III. METODOLOGI PENELITIAN A.
WAKTU DAN TEMPAT
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, IPB dan pabrik Jolotigo, PT Perkebunan Nusantara IX, Pekalongan, Jawa Tengah. Sedangkan waktu pelaksanaan penelitian adalah pada 24 Januari hingga 3 Maret 2011.
B. METODE AUDIT ENERGI 1. pendekatan masalah dan batasan sistem Proses produksi teh meliputi kegiatan produksi pucuk daun teh (mulai pengolahan lahan sampai dengan panen dan transportasi dari kebun ke pabrik) dan pengolahan pucuk daun teh menjadi bubuk teh kering yang siap dipasarkan. Oleh karena itu batasan sistem yang akan diaudit adalah mulai dari proses produksi pucuk teh di kebun sampai dengan di pabrik menjadi teh. Matahari sebagai sumber energi utama pada tahap produksi pucuk teh (budidaya tanaman teh) tidak termasuk dalam sistem yang diaudit karena kesulitan dalam pengukuran yang harus dilakukan selama umur tanaman yang bersangkutan. Untuk energi listrik, sistem yang diaudit meliputi motor listrik untuk produksi teh. Perhitungan pada penerangan pabrik, rumah karyawan, dan kantor tidak dilakukan karena berdasarkan pengamatan selama penelitian pendahuluan yang dilakukan pada periode praktek lapangan penggunaannya tidak memiliki pola yang teratur. Bagan alir proses produksi dan masukan energi pada proses produksi teh di perkebunan Jolotigo disajikan pada Gambar 11 berikut ini.
24
Alat atau mesin
Tahapan
Input energi
Cangkul, katrol
Persiapan lahan
Manusia
Sabit
Pembibitan
Manusia
Cangkul, sprayer, sabit
Pemeliharaan TBM
BBM, pestisida, pupuk, manusia
Cangkul, sprayer, sabit
Pemeliharaan TM
BBM, pestisida, pupuk, manusia
Waring
Pemetikan
Manusia
Truk
Pengangkutan
BBM, manusia
Withering trough
OT, PCR, RV, Conveyor, RRB, Humidifier, Idolaven
Dryer
Bubble tray, crusher, vibro, conveyor, dragroll
Conveyor, fan, beltfast
Pelayuan
Penggilingan dan fermentasi
Pengeringan
Sortasi
Pengemasan
Bahan bakar kayu, manusia, listrik
Listrik, manusia
Listrik, manusia, bahan bakar kayu
Listrik, manusia
Listrik, manusia
Gambar 11. Diagram alir proses dan input energi pada tiap-tipa tahapan proses pada kegiatan produksi teh hitam di perkebunan Jolotigo a. energi manusia Penggunaan energi manusia dibatasi pada tenaga yang digunakan pada semua tahapan proses produksi baik sebagain operator, pekerja, maupun pengawas (mandor). b. energi listrik Energi listrik dibatasi pada penggunaan listrik pada proses pengolahan yaitu sebagai penggerak motor listrik tanpa menghitung penerangan, air, maupun katifitas administratif kantor. c. energi BBM
25
Energi BBM dibatasi pada penggunaan energi untuk transportasi pabrik serta untuk generator. d. energi Bahan bakar padat Energi bahan bakar padat kayu dibatasi hanya pada penggunaannya untuk pelayuan dan pengeringan. e. energi pupuk Energi pupuk dibatasi pada pupuk yang digunakan untuk bbudidaya tanaman teh. f. energi pestisida Energi pestisida dibatasi pada pestisida yang digunakan untuk budidaya tanaman teh.
Mesin dan peralatan pertanian Pupuk
Pembibitan A
Penanaman
Pemeliharaan tanaman Bibit
Pestisida Tenaga manusia
Pemetikan
Pengangkutan pucuk
Bahan bakar minyak
Pelayuan
Penggilingan Bahan bakar kayu Pengeringan B Sortasi kering
Listrik
Pengemasan
Input listrik: A= Proses budidaya
, Aliran energi mesin:
, Satuan proses:
B= Proses pengolahan
Gambar 12. Batasan sistem dalam audit energi di kebun Jolotigo
26
2.
metode audit
Metode audit energi yang dipakai pada penelitian ini adalah tahap audit energi awal (Preliminary Energy Audit) yang dilanjutkan dengan audit energi terinci (Detailed Energy Audit). Pada tahap audit energi awal, setiap masukan energi dikonversikan dalam satuan energi yang sama yaitu Joule (J) atau Mega Joule (MJ). Hasil yang diperoleh dibandingkan dengan hasil penelitian sebelumnya di perkebunan lainnya agar dapat dilakukan analisis faktor yang berpengaruh dalam penggunaan energi pada proses produksi teh. Jika terdapat perbedaan yang mencolok pada suatu sistem, maka dilakukan audit terinci pada sistem tersebut. C.
