Waktu dan Tempat Praktikum
Penelitian ini dilakukan pada bulan Desember sampai dengan Februari 2021 di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara.
Bahan dan Alat
Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah plastik goni jenis HDPE (High-Density Polyethylene) dengan kapasitas 3 kg untuk setiap ulangan dan.limbah sekam padi sebagai bahan baku yang digunakan dalam proses pembakaran sebanyak 10 kg.
Sedangkan alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Alat pirolisis plastik sekam padi tanpa modifikasi dan dengan modifikasi penambahan aliran udara yang digunakan untuk sebagai alat proses pirolisis.
2. Kondensor digunakan untuk mendinginkan asap cair agar tidak terjadi penguapan.
3. Termocouple sebagai pengukur suhu ruang bakar dan reaktor pirolisis.
4. Data logger yang digunakan untuk mencatat data panas dari 10 titik thermocouple. Data logger yang dilakukan pada penelitian sebelumnya yang tidak menggunakan pipa aliran udara
5. Laptop yang digunakan sebagai penyimpan data suhu dari thermocouple.
6. Timbangan analitik digunakan untuk menimbang hasil pirolisis
7. kunci inggris untuk memasang serta membongkar sambungan pipa spiral pada ujung reaktor dan ruang bakar.
8. Kunci 12, 13 digunakan membuka baut dan memasang reaktor.
24
9. Botol kaca sebagai wadah menampung minyak hasil pirolisis.
10. Ember untuk menampung hasil rendemen. .
11. Linggis yang digunakan untuk mengambil rendemen plastik.
12. Penjepit digunakan untuk merapatkan plat yang merenggang karena panas.
13. Aplikasi CFD untuk mengetahui distribusi suhu udara dan kecepatan aliran udara didalam ruang bakar
Metode Penelitian
Penelitian ini menggunakan metode eksperimentatif yaitu dengan melakukan pengamatan dengan 9 titik penyebaran suhu dan 1 titik di luar alat untuk suhu lingkungan, 18 titik lubang udara di dalam ruang bakar yang terdapat pada pipa spiral. Secara garis besar titik-titik pengukuran suhu ruang bakar ini dapat dilihat pada Gambar 2 dan posisi sensor suhu diruang bakar dijelaskan pada Tabel 3.
Metode penelitian ini juga dilakukan menggunakan 3 variasi kecepatan dengan pipa aliran udara yaitu 15 m/s, 25 m/s, dan 35 m/s dan satu variasi kecepatan tanpa pipa aliran udara yaitu 25 m/s dimana satu variasi kecepatan dilakukan sebanyak 6 kali pengulangan sehingga penelitian dilakukan sebanyak 24 kali pembakaran.
25
Gambar 2. Letak titik pengukuran suhu Posisi sensor suhu di ruang bakar dijelaskan pada Tabel 2.
Kode Sensor
Jumlah Posisi Fungsi
T1 1 Diatas bagian depan Ruang Bakar Sensor Suhu T2 1 Dibawah bagian depan Ruang
Bakar
Sensor Suhu T3 1 Diatas bagian kanan Ruang Bakar Sensor Suhu T4 1 Dibawah bagian kanan Ruang
Bakar
Sensor Suhu T5 1 Diatas bagian Belakang Ruang
Bakar
Sensor Suhu T6 1 Dibawah bagian Belakang Ruang
Bakar
Sensor Suhu T7 1 Diatas bagian kiri Ruang Bakar Sensor Suhu T8 1 Dibawah bagian kiri Ruang Bakar Sensor Suhu
T9 1 Ditutup Reaktor Sensor Suhu
T10 1 Diluar Ruang bakar Sensor Suhu
Perbedaan letak inlet dan outlet pada alat pirolisis sebelum dan sesudah modifikasi alat dapat dilihat pada 3 dan 4.
26
Rancangan Struktural Alat
Rancangan alat sebelum modifikasi adalah ruang pembakaran yaitu dengan tinggi 95 cm, diameter 50 cm. Reaktor dimasukkan 75 cm kedalam ruang pembakaran dan rancangan alat sesudah modifikasi adalah penambahan pipa aliran udara didalam ruang bakar berdiameter 1 inchi dengan 18 lubang ukuran 2,5 mm.
Gambar 3 . alat pirolisis plastic
sekam padi dengan aliran udara
Gambar 4 . alat pirolisis plastic sekam padi tanpa aliran udara
95 cm
2,5 mm
D=1 inch
Gambar 5 . ruang bakar sebelum modifikasi
Gambar 6. pipa aliran udara didalam ruang
bakar 50 cm
27
Pipa stainless stell berukuran satu inchi dipasang.pada dinding ruang bakar membentuk pola spiral yang pada pangkalnya tersambung langsung ke blower dan pada setiap 22 cm dibuat lubang dengan diameter 2,5 mm dengan jumlah total lubang mulai dari pangkal sampai ujung pipa berjumlah total sebanyak 18 lubang mengelilingi ruang bakar.
