1
METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian 1. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Kampus V Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan (FKIP) Universitas Sebelas Maret, Jalan Ahmad Yani Nomor 200 Pabelan, Kartasura, Sukoharjo. Pengambilan data penelitian ini dilakukan di Laboratorium Program Studi Pendidikan Teknik Mesin Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret.
2. Waktu Penelitian
Penelitian dimulai dari pengajuan judul penelitian hingga penyusunan laporan penelitian:
a. Pengajuan judul : 13 Desember 2019 b. Pembuatan proposal : 05 Januari 2020 c. Seminar proposal : 15 Agustus 2020 d. Revisi proposal : 18 Agustus 2020 e. Perizinan proposal : 27 Agustus 2020 f. Pelaksanaan eksperimen : 29 Agustus 2020
g. Penyusunan dan revisi laporan : 03 September s.d. Desember 2020 B. Desain Penelitian
Penelitian ini menggunakan metode eksperimen dengan pendekatan kuantitatif, deskriptif, dan komparatif. Desain penelitian ini menggunakan desain factorial 2x2 yang terdiri dari variabel bebas yaitu penggunaan variasi desain tiga cabang pipa dan dua cabang pipa serta variasi arah aliran fluida pendingin searah dan berlawanan arah datangnya uap panas. Nantinya penelitian ini akan menjelaskan secara jelas hasil eksperimen yang telah dilakukan terhadap faktor pengujinya, yang hasilnya dijelaskan secara kuantitatif menggunakan angka, yang kemudian dari hasil angka dideskripsikan, dan dibandingkan mana hasil yang terbaik berdasarkan faktor-faktor yang diperoleh selama eksperimen.
commit to user
Tabel 3.1 Desain factorial 2x2
Pada Tabel 3.1 dapat dilihat bahwa desain factorial 2x2 menunjukkan perbandingan variasi desain tiga cabang dan dua cabang pipa dengan variasi arah aliran fluida pendingin searah dan berlawanan arah terhadap kuantitas bio-oil yang dihasilkan, dapat dijabarkan sebagai berkut:
1. Penggunaan variasi desain tiga cabang pipa dengan variasi arah aliran fluida pendingin searah terhadap kuantitas bio-oil.
2. Penggunaan variasi desain tiga cabang pipa dengan variasi arah aliran fluida pendingin berlawanan arah terhadap kuantitas bio-oil.
3. Penggunaan variasi desain dua cabang pipa dengan variasi arah aliran fluida pendingin searah terhadap kuantitas bio-oil.
4. Penggunaan variasi desain dua cabang pipa dengan variasi arah aliran fluida pendingin berlawanan arah terhadap kuantitas bio-oil.
C. Teknik Pengumpulan Data
Teknik pengumpulan data yang dilakukan sebagai berikut:
1. Identifikasi Variabel a. Variabel Bebas
1) Desain pipa kondensor shell and tube dengan variasi : a) Variasi tiga cabang pipa
b) Variasi dua cabang pipa Variasi desain
Variasi arah aliran
Tiga cabang pipa (X1.1)
Dua cabang pipa (X1.2)
Searah (X2.1) Y1.1.1
Y1.1.2 Y1.1.3
Y2.1.1 Y2.1.2 Y2.1.3
Berlawanan (X2.2) Y1.2.1
Y1.2.2 Y1.2.3
Y2.2.1 Y2.2.2 Y2.2.3 Kuantitas Total (mL)
commit to user
2) Aliran fluida pendingin dengan variasi : a) Variasi searah
b) Variasi berlawanan arah b. Variabel Terikat
Variabel terikat dalam penelitian ini adalah kuantitas bio-oil yang diukur dalam satuan volume.
c. Variabel Kontrol
Variabel kontrol pada penelitian ini adalah:
1) Kondensor atau alat penukar kalor shell and tube dengan spesifikasi yang ditunjukkan pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Parameter Dimensi
Kondensor Parameter Spesifikasi
Panjang pipa 1000 mm
Diameter pipa 26 mm dan 22 mm
Ketebalan pipa 0,5 mm
Diameter tabung 150 mm
Material pipa Stainless steel Media pendingin Air
Laju aliran media pendingin 13.72 L/Min
2) Suhu pemanas reaktor yaitu 400 s.d 420oC dengan waktu pengujian 25 menit.