PARAMETER YANG DIUKUR
a. Penggunaan Energi Berasal Dari Bahan Bakar Data yang dibutuhkan meliputi data konsumsi bahan bakar, nilai kalor bahan bakar dan jumlah produksi pucuk teh dan teh kering. b. Penggunaan Energi Listrik Data yang dibutuhkan meliputi data jumlah pemakaian listrik, efisiensi, tegangan listrik, arus listrik, faktor daya listrik dan jumlah produksi teh kering dan daya terpasang pada peralatan produksi. c. Penggunaan Tenaga Manusia. Data yang dibutuhkan meliputi data jumlah karyawan yang bekerja pada unit produksi, jumlah jam kerja karyawan, nilai unit tenaga manusia dan jumlah produksi pucuk teh dan jumlah produksi teh kering. d.Energi pestisida Data yang dibutuhkan meliputi konsumsi pestisida yang digunakan, nilai unit energi pestisida dan jumlah produksi pucuk teh. e. Energi pupuk Data yang dibutuhkan meliputi konsumsi pupuk yang digunakan, nilai unit energi pupuk dan jumlah produksi pucuk teh. f. Efisiensi Penggunaan Energi Dilakukan dengan membandingkan energi input dan output atau kapasitas pengukuran dengan kapasitas terpasang. D.
ALAT DAN BAHAN
Tanaman teh, bahan baku dan produk teh hitam, semua bahan dan alat/mesin yang digunakan dalam proses produksi teh hitam di Jolotigo. Adapun peralatan yang digunakan dan diamati diantaranya sabit, waring, withering through, pengering tipe two stage drier dan heat exchanger, motor listrik-motor listrik penggerak mesin-mesin yang ada di pabrik. Alat-alat ukur yang digunakan untuk mendapatkan data adalah: stop watch, kWh-meter, tang ampere, termometer alkohol bola basah-bola kering, dan termokopel yang terpasang pada alat pengering dan heat exchanger. E. METODA PENGUMPULAN DATA DAN PENGUKURAN Pengumpulan data dalam penelitian ini dilakukan dengan cara pengamatan langsung, dan pencatatan data sekunder. Dalam kegiatan prapanen, data yang diperoleh merupakan data sekunder dan data primer. Data sekunder digunakan karena pada saat dilakukan penelitian proses yang bersangkutan sudah tidak dilakukan. Adapun data yang termasuk data sekunder adalah produksi pucuk dan teh kering dari tahun 1991-2009, konsumsi pupuk, pestisida, dan jumlah tenaga manusia. Sedangkan yang termasuk data primer adalah jam kerja kegiatan pemetikan dan pemeliharaan. Data sekunder didapatkan dari buku
27
laporan tahunan yang dapat dipertanggungjawabkan validitasnya. Untuk kegiatan pascapanen , data yang didapat merupakan data primer. Pengumpulan data dilakukan dengan mengikuti alur proses produksi dari tahap yang satu ke tahap berikutnya. Pengumpulan data proses produksi dimulai dari pembibitan sampai dengan dihasilkannya teh hitam. Pada proses pengolahan, Pengumpulan data dilakukan dengan pengukuran aliran energi dengan mengikuti alur proses dari tahap yang yang satu ke tahap berikutnya dengan pencatatan data selama 6 hari pengamatan dan data diambil setiap satu jam selama proses yang bersangkutan berlangsung. a. Proses produksi pucuk teh Pengumpulan data produksi pucuk teh dimulai dari pembibitan sampai dengan pemetikan pucuk. Pada tahap pembibitan, data yang diperlukan adalah jumlah jam kerja selama pembibitan berlangsung, jumlah penggunaan pupuk dan pestisida. Pada penanaman, data yang diperlukan adalah jumlah jam kerja dan luas lahan yang dapat ditanami, serta jumlah bahan kimia yang digunakan. Untuk pemeliharaan tanaman, data yang diperlukan adalah jumlah jam kerja dan jumlah penggunaan pupuk serta pestisida. Sedangkan untuk tahap pemetikan, data yang diperlukan adalah jumlah jam kerja dan kapasitas pemetikan. Data yang diperoleh pada proses prapanen merupakan data primer dan data sekunder. Komponen data yang termasuk data sekunder adalah jumlah konsumsi bahan kimia, sedangkan yang termasuk data primer adalah jam kerja, jumlah tenaga kerja dan kapasitas pemetikan. b. Pengangkutan pucuk Data yang dikumpulkan adalah konsumsi bahan bakar kendaraan pengangkut pucuk. Data yang peroleh adalah data primer.
