 2007; Nagoya, Japan.

61 Sarker M, Kabir A, Rashid MM, Molla M, Din Mohammad ASM. 2011. Waste polyethylene terephthalate (PETE-1) conversion into liquid fuel. Journal of Fundamentals of Renewable Energy and Applications. 1(2011). doi : 10.4303/jfrea/R101202. Sarker M, Rashid MM, Rahman MS. 2012 Conventional fuel generated from polypropylene (PP) waste plastic like kerosene/ jet/ aviation grade with activated carbon. International Journal of Modern Engineering Research (IJMER). 2(4): 2168-2173. Sarker M, Rashid MM, Rahman MS, Molla M. 2012. Fractional distillation process utilized to produce light fractional fuel from low density polyethylene (LDPE) waste plastic. The Open Fuels and Energy Science Journal. 2012(5): 39-46. Siddiqui MN, Redhwi HH. 2009. Pyrolysis of mixed plastic for the recovery of useful products. Fuel Processing Technology. 90:545-552. doi: 10.1016/j.fuproc.2009.01.003. Singh RP, Tyagi VV, Allen T, Ibrahim MH, Kothari R. 2011. An overview for exploring the possibilities of energy generation from municipal solid waste (MSW) in Indian scenario. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 15(2011):4797-4808. doi: 10.1016/j.rser.2011.07.071. Sumarni, Purwanti A. 2008. Kinetika reaksi pirolisis plastik low density polyethylene (LDPE). Jurnal Teknologi. 1(2): 135-140. Tuakia F. 2008. Dasar-Dasar CFD menggunakan FLUENT. Bandung (ID). Informatika Bandung. [WRAP] Waste & Resources Action Programme. 2010. Material bulk densities. Resources Futures. Tersedia pada: http://www.wrap.org.uk/sites/files/wrap/Bulk%20Density%Summary%20R eport%20-%20Jan2010.pdf. Yin LJ, Chen DZ, Wang H, Ma XB, Zhou GM. 2013. Simulation of an innovative reactor for waste plastics pyrolysis. Chemical Engineering Journal. 237(2014): 229-235. doi: 10.1016/j.cej.2013.09.114. Yoshioka T, Grause G, Eger C, Kaminsky W, Okuwaki A. Pyrolysis of poly(ethylene terephthalate) in a fluidized bed plant. 2004. Polymer 86:499–504. doi: Degradation and Stability. 10.1016/j.polymdegradstab.2004.06.001. Zhang GH, Zhu JF, Okuwaki A. 2007. Prospect and current status of recycling waste plastics and technology for converting them into oil in China. Resources, Conservation and Recycling. 50(3): 231–239. doi: 10.1016/j.resconrec.2006.11.007. Zhuo C. 2009. Synthesis of carbon nanotubes from waste polyethylene plastics [tesis]. Massachusetts(US). Northeastern University.

62 Lampiran 1 Gambar teknik keseluruhan sistem pada reaktor

63 Lampiran 2 Gambar teknik tabung reaktor

64 Lampiran 3 Gambar teknik tutup reaktor

65 Lampiran 4 Gambar teknik kondenser

66 Lampiran 5 Laju kenaikan suhu pada awal pemanasan reaktor Suhu Pemanasan ( ) 250 300 350 400 450 

Suhu Pemanasan (K) 723 673 623 573 523

Waktu Pemanasan (menit) 35.7 37.76 47.3 52.33 71

Laju Kenaikan Suhu (K/min) 10.18 12.86 13.18 15.17 14.64

Laju Kenaikan Suhu (K/s) 0.16 0.21 0.21 0.25 0.24

Contoh perhitungan pada awal pemanasan hingga mencapai 250 : Waktu yang diperlukan untuk mencapai 250 : 35.7 menit. Suhu yang ingin dicapai (K) : 523 K Laju pemanasan untuk mencapai 523 K = 14.64 K/min atau 0.24 K/s

67 Lampiran 6 Perbandingan sebaran suhu antara pengujian dan simulasi CFD terhadap ketinggian reaktor 300

Suhu (oC)

250 200 150 100 50 0 0

0.19

0.38

0.57

0.76

0.95

Posisi Termokopel (m) Pengujian

Simulasi CFD

Gambar 52 Perbandingan sebaran suhu pengujian dan simulasi CFD terhadap ketinggian reaktor pada suhu pemanasan 250 350 Suhu (oC)

