III. METODE PENELITIAN
A. ALAT DAN BAHAN Alat yang digunakan untuk pembuatan gel bioetanol adalah handmixer, penangas air, dan gelas ukur. Alat yang digunakan untuk uji antara lain adalah Bomb Calorimeter, Brookfield Viscousimeter, Thermometer, kompor bioetanol dan cawan proselen. Bahan yang digunakan adalah bioetanol 99%, air (aquades), Carboxymethylcellulose (CMC) Daichi, Natrium Alginat, Guar Gum dan Karagenan. Bahan-bahan yang digunakan diperoleh dari Toko Kimia Setia Guna dan Toko Kimia Brataco Chemical, Bogor.
B. WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN Penelitian ini dilakukan dari bulan Maret sampai Agustus 2009, bertempat di Laboratorium Dasar Ilmu Terapan (LDIT), Departemen Teknologi Industri Pertanian (TIN), FATETA, IPB dan Laboratoriun Analitik Departemen Kimia, Institut Teknologi Bandung.
C. TATA LAKSANA PENELITIAN
Pada awal penelitian, pembuatan sampel gel bioetanol dilakukan dengan skala 100 ml sebagai penelitian pendahuluan. Sebelum dicampur dengan bioetanol, bahan pengental terlebih dahulu dilarutkan dalam air (aquades) karena bahan pengental tidak dapat larut ke dalam bioetanol secara langsung. Pengadukan dilakukan dengan kecepatan minimal 1500 rpm selama 20-30 menit agar campuran gel bioetanol benar-benar homogen. Diagram alir pembuatan gel bioetanol dapat dilihat pada Gambar 4.
77
Air (Aquades)
Gelling Agent
Bioetanol 95%
Pencampuran, 1500 rpm, 20 menit
Larutan Gelling Agent dan air
Pencampuran, 1000 rpm, 5 menit
Gel Bioetanol
Gambar 4. Diagram Alir Pembuatan Gel Bioetanol
Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu (1) penentuan jenis bahan pengental yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan gel bioetanol, (2) penentuan konsentrasi bioetanol yang terbaik untuk menghasilkan gel bioetanol yang homogen dan jernih, (3) penentuan formulasi bahan pengental dan konsentrasi bioetanol yang terbaik untuk pembuatan gel bioetanol. Diagram alir tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar 5.
Mulai Penentuan Jenis Bahan Pengental Penentuan Konsentrasi Bioetanol Penentuan Formulasi Konsentrasi Bioetanol dan Bahan Pengental Selesai Gambar 5. Diagram Alir Tahapan Penelitian 78
1. Penentuan Jenis Bahan Pengental Bahan pengental tidak dapat langsung larut dalam bioetanol sehingga harus dilarutkan terlebih dahulu ke dalam air (aquades) dan kemudian baru ditambahkan larutan bioetanol. Dari keempat jenis bahan pengental yang digunakan (Natrium alginat, guar gum, karagenan dan CMC), dipilih campuran yang homogen (tidak mengendap dalam bioetanol) dan digunakan untuk penelitian selanjutnya. Masing-masing sampel dibuat sebanyak 100 ml dengan konsentrasi bioetanol 70% dengan konsentrasi bahan pengental 0,75% (b/v).
2. Penentuan Konsentrasi Cairan Bioetanol Setelah didapat jenis bahan pengental yang larut dalam campuran airbioetanol,
bahan
pengental
tersebut
selanjutnya
diujicobakan
untuk
mengentalkan dalam beberapa konsentrasi bioetanol, yaitu bioetanol 60%, 70% dan 80%. Dari masing-masing konsentrasi tersebut kemudian dipilih konsentrasi campuran air-bioetanol-bahan pengental yang menghasilkan gel bioetanol paling jernih dan homogen.
3. Penentuan Formulasi Bahan Pengental dan Bioetanol Dari jenis bahan pengental dan konsentrasi bioetanol yang terbaik dibuat beberapa sampel dengan perlakuan beberapa konsentrasi bahan pengental terpilih. Setiap sampel perlakuan gel bioetanol kemudian dilakukan pengujian terhadap nilai kalor (calorific value), Water Boiling Test (WBT), viskositas dan residu pembakaran. Nilai kalor yang baik untuk gel bioetanol untuk bahan bakar adalah mendekati 16,4 MJ/kg (Robinson, 2006).