1) 2) 3)
4) 5)
c. Proses pengolahan teh di pabrik Pengumpulan data pada tahap pengolahan teh di pabrik dilakukan sebagai berikut: Pada pelayuan, pengumpulan data dilakukan dengan cara pengukuran jumlah jam kerja, jumlah tenaga kerja, konsumsi bahan bakar, konsumsi energi listrik, berat pucuk segar Pada penggilingan dan oksidasi enzimatis data yang diperlukan adalah jumlah jam kerja, konsumsi energi listrik dan jumlah tenaga kerja Pada tahap pengeringan, pengumpulan data dilakukan dengan pengukuran jumlah jam kerja, jumlah tenaga kerja, konsumsi bahan bakar, konsumsi bahan bakar, konsumsi energi listrik, pengukuran suhu udara luar, suhu udara yang masuk ke alat pengering, suhu udara yang keluar dari alat pengering, dan lama proses pengeringan Pada tahap sortasi kering, data yang dibutuhkan adalah jam kerja, konsumsi energi listrik, jumlah tenaga kerja, dan berat teh kering yang dihasilkan Tahap pengemasan, pengumpulan data dilakukan dengan mengukur adalah jam kerja, konsumsi energi listrik, jumlah tenaga kerja, dan berat teh kering yang dikemas.
Pengukuran pada proses pengolahan teh hitam di pabrik dilakukan setiap 1 jam dalam kurun waktu 6 hari.
F. PERHITUNGAN DAN ANALISIS DATA Data yang didapatkan dianalisis dengan perhitungan masukan energi menggunakan persamaanpersamaan (lihat persamaan 1-15), sehingga didapatkan hasil konsumsi energi pada setiap proses produksi teh hitam ortodoks. Analisis data dimaksudkan untuk memperoleh kesimpulan tentang efisien atau tidaknya penggunaan energi pada sistem pengolahan tersebut. Proses pengolahan yang dimaksud adalah meliputi kegiatan pelayuan pucuk segar, penggilingan dan fermentasi, pengeringan, sortasi kering, dan pengemasan. Perhitungan terhadap masukan energi yang digunakan, dilakukan dengan memasukan variabel pada persamaan yang telah ditentukan dan semua satuan dalam MJ/kg teh kering.
28
a.
Energi Bahan Bakar Besarnya energi yang berasal dari bahan bakar untuk proses produksi dalam kegiatan prapanen didekati dengan persamaan:
E 1
………………………………………………………….(1)
Sedangkan dalam kegiatan pengolahan (proses produksi teh kering) didekati dengan persamaan:
E 2
………………………………………………………….(2)
Sehingga total energi bahan bakar yang tersimpan tiap kilogram teh kering dapat dijabarkan sebagai berikut:
E (tot)
E 1 d
+ E 2…………………………………………………..(3)
Dimana: Eb1= jumlah energi yang berasal dari bahan bakar pada kegiatan prapanen untuk tiap kg pucuk teh (MJ/kg) Eb2= jumlah energi yang berasal dari bahan bakar pada kegiatan pengolahan untuk tiap kg teh kering (MJ/kg) Ai= konsumsi bahan bakar pada prapanen yang ke-I (liter) Aj= konsumsi bahan bakar pada proses pengolahan yang ke-j (liter) Ri= nilai kalor bahan bakar jenis ke-I (MJ/liter) Rj= nilai kalor bahan bakar jenis ke-j (MJ/liter) Q1= jumlah produksi pucuk (kg) Q2= jumlah produksi teh kering (kg) i 1,2,3,… Rd= rendemen (%) b.
Energi Listrik Besarnya energi listrik yang digunakan untuk memproduksi tiap kg teh kering didekati dengan persamaan (Anwar, 1990 dalam Mulyawan 1997): Elk=
Dt
…………………………………………………………………(4)
Dimana nilai D untuk listrik 1 fasa menggunakan persamaan (PT. Koneba, 1987 dalam Mulyawan 1997): D= V I …………………………………………………………..(5) Nilai D untuk listrik tiga fasa menggunakan persamaan (PT. Koneba 1987 dalam Mulyawan 1997): D= V I ……………………………………………………....(6) Dimana: Elk= energi listrik yang digunakan untuk produksi teh (MJ/kg) D = daya motor/mesin terukur (kW) t= waktu pemakaian alat (jam) efisiensi alat atau motor listrik Q2= jumlah produksi teh kering (kg) V= tegangan (volt) I= arus (ampere) = faktor daya= 0.8 (diasumsikan)
29
c.
