V. HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1. Hasil Proses rancang bangun model pemisah bahan plastik dan bahan organik merupakan hasil dari kesinambungan proses. Identifikasi dan penanganan masalah dengan proses yang sistematis, dapat meningkatkan performansi dari pemisahan. Dari hasil uji performansi, diketahui terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi proses pemisahan dengan penggunaan silinder panas. Lebih lengkap mengenai hasil uji performansi yang dilakukan dapat dilihat pada Lampiran 7, 8 dan 9. Tabel 3. Effisiensi Plastik Terpisahkan Variasi I II III
70°C 13.33% 3.33% 6.67%
80°C 40.33% 42.00% 48.67%
90°C 49.33% 53.33% 54.67%
100°C 50.67% 54.33% 55.33%
110°C 42.67% 44.67% 47.67%
60% 50%
Efisensi
40% 30% 20% 10% 0% 70 Keterangan :
70
70
80
80
80
90
90
Suhu
90 100 100 100 110 110 110
Variasi Bahan 1 Variasi Bahan 2 Variasi Bahan 3
Gambar 28. Grafik Perbandingan Efisiensi Plastik Terpisahkan Berdasarkan gambar grafik hasil uji performansi diatas, diketahui suhu optimal pemisahan adalah 1000C dengan effisiensi sebesar 50.67% (variasi bahan 1), 54.33 % (variasi bahan 2) dan 55.33% (variasi bahan 3). Hal lain yang juga diketahui dari hasil uji performansi, adalah pengunaan suhu tertentu berpengaruh terhadap adanya bahan plastik yang meleleh. Semakin meningkatnya suhu yang
33
digunakan dalam proses pemisahan, semakin besar jumlah plastik yang meleleh. Lebih lanjut dari hasil penelitian tersebut dapat dilihat pada tabel 4 dan gambar 29. Tabel 4. Plastik Meleleh Akibat Pengaruh Suhu Variasi I II III
70°C 0.00% 0.00% 0.00%
80°C 5.00% 4.67% 5.67%
90°C 6.67% 8.33% 9.33%
100°C 10.67% 11.67% 13.33%
110°C 12.67% 14.67% 14.67%
16% 14%
Efisensi
12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% 70
70
70
80
80
80
90
90
90 100 100 100 110 110 110
Suhu Keterangan :
Variasi Bahan 1 Variasi Bahan 2 Variasi Bahan 3
Gambar 29. Grafik Perbandingan Plastik Meleleh Akibat Pengaruh Suhu Lelehnya plastik menimbulkan dampak lain dalam proses pemisahan bahan plastik dan bahan organik, yakni ikut terpisahkannya bahan organik dalam proses pemisahan. Peningkatan Prosentase plastik yang meleleh akibat pengaruh suhu (tabel 4 dan gambar 29) juga menyebabkan peningkatan terhadap prosentase bahan organik yang ikut terpisahkan hal ini nampak pada tabel 5 dan gambar 30. Tabel 5. Bahan Organik Terpisahkan. Variasi I II
70°C 4.44% 2.22%
80°C 8.67% 12.67%
90°C 11.33% 13.33%
100°C 22.33% 24.33%
110°C 25.33% 29.67%
34
35% 30%
Efisensi
25% 20% 15% 10% 5% 0% 70
70
80
80
90
90
100
100
110
110
Suhu Keterangan :
Variasi Bahan 1 Variasi Bahan 2
Gambar 30. Grafik Perbandingan Bahan Organik Terpisahkan. Catatan : Hingga suhu maksimal (1100C) untuk plastik jenis keras seperti botol minuman(PE kerapatan tinggi) dan PVC belum dapat terpisahkan dengan silinder panas.
Dalam proses pemisahan dengan metode silinder panas, tidak terlepas dari penggunaan energi listrik untuk menyalakan heater sebagai sumber panas. Kinerja heater yang dikontrol oleh thermokontrol membagi kebutuhan energi listrik tersebut menjadi dua sistem kebutuhan energi. Pertama adalah kebutuhan energi saat awal proses (pemanasan hingga suhu terkontrol tercapai) dan kedua kebutuhan energi saat pemisahan plastik tersebut berlangsung. Tingkat kebutuhan energi listrik dalam penelitian ini diperhatikan melalui korelasi fluktuasi suhu yang terjadi pada permukaan silinder terhadap waktu. Pada penelitian ini kebutuhan energi listrik diukur ketika suhu optimum pemisahan atau saat suhu 1000C. Untuk menjelaskan kebutuhan energi listrik saat awal proses dijelaskan melalui fluktuasi suhu yang terjadi saat awal proses tersebut seperti yang disajikan pada lampiran 10 dan gambar 31.