Prosedur pengujian
Prosedur pengujian alat yang.dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Persiapan bahan
- Membersihkan limbah plastik yang akan dipirolisis
- Menimbang limbah plastik dengan berat yang sesuai dengan kebutuhan.
- Mengeringkan limbah sekam padi dengan sinar matahari atau oven agar mudah dilakukan pembakaran.
- Menimbang limbah sekam padi sesuai dengan berat yang telah ditentukan.
2. Pengujian alat
- Memasukkan plastik goni sesuai kebutuhan ke dalam reaktor - Menutup reaktor dengan rapat
- Menghubungkan lubang gas hasil pirolisis dengan pipa kondensor.
75 cm
Gambar 7. ruang bakar sesudah modifikasi
28
- Memasang thermocouple sesuai dengan titik yang sudah ditentukan.
- Memasukkan sekam padi sebanyak 2,5 kg dan 7,5 dari Hopper - Memasukkan reaktor pada posisinya.
- Menghidupkan api melalui pintu pengumpan panas.
- Memasang blower dan hubungkan dengan pipa saluran udara.
- Menutup rapat pintu pengumpan panas.
- Mencatat data temperatur pada reaktor dan ruang pembakaran dengan data logger yang terhubung dengan laptop.
- Memasukkan air dan es batu ke dalam kondensor.
Metode simulasi
1. Menggambar geometri alat pirolisis plastik-sekam padi pada software Solid Works 2014 dan software Gambit 2.2.30
2. Menentukan inlet dan.outlet udara pada alat pirolisis.
3. Menentukan kondisi.batasan dan domain model ruang bakar pirolisis, kemudian dilakukan proses grid (meshing) dengan interval tertentu.
4. Mengekspor gemetri yang telah dibuat ke program Fluent untuk dilakukan analisa lebih lanjut. Proses yang dilakukan pada program fluent antara lain:
o Mendefenisikan model dan ditentukan solver.
o Menentukan jenis fluida dan material penyusun bangunan alat.
o Menentukan kondisi.operasi (operating condition) yang terlibat.
o Memasukkan nilai kondisi-kondisi batas (boundary condition) terhadap domain yang sudah dibuat.dengan program Solid Works 2015.
o Melakukan proses.inisialisasi.
o Melakukan.proses iterasi.
29
o melihat tampilan hasil simulasi.dalam bentuk grid, kontur (suhu, dan kecepatan), vektor (suhu, kecepatan).
Parameter Penelitian
Parameter yang digunakan pada penelitian ada 2 secara umum yaitu data pengukuran langsung.(sensor dan alat ukur) dan perhitungan matematika. Data yang didapat dari pengukuran langsung adalah:
1. Suhu rata-rata
Pengukuran suhu menggunakan termokopel yang tersambung langsung ke data logger yang berfungsi untuk mendeteksi suhu pada ruang bakar dan reaktor.
Pengukuran dilakukan.pada beberapa titik di dalam ruang dan dinding ruang reaktor. Pengambilan data dilakukan setiap 30 menit sekali. Suhu yang digunakan yaitu pada kecepatan 15 m/s, 25 m/s, 35 m/s dan 25 m/s tanpa aliran udara.
2. Perbandingan hasil
- Perbandingan dilakukan dengan membandingkan rata rata suhu yang telah didapatkan sebelum dan sesudah modifikasi alat dengan kecepatan yang sama yaitu 25 m/s
- Perbandingan hasil rendemen dan abu sekam dengan kecepatan yang sama yaitu 25 m/s sebelum dan sesudah modifikasi alat.
Asumsi dalam Simulasi CFD
Beberapa asumsi yang sering ditemukan dalam proses simulasi yaitu:
1. Udara bergerak.dalam kondisi steady state.
2. Aliran udara dianggap turbulen.
3. Udara tidak.tertekan (incompresible, stabil).
30
4. Panas jenis,.konduktifitas dan.viskositas udara stabil.
5. Udara sekitar laboratorium.dianggap stabil selama simulasi.
6. kapasitas ruang bakar.dianggap 10 kg.
Kondisi Awal Dalam Simulasi CFD
Umtuk semua simulasi Proses yang dilakukan menggunakan kondisi awal yaitu:
1. Kecepatan udara awal adalah 25 m/s.
2. Permukaan suhu.dinding luar = suhu lingkungan (300 C ).
3. Tekanan udara.adalah 1 atm (101,325 kPa)
31