Energi Tenaga Manusia Besarnya tenaga manusia selama kegiatan prapanen pada proses produksi teh didekati dengan persamaan: Etm1=
……………………………………………………….(7)
Besarnya tenaga manusia selama kegiatan proses pengolahan teh khususnya pada proses di pabrik menggunakan persamaan (Anwar, 1990 dalam Mulyawan 1997) Etm2=
…………………………………………………………….(8)
Sehingga total energi manusia yang digunakan untuk memproduksi setiap kilogram teh kering adalah: Etm (tot)=
…………………………………………………(9)
Dimana: Etm (tot) = jumlah tenaga manusia total yang dibutuhkan (MJ/kg) Etm1= tenaga manusia selama prapanen tiap kg pucuk teh (MJ/kg) Etm2= tenaga manusia selama pengolahan tiap kg pucuk teh (MJ/kg) JK= jumlah jam kerja (jam) NE= nilai unit kalor tenaga manusia (MJ/jam) Q1= jumlah produksi pucuk (kg) Q2= jumlah produksi teh kering (kg) d.
Energi pupuk Jumlah energi yang berasal dari pengggunaan pupuk untuk tiap kg pucuk teh didekati persamaan (Anwar, 1990 dalam Mulyawan 1997):
Sedangkan jumlah energi pupuk yang dibutuhkan untuk memproduksi tiap kilogram teh kering dapat menggunakan persamaan:
Dimana: Ep (tot)= jumlah energi yang berasal dari pemakaian pupuk untuk tiap kg teh kering (MJ/kg) Ep1 = jumlah energi yang berasal dari penggunaan pupuk untuk tiap kg pucuk teh (MJ/kg) Bi= konsumsi pupuk pada tahap ke-i (kg) Si= nilai unit energi pupuk jenis ke-i (MJ/kg) Q1= jumlah produksi pucuk (kg) Rd= rendemen (%) i= 1,2,3,... e.
Energi pestisida Besarnya energi untuk produksi yang berasal dari penggunaan pestisida didekati dengan menggunakan persamaan (Anwar, 1990 dalam Mulyawan 1997):
30
Sedangkan jumlah energi pupuk yang dibutuhkan untuk memproduksi tiap kilogram teh kering dapat menggunakan persamaan:
Dimana: Ep (tot)= jumlah energi yang berasal dari pemakaian pestisida untuk tiap kg teh kering (MJ/kg) Ep1 = jumlah energi yang berasal dari penggunaan pestisida untuk tiap kg pucuk teh (MJ/kg) Ci= konsumsi pestisida pada tahap ke-i (kg) Ti= nilai unit energi pestisida jenis ke-i (MJ/kg) Q1= jumlah produksi pucuk (kg) Rd= rendemen (%) i = 1,2,3,... f.
Efisiensi Di setiap Tahapan Proses Pengolahan Perhitungan penggunaan efisiensi energi pada proses produksi teh dapat dilakukan dengan membandingkan antara output energi tiap tahapan produksi yang berupa energi mekanik atau energi panas dengan input energi yang berupa energi tenaga manusia, listrik,bahan bakar, pupuk, dan pestisida. Persamaanya adalah: Eff= (OE / IE) x 100 %......................................................................(14)
g.
Efektifitas penggunaan mesin Jika perhitungan tersebut tidak dapat dilakukan, maka untuk memperoleh gambaran terhadap effisiensi penggunaan energi dilakukan dengan cara membandingkan kapasitas mesin terukur (riil) dengan kapasitas mesin terpasang. Eff= (Ekr/ Ekn) x 100% ....................................................................(15) Dimana : Eff= efisiensi teknis (%) OE= output energi (MJ) IE = input energi (MJ) Ekr = energi kapasitas mesin terukur Ekn = energi kapasitas terpasang
h.
Analisis hasil perhitungan energi Analisis data dilakukan dengan pengamatan dan pengukuran jalannya proses produksi teh. Data yang diperoleh dimasukkan dalam persamaan yang telah ditentukan, sehingga diperoleh nilai konsumsi energi pada tiap-tiap tahapan proses produksi. Kebutuhan total energi untuk menghasilkan setiap kilogram teh kering merupakan jumlah konsumsi energi pada tiap tahap produksi. Hasil tersebut kemudian dibandingkan dengan penelitian sebelumnya pada jenis komoditi yang sama yaitu teh. Analisis berikutnya adalah melihat efisiensi alat dan proses pada tahapan produksi, sehingga dapat diketahui pemborosan energi yang terjadi. Analisis data secara keseluruhan digunakan untuk memperoleh kesimpulan tentang efisien atau tidaknya penggunaan energi pada proses produksi teh.
31