35
120 110 100
Suhu (0C)
90 80 70 60 50 40 30 0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
Waktu (Sekon) y = -0.000016x2 + 0.067557x + 38.963; R² = 0.9917 Suhu 700C Suhu 800C Suhu 900C
Keterangan :
Suhu 1000C Suhu 1100C Polynomial 1000C
Gambar 31. Fluktuasi Suhu Silinder Ketika Awal Proses Untuk menyederhanakan dalam mengukur kebutuhan energi listrik saat awal proses, digunakan grafik peningkatan suhu rata-rata hingga 500 detik dari gambar grafik diatas seperti yang disajikan pada gambar 32. 75 70
Suhu (0C)
65 60 55 50 45 40 35 0
75
150
225
300
375
450
525
Waktu (sekon) y = 0.055x + 39.84 ; R² = 0.997 Keterangan :
Garis Peningkatan suhu saat t = 500 detik Garis Linier Peningkatan suhu saat t = 500 detik
Gambar 32. Fluktuasi Suhu Rata-Rata Silinder Selang waktu 500 detik
36
Dari gambar grafik tersebut didapat garis linier peningkatan suhu dengan persamaan peningkatan suhu yakni persamaan linier y = 0.055 x + 39.84 (taraf kepercayaan 99%). Maka besarnya kebutuhan energi listrik untuk mencapai suhu optimum (T = 1000C) dijelaskan sebagai berikut : a.
Suhu saat t = 0
: 0.055 x (0) + 39.84 : 39.840C
b.
Suhu saat t = 500
: 0.055 x (500) + 39.84 : 67.340C
c.
Jadi kecepatan peningkatan suhu yang terjadi sebesar : :
d.
Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai suhu optimum (T = 1000C) sebesar : :
e.
= 0.0550C/detik
= 1818.182 detik
Jadi besarnya kebutuhan energi listrik saat awal proses (T = 1000C) sebesar : : 2000 watt x 1818.182 = 3636363.636 joule : 3636.36 killojoule : 1.01 kwh Kebutuhan energi listrik saat awal proses berbeda dengan ketika proses
pemisahan berlangsung. Perbedaan ini dikarenakan saat proses pemisahan, heater tidak menyala secara terus menerus. Saat proses pemisahan, heater hanya menyala untuk menjaga kestabilan suhu yang dikontrol oleh thermokontrol. Sama dengan pengukuran kebutuhan energi saat awal proses, kebutuhan energi saat proses pemisahan dilakukan dengan melihat fluktuasi suhu yang terjadi seperti yang disajikan pada lampiran 11, gambar 33.
37
Suhu (0C)
120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Waktu (Sekon) y = -0.001x2 + 0.201x + 99.27 ; R² = 0.948 Keterangan :
Suhu 700C Suhu 800C Suhu 900C
Suhu 1000C Suhu 1100C Polynomial 1000C
Gambar 33. Fluktuasi Suhu Silinder Ketika Terjadinya Pembebanan Dengan melihat fluktuasi suhu dan persamaan yang didapat, maka diketahui besarnya kebutuhan energi listrik selama satu jam proses.
Pada
perhitungan kebutuhan energi listrik saat proses pemisahan ini, selain pengamatan terhadap fluktuasi suhu yang terjadi dilakukan juga pengamatan terhadap kinerja thermokontrol dalam menghidup-matikan heater. Dari hasil uji performansi yang dilakukan diketahui bahwa thermokontrol akan menyalakan kembali heater saat terjadi penurunan suhu sebesar 10C, dan akan mematikannya saat suhu terkontrol telah tercapai. Dengan demikian kebuthan energi listrik selama satu jam saat proses pemisahan dapat dijelaskan sebagai berikut : a.
Waktu untuk menaikan 10C : 5 detik (lampiran 12)
b.