D. PROSEDUR PENGUJIAN Penentuan formulasi terbaik untuk pembuatan gel bioetanol dilakukan dengan pengujian nilai kalor, viskositas, Water Boiling Test (WBT) dan residu pembakaran. Penjabaran dari masing-masing pengujian adalah sebagai berikut.
79
1. Uji Viskositas Uji viskositas dilakukan untuk mengetahui tingkat kekentalan gel bioetanol. Alat yang digunakan adalah Brookfield Viscousimeter (Gambar 6). Tingkat kekentalan gel bioetanol akan berpengaruh terhadap aplikasinya sebagai bahan bakar rumah tangga. Viskositas gel bioetanol yang diinginkan adalah kekentalan yang menyerupai pasta dan masih dapat mengalir. Diagram alir uji viskositas diperlihatkan pada Gambar 7.
Gambar 6. Alat Brookfield Viscousimeter
Gel Bioetanol 600 ml
Jarum pemutar dimasukkan dalam sampel Skala dibiarkan berputar
Jarum skala stabil
Nilai Viskositas Gambar 7. Diagram Alir Uji Viskositas Gel Bioetanol
80
2. Nilai pH Pengujian nilai pH dilakukan untuk mengetahui derajat keasaman campuran gel bioetanol. Alat yang digunakan untuk pengujian ini adalah pH meter Beckman. Gambar 8 adalah gambar alat pHmeter Beckman.
Gambar 8. Alat pHmeter Beckman.
3. Nilai Kalor Pengujian nilai kalor dilakukan untuk mengetahui tingkat panas yang dihasilkan oleh setiap sampel gel bioetanol dalam satuan kalori (cal). Untuk mengukur nilai kalor, gel bioetanol dibakar di dalam Adiabatic Bomb Calorimeter (Gambar 9) dimana produk pembakaran kemudian didinginkan kembali hingga suhu ruang. Energi yang digunakan untuk mendinginkan produk pembakaran setara dengan energi yang tersedia dalam bahan bakar (Robinson, 2006).
Gambar 9. Alat Adiabatic Bomb Calorimeter
81
4. Water Boiling Test (WBT) Pada dasarnya Water Boiling Test (WBT) mengukur efisiensi suhu dari kompor bioetanol dan konsumsi spesifik bahan bakar pada kondisi minimum dan maksimum. Robinson (2006) menjelaskan bahwa untuk melakukan WBT, kompor diuji dari keadaan dingin dan selanjutnya kompor diisi dengan bahan bakar tertentu yang ingin duji. Kompor dinyalakan untuk mendidihkan sejumlah air. Menurut Yunita (2007), pengukuran WBT dilakukan untuk mengetahui efisiensi proses pemasakan, energi panas yang dihasilkan serta konsumsi bahan bakar yang digunakan per satuan waktu. Prosedur untuk melakukan Water Boiling Test (WBT) adalah sebagai berikut (Modifikasi dari Yunita, 2007). a. Satu kilogram air dimasukkan ke dalam panci yang akan digunakan untuk mendidihkan air. b. Termometer alkohol dimasukkan kedalam panci yang telah diisi air. c. Massa awal bahan bakar ditimbang terlebih dahulu dan dimasukkan ke dalam tanki kompor. Kemudian tanki kompor ditutup rapat. d. Massa kompor yang telah diisi dengan bahan bakar ditimbang sebagai bobot awal. e. Kompor dinyalakan untuk mendidihkan air dalam panci dan diamati perubahan dan penampakan nyala api yang terjadi. f. Pengujian dihentikan bila air telah mencapai suhu mendidih. Suhu air kemudian dibaca dan bobot akhir kompor dan sisa bahan bakar ditimbang sebagai bobot akhir dan sisa pembakaran. Mengadopsi dari WBT, pada penelitian ini akan dididihkan satu liter air yang bersuhu ruang hingga 100oC dan berapa waktu yang diperlukan untuk mendidihkan air tersebut. Selanjutnya pendidihan terus dilakukan hingga satu liter habis menguap dan kemudian akan dihitung jumlah gel bioetanol yang diperlukan untuk menguapkan satu liter air tersebut. Gambar 10 menunjukkan perangkat untuk pengujian Water Boiling Test (WBT).
