BAB III METODE PENELITIAN
A. Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Sedangakan untuk Pengujian nilai kalor dilakukan di Laboratorium PSPG- PAU UGM. Dan untuk uji TGA dilakukan di Laboratorium Akedemi Teknik Kulit Yogyakarta. B. Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan pada bulan Oktober 2015 β Mei 2016. Jadwal kegiatan penelitian dapat dilihat pada lampiran 1. C. Tatalaksana Penelitian 1. Jenis dan Rancangan Penelitian Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode penelitian eksperimental
nyata (true experimental research).
2. Bahan dan Peralatan Penelitian a. Bahan Penelitian Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampah kota terseleksi yang terdiri dari styrofoam, komponen berbahan dasar biomass (daun pisang), komponen berbahan dasar bomass (bambu), dan pembungkus makanan ringan, dimana jenis sampah yang digunakan adalah sampah yang belum terolah secara maksimal di TPA Putri Cempo Surakarta. b. Peralatan Penelitian Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas peralatan uji pirolisis, peralatan uji pembakaran dan peralatan pendukung. 1)
Alat uji pirolisis model fixed bed yang dilengkapi dengan thermocontroller berdaya 1000 W dengan kisaran temperature thermocontroller sampai dengan 1000 oC, seperti terlihat dalam Gambar 10.
2)
Alat pendukung, yang meliputi mesin penghalus bahan baku bertipe disc mill berdaya 2 HP dan mesin pengayak bahan baku bertipe eksentrik dan dapat diatur kehalusan pengayakannya dengan daya ΒΌ HP.
33
34
3)
Alat ukur untuk pengambilan data yang meliputi timbangan digital dengan ketelitian 0,01 gram, thermocouple reader,thermocouple tipe K, anemometer, CO meter.
Gambar 10. Skema peralatan uji pirolisis model fixed bed Reaktor Fixed Bed adalah reaktor dengan menggunakan katalis padat yang diam dan zat pereaksi berfase gas. Butiran-butiran katalisator yang biasa dipakai dalam reaktor fixed bed adalah katalisator yang berlubang di bagian tengah, karena luas permukaan persatuan berat lebih besar jika dibandingkan dengan butiran katalisator berbentuk silinder, dan aliran gas lebih lancar. Reaktor Fixed bed mempunyai prinsip kerja pengontakan langsung antara pereaktan dengan partikel-partikel katalis. Reaktor Fixed bed biasanya digunakan untuk umpan (pereaktan) yang mempunyai viskositas kecil. Tabel 8. Kelebihan dan kekurangan Fixed Bed Piroliser a. b. c. d.
Kelebihan Desain simple Reliable Ukuran biomassa bebas Kontrol temperature
a. b. c. d. e.
Kekurangan Konservasi karbon tinggi. Waktu tinggal padatan lama. Abu mudah Terbang. Sulit untuk menghilangkan arang Pemindahan katalis sangat sulit dan memerlukan shut down alat.
35
3. Desain Penelitian Desain penelitian dalam penelitian ini jika dibuat diagram adalah sebagai berikut : Pengumpulan dan pengeringan bahan baku
Uji Nilai Kalor
Bahan gram Bahanbaku baku200 20 gram
Pencampuran sampah organik dan anorganik Pirolisis campuran dengan fixed bed pyrolyser
Variasi laju pemanasan dan temperatur akhir pirolisis
Uji nilai kalor tar hasil pirolisis dan
perhitungan terhadap randemen tar hasil pirolisis. Gambar 11. Desain penelitian pengaruhvariasi laju pemansan dan variasi temperatur akhir terhadap kinetika global tar dalam pirolisis sampah kota terseleksi 4. Macam Perlakuan a. Tahap pertama dari penelitian ini adalah pengumpulan bahan baku yang berupa sampah kota terseleksi. Sampah kota terseleksi yang dimaksudkan disini adalah sampah kota yang tidak terolah secara maksimal di TPA (tempat pembuangan akhir sampah), yang terbagi atas sampah organik dan sampah non organik. b. Bahan-bahan tersebut dicuci dan dikeringkan hingga kadar airnya tidak lebih dari 10 %. c. Kemudian bahan baku tersebut dihaluskan hingga lolos ukuran saringan 20 mesh. d. Tahap selanjutnya adalah pencampuran bahan baku dengan variasi persentase berat sampah organik dan sampah anorganik, 50 % sampah organik : 50 % sampah anorganik dan 70 % sampah organik : 30 % sampah anorganik. Pyroliser yang digunakan dalam penelitian ini adalah fixed bed pyroliser dengan diameter dalam
36
10 cm dengan pemanasan dari listrik yang bisa diatur melalui themocontroller dan sebagai gas flashing digunakan gas nitrogen untuk tahap laboratorium. e. Variasi temperatur akhir yang diteliti adalah 550
o
C, 650
o
C dan750
o
C
pengukuran temperatur dilakukan pada sampel uji. Untuk variasi heating rate dengan variasi 15 oC/menit, 25 oC/menit, 35 oC/menit dan 45o C/menit. f. Tar (synthetic oil) yang dihasilkan dari proses pirolisis diuji nilai kalor nya guna dibandingkan dengan nilai kalor bahan bakar cair konvensional juga dilakukan perhitungan terhadap randemen tar proses pirolisis.