Energi untuk menaikan 10C : 5 detik x 2000 watt = 10 000 joule
c.
Waktu satu fase (heater 1 kali menyala dan satu kali mati) : 203 detik
d.
Fase yang terjadi selama 1 jam : :
e.
= 17.73 fase ≈ 18 fase
Kebutuhan energi saat proses pemisahan selama 1 jam adalah : : 18 x 10000 joule = 180 000 joulle = 180 killojoule : 0.05 kwh
38
5.2. Pembahasan Rancang bangun dan pengamatan mengenai hal-hal yang mempengaruhi proses pemisahan bahan plastik dan bahan organik dengan metode silinder panas merupakan tujuan utama dilakukannya penelitian ini. Selain itu, penelitian ini juga diharapkan dapat memberikan suatu rancangan pengembangan terbaik dalam membentuk suatu alat pemisah sampah plastik dan sampah organik. Berdasarkan hasil uji performansi yang dilakukan, diketahui bahwa proses pemanasan terhadap bahan plastik merupakan faktor utama yang mempengaruhi proses pemisahan dengan metode silinder panas tersebut. Proses pemanasan ini dipengaruhi oleh dua faktor yang saling terkait yakni suhu dan jenis bahan plastik itu sendiri. Pada proses pemisahan bahan plastik dan bahan organik secara prinsip kerja memiliki kesamaan dalam pembentukan plastik dengan metode molding. Prinsip proses ini adalah memberikan panas pada lembaran hingga melunak kemudian diberi tekanan hingga plastik berbentuk lawan dari mold (Amelia et al. 2008). Proses Pemanasan
Suhu Pemisahan
Bahan Plastik
Gambar 34. Faktor Penentu Proses Pemanasan Suhu permukaan silinder merupakan faktor utama dari proses pemanasan dalam proses pemisahan dengan metode silinder panas. Adanya pengaruh suhu terhadap proses pemisahan, dapat terlihat dari adanya peningkatan bahan plastik yang terpisahkan pada masing-masing suhu terkontrol; 700C, 800C, 900C, dan 1000C.
Berdasarkan hasil uji performansi terhadap masing-masing suhu
terkontrol tersebut diketahui, effisiensi pemisahan tertinggi terjadi saat suhu 1000C, yakni 50.67% (variasi bahan 1). Penggunaan suhu lebih dari 1000C mengakibatkan plastik meleleh dan membuat plastik tersebut tidak dapat dipisahkan yang menurunakan effisiensi pemisahan menjadi 42.67% (variasi bahan 1).
Plastik leleh tidak dapat terpisahkan dikarenakan plastik tersebut
menyelimuti permukaan silinder dan berubah menjadi sesuatu yang tidak termanfaatkan (gambar 35). Plastik yang meleleh pada proses pemisahan ini disebabkan oleh pengunaan suhu yang melebihi sifat titik lelehnya plastik.
39
Kondisi ini karena temperatur pemanasan yang berlebih mengakibatkan plastik melebihi kondisi pelunakan (Amelia et al. 2008).