300 250 200 150 100 50 0 0

0.19

0.38

0.57

0.76

0.95


CFD

Gambar 53 Perbandingan sebaran suhu pengujian dan simulasi CFD terhadap ketinggian reaktor pada suhu pemanasan 300

68 400 Suhu (oC)

350 300

250 200 150 100 50 0 0

0.19

0.38

0.57

0.76

0.95


CFD

Suhu (oC)

Gambar 54 Perbandingan sebaran suhu pengujian dan simulasi CFD terhadap ketinggian reaktor pada suhu pemanasan 350 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0

0.19

0.38

0.57

0.76

0.95


CFD


Suhu (oC)

69 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0

0.19

0.38 0.57 Posisi Termokopel (m) Pengujian

0.76

0.95

CFD


70

RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan pada tanggal 12 Februari 1992 di Jakarta, sebagai anak sulung dari dua bersaudara dari ayah Bustamin Sigiro dan ibu Ratna Linda Sagala. Penulis menempuh pendidikan sekolah dasar di SD Santa Lusia, Bekasi pada tahun 1998-2004. Pendidikan sekolah menengah pertama di SMP Santa Lusia, Bekasi pada tahun 2004-2007. Pendidikan sekolah menengah atas di SMA Negeri 55 Jakarta pada tahun 2007-2010. Penulis melanjutkan pendidikan tinggi di Teknik Mesin dan Biosistem (TMB), Fakultas Teknologi Pertanian (Fateta), Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Selama menjalankan aktivitas kampus, penulis juga aktif di beberapa kegiatan kepanitian dan organisasi. Diantaranya adalah menjadi anggotan Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin dan Biosistem, menjadi anggota Gerakan Mahasiswa Kriten Indonesia (GMKI) cabang Bogor, menjadi pendiri Program Ekstrakurikuler Bengkel Sampah REBIN (2012-2013), pendiri dari Barisan Teknik dan Teknologi yang Menopang Pertanian (Batalyon Merah) (2012-2014), menjadi panitia yang dilaksanakan oleh Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (Himateta) periode 2012-2013, menjadi ketua panitia Masa Perkenalan GMKI cabang Bogor (2011), dan menjadi panitia yang diselanggarakan oleh Badan Ekskutif Mahasiswa Keluarga Mahasiswa Institut Pertanian Bogor (2011-2013) dan Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian (2011-2013). Selama kuliah penulis mendapatkan beasiswa dari Program Peningkatan Akademik (PPA) dari tahun 2011-2014. Penulis melaksanakan praktik lapang di PG Kebon Agung, Malang pada tahun 2013 dengan judul Mempelajari Proses Pemanfaatan Ampas Tebu Sebagai Bahan Baku Sumber Energi di PG Kebon Agung, Malang, Jawa Timur. Penulis juga aktif mengikuti ajang perlombaan dan aktif menulis karya ilmiah. Lomba yang sering diikuti adalah Program Kreativitas Mahasiswa di Bidang Teknologi dan Pengabdian Masyarakat (2012-2014), pada tahun 2014 penulis diundang menjadi penyaji tingkat nasional pada Pekan Ilmiah Mahasiswa Nasional (PIMNAS XXVII) diselenggarakan oleh Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi. Penulis juga menjadi 2nd winner pada Idea Competition yang diselenggarakan oleh ASEAN Universities On Consortium Food & Agro-Based Education (AUCFA) pada tahun 2014 dan menjadi delegasi untuk IPB pada ajang Tri-University International and Symposium Joint Seminar yang diadakan di Chiang Mai University, Thailand pada tahun 2014. Adapun karya ilmiah yang sudah diterbitkan pada prosiding Internasional yaitu Design of Portable Kiln Combined With Smoke Condenser in Small-Scale Coconut Shell Carbonization Industry pada event 21st Tri-U, 2014 dan Temperature distribution of plastics pyrolysis process into fuel at 450 pada 4th International Conference on Sutainable for Human Scecurity, SustaiN 2014.

ANALISA TERMAL PADA RANCANG BANGUN REAKTOR PIROLISIS UNTUK MEMPRODUKSI BAHAN BAKAR MINYAK DARI LIMBAH PLASTIK FEBRI ADITYA PRATAMA ARISTA GABE

Recommend Documents