Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
18
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Model Penelitian
Metode penelitian yang digunakan dalam metode eksperimen bengan
memanfaatkan limbah serbuk kayu, tempurung kelapa dan getah sebagai bahan
bakar kompor biomassa yang telah dimodifikasi.Penelitian ini dimulai dengan
persiapan limbah serbuk kayu, tempurung kelapa dan getah yang kemudian
dijadikan pelet bahan bakan kompor biomassa. Setelah itu dilakukan evaluasi
operasi kompor biomassa kemudian dilakukan uji efisiensi termal dengan metode
WTB, terakhir dilakukan pengujian emisi gas yang dihasilkan dengan alat sensor.
Metode penelitian yang dilakukan sesuai dengan SNI 7926 : 2013.
3.2 Tempat dan Waktu Penelitian
Proses pengujian ini dilakukan di bengkel Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah Riau dan penelitian dilaksanakan pada bulan Mei – juli 2019.
Penelitian berlangsung selama 3 bulan.
Tabel 3.1 Jadwal Kegiatan Penelitian
No
. Nama Kegiatan
KegiatanBulanan/Mingguan
Mei 2019 Juni 2019 Juli 2019
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1. Pembuatan laporan
2. Pemilihan material
3. Pembuatan alat
4. Seminar proposal
5. Pengolahan data
6. Pengambilan data
7. Seminar hasil
8. Kompre
9. Administrasilaporan
19
3.3 Tahap Penelitian
Pada tahap penelitian ini akan membuat gambar modifikasi rancangan
kompor biomassa dengan perancangan yang dilakukan meliputi, persiapan alat
dan bahan, persiapan bahan bakar, perancangan kompor, pembuatan kompor,
serta pengoperasian kompor biomassa. Dengan demikian dapat dilihat sketsa
rancangan kompor biomassa pada gambar 3.1 dibawah ini .
Gambar 3.1 Sketsa Kompor Biomasa
I
II
III IV
V VI
VII
20
3.4 Alur Tahap Penelitian
Gambar 3.2 Alur Penelitian
Persiapan Alat
dan Bahan
Mulai
Identifikasi Masalah
Studi Literatur
Proses pengambilan
data
- pengujian kompor
modifikasi dengan pelet
- menghitung emisi gas
CO dan CO2
Proses pembuatan pelet
Analisa hasil
pengujian
Kesimpulan
Selesai
21
3.5 Tahap Persiapan Alat dan Bahan
Dalam tahap ini, prosedur yang dilakukan ialah menentukan dan
menyediakan alat dan bahan yang diperlukan dalam penelitian:
A. Alat
1. kompor biomassa
Gambar 3.3. Kompor Biomassa
2. Neraca
Gambar 3.4. Neraca
3. Anemometer dan Thermocouple
Gambar 3.5. Anemometer dan Thermocouple
22
4. Panci pemasak air
Gambar 3.6. Panci
5. Alat uji emisi gas buang (sensor CO dan CO2)
Gambar 3.7. Alat Uji Emisi Gas Buang
B. Bahan
1. Pellet
Gambar 3.8. Pellet
23
2. Air
Gambar 3.9. Air
3. cangkang sawit
Gambar 3.10. Cangkang Kelapa Sawit
3.6 Tahap Preparasi Bahan Bakar
Tahap preparasi bahan bakar merupakan tahap persiapan sedemikian rupa
untuk biomassa yang digunakan sehingga dapat diuji, dianalisis, dan dapat
dilakukan proses peletisasi (Fisafarani, 2010). Prosedur umum tahap preparasi
bahan bakar tersebut dapat diuraikan sebagai berikut (Rizqiardihatno, 2009,
Fisafarani, 2010):
a. Menyediakan bahan baku biomassa yang telah disiapkan sebelumnya
untuk digunakan dalam penelitian, dimana biomassa yang digunakan adalah
cangkang, campuran pelepah sawit dan getah pulai.
b. Mereduksi ukuran biomassa yang masih kasar dan tidak beraturan
dengan menghaluuskan dengan blender atau crusher, dan sejenisnya hingga
menjadi halus.
c. Mereduksi ukuran biomassa kembali dengan menghancurkannya hingga
berukuran seperti tepung menggunakan mesin penepung.