3) Biomassa yang digunakan adalah limbah aren padat yang telah dikeringkan berasal dari home industry mi sohun dengan berat 1 kg.
2. Metode Pengumpulan Data
Metode pengumpulan data yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen. Sumber data yang diperoleh merupakan hasil secara langsung dari pembuktian peneliti saat melakukan pengujian. Data diperoleh melalui pengukuran bio-oil yang terkondensasi oleh kondensor dengan variasi yang telah disebutkan di atas. Pengumpulan data dilakukan sebagai berikut:
commit to user
a. Menimbang berat limbah aren padat
Berat limbah aren yang digunakan pada setiap pengujian ditimbang menggunakan neraca digital dengan berat 1 kg untuk setiap satu kali proses pengujian.
b. Pengukuran temperatur reaktor.
Temperatur reaktor diukur menggunakan termokopel tipe K, yang diletakkan pada empat bagian reaktor (pre-heating, bagian atas, tengah dan bawah reaktor). Data temperatur reaktor akan ditampilkan secara otomatis pada monitor termokopel untuk mengontrol suhu pada reaktor.
c. Pengukuran bio-oil
Volume bio-oil yang dihasilkan dari proses pirolisis cepat diukur menggunakan gelas ukur dengan satuan mL. Interval pengukuran kuantitas bio- oil dilakukan tiap 5 menit selama 25 menit pengujian.
D. Instrumen Penelitian
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah alat pirolisis yang berfungsi menghasilkan bio-oil dengan suhu pemanas 400oC s.d. 420oC. Fokus penelitian yang dilakukan yaitu pada kondensor shell and tube dengan variasi desain pipa dan arah aliran fluida pendingin. Bagian-bagian alat pirolisis ditunjukkan pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Bagian Alat Pirolisis commit to user
Keterangan gambar:
1. Silo 5. Reaktor
2. Ruang penampung sementara 6. Kondensor 3. Penutup silo dan ruang penampung 7. Gas tank
4. Tuas pembuangan 8. Oil tank
Fokus penelitian pada kondensor yaitu desain pipa kondensor tipe shell and tube serta variasi arah aliran fluida pendingin yang diuji yaitu searah dan berlawanan arah aliran fluida uap panas. Bentuk pipa kondensor dibuat menggunakan pipa lurus 1000 mm, dengan tipe variasi diameter dan jumlah cabang.
Variasi jumlah cabang pipa kondensor shell and tube dan variasi arah aliran fluida pendingin ditunjukkan pada Gambar 3.2 s.d Gambar 3.5.
Gambar 3.2 Tiga Cabang Pipa Gambar 3.3 Dua Cabang Pipa
Gambar 3.4 Arah Aliran Fluida Pendingin Searah
Gambar 3.5 Arah Aliran Fluida Pendingin Berlawanan Arah
Alat pirolisis yang digunakan pada penelitian ini memiliki bagian-bagian sebagai berikut: commit to user
1. Reaktor
Reaktor adalah sebuah tempat yang digunakan sebagai tempat pemanas dan pengurai komponen biomassa. Reaktor didesain agar tidak terjadi kebocoran yang mengakibatkan kebocoran uap hasil proses pirolisis terbuang sia-sia.
Bahan yang digunakan reaktor ini adalah besi yang terdiri dari silo, ruang pre- heating, ruang bakar dan ruang pembuangan. Detail gambar reaktor dapat dilihat pada Gambar 3.6.
