BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan bulan April - Oktober 2010. Tempat penelitian ini adalah Laboratorium Energi (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, IPB), Laboratorium Lemigas (Lembaga Minyak dan Gas), Laboratorium Surya (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, IPB), Laboratorium Wageningen (Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, IPB), dan Pabrik Minyak Nyamplung Cilacap.
3.2
Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah 1. Termometer alkohol ( 150°C) 2. Stopwatch 3. Gelas ukur 1 liter 4. Timbangan analog 2 kg 5. Timbangan digital (AQT – 200) 6. Pengempa biji nyamplung tipe ulir tunggal Merk : Hannen Tipe : 6YL-65 Kapasitas : 65 kg/jam 7. Bom kalorimeter Adiabatik Merk : Nenkei 8. Oven Merk : Ikedariyka Tipe : SS 204 D 9. Pyranometer Merk : Eko Tipe : MS – 401 Konversi : 7.0 mV/kW. M-2 10. Hot press kapasitas 5 kg 11. Blender Merk : Quantum Tipe : QBL-203 12. Viskometer Oswald (Poise) 13. Piknometer (kapasitas 0.92 ml) 14. Teko pemanas air 15. Statip dan lengan statip Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah 1. Buah nyamplung 2. Air 3. Kawat nikel 4. Kertas tissue
8
3.3 Prosedur Penelitian . Mulai
Persiapan bahan baku Buah Nyamplung
Pengukuran nilai kalor buah dan cangkang nyamplung
Perhitungan neraca massa metode laboratorium dan industri
Analisis kebutuhan energi dan ekonomi pada proses produksi minyak nyamplung metode laboratorium dan industri
Pengukuran nilai kalor minyak nyamplung di Lemigas
Selesai Gambar 2. Diagram alir penelitian
3.3.1 Perhitungan Neraca Massa Nyamplung Pada setiap tahapan proses produksi minyak nyamplung metode industri ditimbang massa hasil utama dari proses serta hasil sampingnya. Pada proses pengupasan buah, cangkang dan biji ditimbang masing-masing massanya. Pada proses pengukusan ditimbang massa awal bahan sebelum dan sesudah pengukusan. Pada tahapan pengeringan ditimbang massa bahan sebelum dan sesudah dikeringkan. Dalam tahapan ekstraksi minyak dari biji nyamplung kering dilakukan penimbangan biji kering yang digiling, massa dan volume minyak yang dihasilkan, dan massa ampas. Pada proses penyaringan diukur volume minyak yang disaring dan hasil saringannya. Pada metode laboratorium, pengukuran neraca massa mulai dari proses pengeringan dimana ditimbang massa biji sebelum dan sesudah dikeringkan. Tahapan selanjutnya adalah grinding (penggilingan) agar minyak mudah keluar saat diekstraksi. Pada tahap grinding ditimbang massa awal bahan, massa akhir bahan yang digiling, dan kehilangan massa. Pada tahap ekstraksi ditimbang massa minyak dan ampas yang dihasilkan. Perbedaan metode laboratorium dengan industri terletak pada tahapan prosesnya dan alat pengempanya seperti dijelaskan pada gambar 3 dan 4..
9
Neraca massa yang dibuat berdasarkan pada rendemen produk pada tiap tahapan proses. Pada tiap tahapan proses akan ditimbang massa awak bahan, massa produk dan hasil sampingnya. Dari data massa produk dan hasil samping diproleh persentase massa terhadap massa awal.
3.3.2 Analisis Energi Proses Produksi Minyak Nyamplung Analisis energi yang dilakukan menggunakan metode analisis proses. Analisis diawali dengan mengidentifikasi tahapan-tahapan proses. Hal ini bertujuan untuk mengetahui aliran bahan dan masukan energi yang digunakan pada tiap tahapan proses pembuatan minyak nyamplung. Satuan input akan dikonversi ke dalam satuan energi yang sama, yaitu kilo Joule per liter minyak nyamplung yang dihasilkan. Dalam proses produksi minyak nyamplung metode industri, energi yang digunakan antara lain tenaga manusia, bahan bakar (solar dan cangkang), dan matahari. Bagan alir dan jenis energi yang digunakan pada proses pembuatan minyak metode industri dijelaskan pada Gambar 3. Sedangkan pada metode laboratorium energi yang diperlukan adalah energi matahari, manusia, dan listrik yang dapa dilihat pada Gambar 4. Tenaga manusia diperlukan pada semua proses produksi minyak nyamplung. Bahan bakar cangkang digunakan dalam proses pengukusan dan diesel untuk menggerakkan mesin kempa. Energi radiasi matahari selama pengeringan didapat dari pengukuran dengan pyranometer.