24
d. Mengeringkan bahan yang telah dihaluskan tersebut dengan oven
hingga moisture content mencapai 10%. Untuk mengetahui besar moisture content
dalam biomassa sebelum dikeringkan dan berapa lama waktu pengeringan dalam
oven yang diperlukan untuk mencapai moisture content 10%, maka dilakukan
prosedur sebagai berikut:
1) Menimbang massa wadah yang digunakan untuk menimbang dengan
menggunakan neraca digital dan mencatat besar massa hasil timbangan.
2) Memasukkan biomassa yang telah dihaluskan ke dalam wadah,
kemudian menimbang kembali untuk mendapatkan besar massa wadah dan
biomassa, di mana biomassa yang ingin digunakan sebanyak 10 gram.
3) Menyalakan oven dengan menyambungkan kabel oven ke sumber arus
listrik, mengatur suhu sebesar 105oC, serta mengatur pemerataan panas api atas
dan bawah.
4) Setelah itu, memindahkan biomassa yang telah ditimbang tersebut ke
tray oven, lalu memasukkannya ke dalam oven.
5) Memutar tombol oven untuk mengatur waktu pengeringan yang
diinginkan dan di saat bersamaan dengan pemutaran tombol, menyalakan timer
atau stopwatch, di mana interval waktu pengeringan yang diinginkan adalah
selama 5 menit.
6) Setiap 5 menit, mematikan pengatur waktu oven agar suplai panas
berhenti, kemudian mengambil tray oven yang berisi biomassa yang telah
dikeringkan selama 5 menit tersebut dan memindahkannya kembali ke wadah
yang digunakan di awal.
7) Selanjutnya, menimbang massa wadah dan biomassa tersebut dan
mencatat besar massa yang diperoleh.
8) Setelah itu, biomassa dapat dipindahkan kembali ke tray oven dan
dimasukkan kembali dalam oven untuk mengulangi pengeringan selama 5 menit,
dan begitu seterusnya langkah 1-7 dilakukan selama 25 menit hingga data
moisture content yang diperoleh menunjukkan perubahan yang tidak signifikan
atau cenderung konstan.
9) Berdasarkan data yang diperoleh, membuat plok grafik moisture content
terhadap waktu. Lalu, dengan melakukan interpolasi untuk moisture content 10%,
25
maka dapat diperoleh waktu yang diperlukan untuk mengeringkan biomassa
menggunakan oven selama waktu tersebut.
10.) Memasukkan biomassa ke pencetak pelet untuk ukuran diameter pelet
1,5 cm dan panjang pelet 3 cm.
11. ) Menekan hingga terbentuk bahan bakar pelet biomassa yang kompak
menggunakan alat pressure pelletizer
3.7 Tahap Pengujian
Tahap ini dibagi menjadi dua, yaitu pengujian emisi gas CO dan pengujian
efisiensi termal, yang digabung menjadi prosedur berikut ini (Belonio, 2005;
Handayani, 2009; Rizqiardihatno, 2008):
a. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan untuk tahap pengujian.
b. Menyiapkan dan menimbang air sebanyak 1 L atau setara 1 kg air (suhu
ambien). Mengukur massa awal (M) dan kalor jenis (cp1).
c. Memasukkan air tersebut ke dalam panci berdiameter 17 cm yang sudah
diketahui massa (M1) dan kalor jenisnya (cp2). Kemudian, mengukur juga massa
panci dan air atau menjumlah dari pengukuran masing-masing.
d. Menyiapkan dua buah termokopel, dimana satu termokopel untuk
mengukur suhu api dan satu termokopel yang lain untuk mengukur suhu air.
Kemudian, menghubungkan termokopel tersebut dengan Data Logger
Temperature dan personal computer.Melakukan kalibrasi pengukuran suhu
dengan Thermocouple dengan cara meletakkannya pada api busen.
e. Menyiapkan kompor pada suhu ruang.
f. Menimbang dan memasukkan pelet bagas yang telah dipreparasi dan
dikeringkan ke dalam reaktor gasifikasi sebanyak 1,4 kg.
g. Mencelupkan potongan-potongan kertas dalam etanol 90% dan
meletakkannya pada lapisan paling atas dari bahan bakar pelet. Setelah itu,
menyalakan api dengan cara menyulut potongan-potongan kertas di atas pelet
bahan bakar tersebut dengan korek api. Adapun pelet biomassa yang dibutuhkan
untuk satu kali operasi sebanyak FCR atau Fuel Consumption Rate hasil
perhitungan pada tahap perancangan kompor gas-biomassa (W).Nilai kalor
pembakaran (HC) juga telah diketahui.