Gambar 35. Plastik Berubah dan Meleleh Akibat Suhu Tinggi Dalam pengembangan menjadi sebuah alat pemisah sampah plastik dan sampah organik, penggunaan satu suhu saja (suhu optimal pemisahan,1000C) dalam proses pemisahan, bukan merupakan mekanisme terbaik dalam proses pemisahan dengan metode silinder panas tersebut. Hal ini dikarenakan, suhu optimal saat proses pemisahan tidak terlepas dari jenis plastik itu sendiri. Jenisjenis plastik yang beragam baik dari jenis polimer dan densitasnya memberikan perbedaan suhu optimal pemisahan dengan metode silinder panas tersebut. Temperatur dipengaruhi oleh jenis material plastik yang digunakan karena setiap jenis memiliki temperatur proses yang berbeda (Bordonaro et al. 1998). Perbedaan suhu optimal pemisahan diketahui dari adanya perbedaan plastik yang terpisahkan pada masing-masing suhu terkontrol yang dilakukan pada penelitian kali ini. Sebagai contoh untuk memisahkan plastik PE dengan densitas tinggi (botol minuman) membutuhkan suhu lebih tinggi dibandingkan dengan PE dengan densitas rendah (kantong plastik). Perbedaan suhu optimum untuk jenis dan densitas plastik yang berbeda, juga diketahui dari data mengenai jumlah plastik yang meleleh pada permukaan silinder (gambar 29). Dari data tersebut terlihat adanya peningkatan jumlah bahan plastik yang meleleh akibat peningkatan suhu. Titik leleh sangat dipengaruhi oleh jumlah atom karbon. Jumlah atom karbon makin besar, konsentrasi amida makin kecil, titik leleh pun menurun (Mujiarto, 2005). Penggunaan suhu yang melebihi sifat titik leleh plastik membuat plastik tersebut meleleh pada proses pemisahan. Adanya plastik leleh akan membuat plastik tersebut tidak dapat dipisahkan dan
40
membuat terganggunya proses selanjutnya. Terganggunya proses selanjutnya terjadi dikarenakan plastik leleh yang menyelimuti permukaan silinder membuat bahan organik ikut menempel dan terpisahkan di dalam proses. Hal ini nampak dari gambar 30, adanya peningkatan bahan organik yang ikut terpisahkan seiring peningkatan bahan plastik yang meleleh akibat peningkatan suhu. Dengan melihat adanya peningkatan bahan plastik yang meleleh dan bahan organik yang ikut terpisahkan seiring peningkatan suhu, maka dalam pengembangan menjadi alat pemisah sampah plastik dan sampah organik pemisahan dengan suhu bertingkat dari suhu rendah hingga suhu tinggi sangat baik dilakukan. Suhu bertingkat dapat mengurangi dampak plastik meleleh dalam proses pemisahan. Hal ini dikarenakan plastik dengan titik leleh rendah dapat terlebih dahulu dipisahkan dari jenis plastik dengan titik leleh tinggi. Tidak adanya plastik leleh tentunya akan mengurangi bahan organik yang ikut terpisahkan. Proses pemanasan dalam pemisahan bahan plastik dan bahan organik dengan metode silinder panas, tidak terlepas metode pengaliran bahan yang dilakukan. Hal ini dikarenakan faktor pengaliran bahan menentukan terhadap berlangsung atau tidaknya proses pemanasan pada bahan plastik tersebut. Berdasarkan hasil uji performansi, faktor pengaliran bahan menentukan proses pemanasan diketahui dari perbedaan effisiensi pemisahan pada masing-masing variasi bahan yang diujikan pada penelitian kali ini. Faktor pengaliran bahan pada model pemisah ini terkait dengan sistem hopper yang dirancang. Pada perancangan hopper yang dibuat, pengaliran bahan yang tidak dilakukan pengaturan mengakibatkan adanya plastik yang tidak dapat terpisahkan. Hal ini dikarenakan panas pada silinder tidak mengenai bahan plastik, dikarenakan terhalang oleh bahan organik. Bahan plastik dan bahan organik yang bersifat acak dan tidak teratur memerlukan pengaturan, agar proses pemanasan dalam pemisahan dapat dilakukan dengan baik.
Hal ini diduga karena temperatur
lembaran plastik tidak merata atau panas pada lembaran dan tekanan vakum yang diberikan kurang (Amelia et al. 2008). Sistem pengaliran sampah yang merata, teratur dan berkelanjutan saat mengenai silinder panas baik dilakukan dalam pengembangan alat pemisahan sampah plastik dan bahan organik.
41
Penggunaan heater sebagai sumber panas dalam model pemisahan bahan plastik kali ini tidak terlepas dari kebutuhan energi listrik. Kebutuhan energi listrik dibedakan berdasarkan dua mekanisme yakni kebutuhan energi listrik saat awal proses dan saat proses pemisahan. Kebutuhan energi listrik saat awal proses adalah kebutuhan energi listrik yang diperlukan untuk mencapai suhu terkontrol. Berdasarkan pengamatan saat kondisi optimum (suhu 1000C) dibutuhkan energi sebesar 1.01 kwh. Kebutuhan energi listrik saat proses pemisahan dijelaskan melalui kebutuhan energi listrik yang dibutuhkan selama satu jam proses, dimana dari hasil perhitungan diketahui kebutuhan bahwa energi listrik yang dibutuhkan sebesar 0.05 kwh.
42