82
Panci Aluminium
Kompor Bioetanol
Gambar 10. Perangkat Pengujian Water Boiling Test (WBT)
5. Uji Pembakaran (Modifikasi dari Robinson, 2006) Uji pembakaran dilakukan untuk mengetahui efisiensi pembakaran gel bioetanol. Sekitar 10 gram gel bioetanol dibakar di cawan porselen tahan panas. Dari hasil pembakaran tersebut dihitung sisa pembakaran dan lama api menyala saat gel bioetanol terbakar. Rincian uji pembakaran ini adalah sebagai berikut. a. Cawan alumunium bersih dengan luas permukaan atasnya seluas 22,1 cm2 ditimbang bobotnya dan dinyatakan sebagai bobot wadah. b. Kemudian ke dalam cawan alumunium ditambahkan kurang lebih 10 gram gel bioetanol dan ditimbang bobotnya. Bobot ini disebut dengan bobot isi. c. Gel bioetanol yang terdapat di dalam cawan alumunium dibakar dan apinya dibiarkan menyala hingga padam. Waktu dihitung dari awal pembakaran hingga api sudah tidak dapat menyala lagi. Waktu tersebut adalah waktu pembakaran. d. Selanjutnya, cawan alumunium yang berisi sisa pembakaran gel bioetanol ditimbang kembali dan dicatat sebagai bobot akhir. Perhitungan residu pembakaran adalah sebagai berikut. Re sidu pembakaran (%)
bobot akhir bobot awal x 100 % bobot Isi
83
6. Specific Fuel Consumption (SFC) Specific Fuel Consumption (SFC) adalah jumlah bahan bakar yang digunakan untuk mendidihkan satu liter untuk kondisi uji pada suhu ruang yang diukur dalam satuan gram. Menurut Robinson (2006), secara umum, semakin tinggi efisiensi termal dari sebuah kompor, semakin rendah nilai SFC bahan bakar tersebut.
E. RANCANGAN PERCOBAAN Pada penelitian ini, rancangan percobaan yang digunakan adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL) Faktorial. Faktor yang digunakan adalah konsentrasi CMC (0,75; 1,00dan 1,25%) dan konsentrasi bioetanol (55, 65 dan 75%). Dengan demikian terdapat sembilan unit perlakuan dengan dua kali ulangan. Rincian formula gel bioetanol yang dibuat sebagai berikut (Tabel 3). Tabel 3. Rincian Formulasi Gel Bioetanol Konsentrasi CMC (%) 0,75 1,00 1,25
Konsentrasi Bioetanol (%) 55 65 75 A1B1 A2B1 A3B1 A1B2 A2B2 A3B2 A1B3 A2B3 A3B3
Model yang digunakan untuk desain tersebut adalah sebagai berikut (Walpole, 1992). Yijk = µ + Ai + Bj + ABij + εk(ij) Dimana: A
= Pengaruh konsentrasi CMC taraf ke-i (i= 0,75; 1 dan 1,25%)
B
= Pengaruh konsentrasi bioetanol taraf ke-j (j= 55, 65 dan 75%).
ABij
= Pengaruh Interaksi faktor A taraf ke-i dengan faktor B taraf ke-j.
εk(ij) = Pengaruh acak antara faktor A taraf ke-i dan faktor B taraf ke-j pada ulangan ke-k (k=1,2). Pengolahan data awal adalah Analisis Ragam (ANOVA) dari data yang diperoleh untuk mengetahui signifikansi pengaruh konsentrasi CMC dan konsentrasi bioetanol terhadap viskositas, Water Boiling Test (WBT), Specific Fuel Consumption (SFC) dan residu pembakaran. 84