26
h. Menyiapkan dan menjalankan alat pengukur waktu pada skala 00:00
untuk menghitung waktu start up, dimana alat pengukur waktu tersebut dimatikan
pada saat gas pirolisi mulai dihasilkan dan lidah api stabil mulai terbentuk.
i. Mengatur dan mengukur laju alir udara devolatilisasi (udara primer) dan
mengukur laju alir udara pembakaran (udara sekunder) yang ditentukan. Pengaturan
laju alir putar blower dilakukan dengan memutar dimmer lamp yang disambungkan
dengan blower kompor, sedangkan pengukuran laju alir udara menggunakan
anemometer. Menetapkan laju alir udara devolatilisasi (udara primer) dan mengukur
laju alir udara pembakaran (udara sekunder) hingga lidah api stabil dan tidak asap
yang banyak keluar.
j. Meletakkan panci yang berisi air dan termokopel yang telah dicelupkan ke
dalamnya di atas kompor. Meletakkan termokopel yang lain ke bagian tengah dalam
api yang terbentuk.
k. Menekan tombol run pada software Advantech Data Logger Temperature
yang ter-install pada Personal Computer. Lalu, menyiapkan dan menjalankan alat
pengukur waktu kembali pada skala 00:00 yang menandakan dimulainya waktu
operasi dari kompor gas-biomassa.Lalu, mendidihkan air.
l. Menyalakan dan mengukur besar emisi gas CO menggunakanGas Analyzer
seperti pada Gambar 3.3 setiap 2 menit hingga api mulai meredup dan pembakaran
gas pirolisis hampir berakhir.
m. Menghentikan run dari software Advantech Data Logger Temperature dan
mengambil data suhu api dan air yang terekam setiap 10 detik. Ketika air mencapai
suhu didihnya yang terlihat pada suhu yang terekam, mencatat waktu didih.
n. Mematikan alat pengukur waktu dan mencatat waktu operasi yang
didapatkan dan kemudian menyalakan alat pengukur waktu kembali untuk
menghitung waktu pembakaran char yang diperlukan.
O.Menimbang massa air akhir dan menghitung massa air menguap (M2) yang
merupakan selisih massa air awal dengan massa air akhir. Kalor laten penguapan (HL)
telah diketahui.
p. Setelah pembakaran char (glowing combustion) selesai dan kompor
menjadi dingin, mengambil seluruh sisa bahan bakar (char dan abu) untuk kemudian
ditimbang dan menghitung persentasenya terhadap massa bahan bakar awal
27
q. Menghitung efisiensi termal dengan rumus 2.19 yang digunakan pada
metode Water Boiling Test.
r. Mengulangi prosedur di atas dengan mendinginkan kompor hingga
kembali pada suhu ruang untuk rasio antara laju alir udara devolatilisasi (udara
primer) dan laju alir udara pembakaran (udara sekunder) divariasikan.
3.8 Pengukuran Emisi Gas CO dan CO2
Amati dan catat angka yang ditunjukkan pada CO dan CO2- meter dalam
satuan ppmm. Konversikan dan akumulasikan angka tersebut untuk mendapatkan
massa total dalam satuan gram. Alat sensor ini memiliki rentang pengukuran 0 –
1000 ppm dan ketelitian 1 ppm.
3.9 Tahap Analisa dan Evaluasi
Analisa dan evaluasi hasil penelitian dilakukan setelah data penelitian
telah diperoleh dan diolah dengan perhitungan manual maupun komputer. Hal-hal
yang perlu dianalisa dan dievaluasi, antara lain mengenai perancangan kompor
(mulai dari dimensi, bentuk, ukuran, material konstruksi, dan lain-lain), serta
grafik-grafik yang diperoleh [grafik emisi gas CO terhadap waktu, grafik suhu air
terhadap waktu, dan grafik suhu air terhadap waktu pada berbagai rasiolaju alir
udara devolatilisasi (udara primer) dan udara pembakaran (udara sekunder), dan
efisiensi termal. Perbandingan hasil variasi variabel bebas yang dilakukan, serta
kelebihan, kekurangan, dan kinerja optimum dari desain kompor dan performa
yang dicapai dari pengujian dengan pelet bagas juga menjadi agenda untuk
dianalisa dan dievaluasi.