5. Sampel Dalam penelitian Sampel yang digunakan adalah limbah padat sampah kota terseleksi. Sampah kota terseleksi merupakan sampah kota yang tidak terolah secara maksimal di TPA (Tempat Pembuangan Akhir Sampah), yang terbagi atas sampah organik dan anorganik. Sampah organik adalah limbah yang berasal dari sisa mahkluk hidup (alam) seperti hewan, manusia, tumbuhan yang mengalami pembusukan atau pelapukan. Sampah ini tergolong sampah yang ramah lingkungan karena dapat terurai oleh bakteri pengurai secara alami dan berlangsung cepat. Dalam penelitian ini sampah organik yang digunakan adalah
daun pisang (komponen berbahan dasar biomass) dan bambu
(komponen berbahan dasar bomass). Sampah anorganik yang merupakan sampah yang berasal dari sisa manusia yang sulit untuk diurai oleh bakteri sehingga membutuhkan waktu yang cukup lama (hingga ratusan tahun) untuk dapat diuraikan. Sampah anorganik dalam penelitian ini terdiri dari styrofoam, dan pembungkus makanan ringan. Sebanyak 24 sampel akan diambil dimana setiap sampel diambil 200 gram.
37
Tabel 9. Sampel Penelitian Komposis sampah kota terseleksi
50 % Organik: 50 % Anorganik
70 % Organik : 30 % Anorganik
Sample
Laju pemanasan (0C/menit)
Sample 1 Sample 2 Sample 3 Sample 4 Sample 5 Sample 6 Sample 7 Sample 8 Sample 9 Sample 10 Sample 11 Sample 12 Sample 13 Sample 14 Sample 15 Sample 16 Sample 17 Sample 18 Sample 19 Sample 20 Sample 21 Sample 22 Sample 23 Sample 24
15 25 35 45 15 25 35 45 15 25 35 45 15 25 35 45 15 25 35 45 15 25 35 45
Temperatur akhir pirolisis (oC)
550
650
750
550
650
750
6. Variabel Penelitian a. Variabel Bebas Variabel bebas adalah variabel yang menjadi sebab timbulnya atau berubahnya variabel terikat. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah Variasi laju pemanasan dan Temperatur Akhir. b. Variabel Terikat Variabel Terikat adalah variabel yang dipengaruhi atau yang menjadi akibat karena adanya variabel bebas. Variabel terikat dalam penelitian ini adalah kinetika global proses pirolisis sampah kota terseleksi dan karakteristik sintektik oil yang dihasilkan.
38
7. Definisi Operasional Variabel Tabel 10. Definisi Operasional Variabel Variabel
Definisi Operasinal
Indikator Pengambilan Data
Cara Pengambilan Data
Laju pemanasan
Laju kenaikan suhu per satuan waktu
Kenaikan suhu (oC/menit)
Temperatur Akhir
Kondisi Temperatur akhir yang ditentukan dalam proses pirolisis
Sampel yang telah berada dalam reaktor diatur laju pemanasan dengan menggunakan termokotroler, dan termoreader dimana variasi laju pemanasan dimulai dengan 5 oC/menit, lalu meningkat 15 oC/menit , 25 o C/menit, 35 oC/menit dan 45 oC/menit. Sampel yang berada dalam reaktor di tentukan temperatur akhir nya menggunakan termoreader, dimana temperatur akhir 550 oC, 650 oC dan 750 oC.
Suhu(oC)
Kinetika global dalam pirolisis adalah cabang pengetahuan dinamika tentang pengaruh laju pemanasan dan temperatur akhir pada proses pirolisis.
8. Prosedur Pengumpulan Data a. Data Primer Data primer diperoleh dari hasil eksperimen yang dilakukan pada sampah kota terseleksi. b. Data Sekunder Pengumpulan data sekunder diperoleh dari instansi terkait dan data-data mendukung lainnya seperti buku, jurnal dan penelitian sebelumnya.
39
9. Teknik Analisis Data Menghitung rendemen tar hasil pirolisis dengan cara ditimbang bobot botol warna gelap yang bersih, lalu diisi asap cair. Kemudian botol yang berisi asap cair ditimbang lagi dengan teliti. Selanjutnya ditentukan rendemennya dengan formula berikut : πππππ‘ π‘ππ
Rendemen = πππππ‘
ππ βππ ππππ’
x 100%
atau
X%=
π΄ π΅
x100%
Dimana A adalah berat Tar setelah pirolisis, dan B adalah berat bahan baku sebelum pirolisis (Maiti et al. 2006). Pengujian terhadap nilai kalor bertujuan untuk mengetahui nilai panas pembakaran yang dihasilkan oleh tar. Setelah proses pirolisis selesai, tar hasil pirolisis diuji nilai kalornya dengan menggunakan alat bomb calorimeter. Nilai kalor menjadi parameter mutu yang paling tinggi bagi tar sebagai bahan bakar sehingga nilai kalor akan menentukan kualitas tar. Untuk menghitung energi aktivasi dari tar, data yang telah didapat akan dianalisis dengan menggunakan Analisa termogravimetry. Thermogravimetri analisis (TGA) adalah jenis pengujian yang dilakukan pada sampel untuk menentukan perubahan berat-susut (weight-loss) dalam kaitannya dengan perubahan suhu. Analisa tersebut bergantung pada tingkat presisi yang tinggi dalam tiga pengukuran: berat, suhu, dan perubahan suhu.