Tenaga Manusia
Pengupasan
Tenaga Manusia Pengukusan Bahan bakar (cangkang) Tenaga Manusia Pengeringan Radiasi matahari
Tenaga Manusia (solar)
Pengempaan
Bahan bakar
Tenaga Manusia
Penyaringan
Gambar 3. Bagan alir penggunaan energi pada proses pembuatan minyak nyamplung metode industri
10
Tenaga Manusia
Pengupasan
Tenaga Manusia Pengeringan Radiasi matahari
Tenaga Manusia Penggilingan Listrik
Tenaga Manusia
Pengempaan
Listrik Gambar 4. Bagan alir penggunaan energi pada proses pembuatan minyak nyamplung metode laboratorium
3.3.2.1 Energi Bahan Bakar Pada proses produksi minyak nyamplung kasar bahan bakar yang digunakan adalah cangkang nyamplung untuk pengukusan dan diesel untuk menggerakkan mesin kempa. Untuk mengetahui besarnya energi yang dikonsumsi untuk pengukusan yang berasal dari pembakaran cangkang nyamplung, diukur nilai kalor yang terkandung dalam cangkang nyamplung. Dari data pengujian menggunakan bom kalorimater adiabatik, besarnya nilai kalor dihitung dengan persamaan (1):
(1) dimana : Nk = Nilai kalor (J/g) ∆T = Perubahan suhu rata-rata dalam bejana sebelum dan sesudah pembakaran (°C) m = Massa bahan (gram) B = koreksi panas pada kawat besi (J/g) Na = Nilai ekuivalen air (Na = 592.5 g) Persamaan untuk menghitung energi bahan bakar cangkang (E cangkang) yang dibutuhkan untuk memanaskan bahan pada proses pengukusan menggunakan persamaan 2. Sedangkan untuk menghitung energi bahan bakar solar (E solar) yang dikonsumsi mesin kempa digunakan persamaan 3.
11
(2) dimana: E cangkang m Nk m nyamplung
= Energi spesifik pembakaran cangkang (kJ/kg) = massa cangkang (kg) = Nilai kalor (kJ/kg) = massa nyamplung yang diproses (kg) (3)
dimana: E diesel m Nk m nyamplung
= energi spesifik pembakaran solar (kJ/kg) = massa solar yang digunakan (kg) = Nilai kalor (kJ/kg) = massa nyamplung yang diproses (kg)
3.3.2.2 Energi Manusia Tenaga manusia yang dihitung sebagai energi manusia dihitung pada tiap tahapan produksi dengan berbagai tingkatan jenis pekerjaan. Perhitungan energi manusia berdasarkan lama kerja efektif manusia, dimana besarnya energi yang dikeluarkan berdasarkan lampiran 1 dengan beberapa asumsi bahwa kegiatan tersebut membutuhkan energi yang sama. Untuk menghitung energi manusia yang digunakan dalam proses produksi minyak nyamplung digunakan persamaan 4. (4) dimana: Etm = energi manusia (kJ/kg atau kJ/liter) Qm = Nilai energi manusia (kJ/menit) K = kapasitas kerja (kg/menit atau liter/menit) 3.3.2.3 Energi Matahari Energi matahari yang digunakan dalam proses pengeringan dihitung melalui persamaan 5. Besarnya radiasi matahari (W/m2) diukur dengan pyranometer, luas pengeringan didapat dengan melakukan pegukuran luas (Ap) pada massa nyamplung (m). (5) Dimana; Es I Ap m t
= energi matahari (kJ/kg) = radiasi matahari (W/m2) = luas pengeringan (m2) = massa biji yang dikeringkan (kg) = lama pengeringan (detik)
3.3.2.4 Energi Listrik Energi listrik yang digunakan berdasarkan daya yang digunakan yang tercantum pada spesifikasi alat. Energi listrik digunakan pada proses grinding dan ekstraksi dengan hotpress. Energi listrik yang digunakan dapat digitung dengan persamaan (6).
12
(6) Dimana; E listrik P t m
= energi listrik (kJ/kg) = daya listrik (Watt) = lama penggunaan (detik) = massa bahan (kg)
3.3.3 Pengukuran Nilai Kalor Minyak Nyamplung Pengukuran nilai kalor minyak nyamplung dilakukan untuk mengetahui besarnya energi yang terkandung dalam minyak yang dihasilkan. Pengukuran nilai kalor minyak nyamplung kasar dilakukan di Laboratorium Bagian Proses, Lemigas.
3.3.4 Pengukuran Karakter Fisik Minyak Nyamplung Pengukuran karakter fisik minyak nyamplung yang dilakukan adalah pengukuran densitas dan viskositas minyak nyamplung hasil pembuatan dengan metode laboratorium dan industri. Pengujian densitas menggunakan piknometer 0.92 ml yang diisi minyak pada suhu 30°C kemudian ditimbang massanya sehingga diperoleh densitas minyak (g/ml). Pada pengukuran viskositas atau kekentalan minyak menggunakan viskometer Oswald dalam skala Poise. Pengukuran viskositas minyak nyamplung dilakukan pada suhu minyak 30°C (suhu kamar).
3.3.5 Analisis Ekonomi Pada penelitian ini lingkup analisis ekonomi hanya sebatas pada penentuan harga pokok minyak nyamplung metode industri dan metode laboratorium. Dalam penentuan harga pokok, yang diperhitungkan adalah biaya variabel, biaya tetap, dan kapasitas produksi. Dalam penentuan biaya tetap, harga alat pendukung, umur ekonomi alat, nilai akhir alat, dan biaya pemeliharaan berdasarkan asumsi. Asumsi-asumsi tersebut antara lain: a. Umur ekonomis tanah dan bangunan 10 tahun dan bernilai akhir 10% dari nilai awal bangunan b. Biaya perawatan bangunan per bulan 0.5% dari nilai awal. c. Nilai akhir peralatan dan mesin 10% dari nilai awal d. Nilai sisa alat dan mesin 10% dari nilai awal dan biaya pemeliharaan tiap tahun 1% dari nilai alat e. Kapasitas produksi berdasarkan kapasitas mesin kempa hotpress untuk metode laboratorium dan alat kempa ulir tunggal untuk skala metode industri kecil. f. Dalam 1 bulan hanya beroperasi 25 hari g. Jam kerja manusia 8 jam/orang / hari. Yang termasuk dalam biaya variabel pada penelitian ini adalah biaya bahan baku (buah nyamplung), bahan bakar solar, dan tenaga kerja langsung. Perhitungan pada biaya variabel menggunakan persamaan 7. Sedangkan elemen dalam biaya tetap antara lain penyusutan peralatan dan mesin, penyusutan nilai tanah bangunan, dan biaya pemeliharaan. Untuk menghitung biaya penyusutan menggunakan persamaan 8. Biaya pemeliharaan bangunan dan peralatan tiap bulan dihitung dengan persamaan 9. Untuk menentukan biaya total dalam suatu produksi maka dihitung dengan persamaan 10 (Lypsey et al., 1985)
13
(7) Dimana; VC = biaya variabel A = harga parameter per satuan output (Rp/kg atau Rp/liter) X = kapasitas produksi (kg atau liter) (8)
(9) (10) Dimana; TC = Biaya total (Rp) TVC = Biaya variabel total (Rp) TFC = Biaya tetap total (Rp) Harga pokok minyak nyamplung dihitung berdasarkan jumlah biaya tetap dan biaya variabel. persamaan 11. Biaya yang diperhitungkan adalah biayaproduksi tiap bulan. (11) Dimana; Biaya tetap Biaya variabel Jumlah produk
= biaya tetap tiap bulan (Rp) = biaya variabel tiap bulan (Rp) = jumlah produk tiap bulan (liter)
Setelah melakukan perhitungan biaya maka akan didapat harga pokok produk. Kemudian dibandingkan harga pokok antara minyak nyamplung metode industri dengan metode laboratorium. Dari perbandingan tersebut akan diketahui proses produksi mana yang lebih rendah biaya produksinya. Semakin rendah harga pokok minyak nyamplung akan mudah bersaing dengan bahan bakar konvensional.
14