(a) (b)
Gambar 3.6 (a) Desain Reaktor dan (b) Reaktor Jadi 2. Kondensor
Kondensor adalah alat yang digunakan untuk kondensasi uap hasil proses pirolisis menjadi bio-oil. Panas uap yang dihasilkan reaktor diserap oleh media pendingin yang terdapat pada kondensor. Jenis kondensor yang digunakan pada penelitian ini yaitu kondensor shell and tube. Tabung kondensor berbahan besi dengan pipa di dalamnya yang berbahan stainless steel dengan menggunakan media pendingin air, panjang kondensor 1000 mm dengan diameter selubung tabung 150 mm, serta diameter pipa di dalamnya memiliki diameter 26 mm dan 22 mm dengan tebal 0,5 mm. Ukuran kondensor shell and tube dapat dilihat pada Gambar 3.7 dan Gambar 3.8.
commit to user
Gambar 3.7 Kondensor Shell and Tube
Gambar 3.8 Ukuran Pipa Kondensor Shell and Tube 3. Gas Tank dan Oil tank
Gas tank adalah wadah yang digunakan untuk menampung gas sisa proses pirolisis yang tidak terkondensasi secara optimal pada kondensor. Oil tank adalah wadah sementara dari bio-oil yang dihasilkan pada proses pirolisis sebelum nantinya dipindahkan ke dalam gelas ukur untuk diukur berapa banyak kuantitas yang dihasilkan dari proses pirolisis. Gambar gas tank dan oil tank dapat dilihat pada Gambar 3.9.
(a) (b)
Gambar 3.9 (a) Desain Gas Tank dan Oil tank (b) Gas Tank dan Oil Tank Jadi
commit to user
4. Burner
Burner adalah alat pemanas yang digunakan untuk memanaskan reaktor dengan suhu pemanas yang dapat diatur sesuai kebutuhan. Burner yang digunakan dalam proses prolisis harus mampu menghasilkan panas stabil.
Sumber pemanas dalam penelitian ini menggunakan kompor berbahan bakar LPG. Gambar burner dapat dilihat pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Burner 5. Pompa Air
Pompa air adalah alat yang digunakan untuk mensirkulasikan media pendingin dari tempat penampung ke dalam tabung kondensor. Pompa air pada penelitian ini menggunakan daya 38 watt, arus listrik AC 220 s.d. 240 volt, tinggi inlet maksimum 2 m, dan kecepatan aliran maksimum 30 liter/menit.
Gambar pompa air dapat dilihat pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11 Pompa Air 6. Stopwatch
Stopwatch adalah alat yang digunakan untuk mengukur waktu penelitian selama 25 menit dengan pengambilan data selang waktu 5 menit. Gambar stopwatch ditunjukkan pada Gambar 3.12.
commit to user
Gambar 3.12 Stopwatch 7. Pressure Gauge Digital
Pressure Gauge Digital adalah alat yang digunakan untuk menampilkan tekanan yang dihasilkan oleh reaktor pada saat proses pirolisis sedang berlangsung. Kapasitas tekanan maksimal yang dapat ditampilkan oleh pressure gauge sebesar 30 bar. Gambar pressure gauge digital dapat dilihat pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13 Pressure Gauge 8. Thermocouple
Thermocouple adalah alat yang digunakan untuk menampilkan temperatur pada reaktor dan kondensor agar dapat mengetahui dan menentukan suhu pemanas pada pengujian pirolisis. Thermocouple yang digunakan pada penelitian ini dapat menampilkan temperatur suhu pengukuran minimum adalah minus -50˚C dan suhu maksimum pengukuran 900˚C. Gambar thermocouple dapat dilihat pada Gambar 3.14.
commit to user
Gambar 3.14 Thermocouple 9. Kabel Thermocouple
Kabel thermocouple berfungsi untuk mengukur temperatur pada reaktor dan kondensor. Kabel thermocouple yang digunakan pada penelitian ini dapat mengukur temperatur suhu minimum adalah minus -50˚C dan suhu maksimum pengukuran 900˚C. Gambar kabel thermocouple dapat dilihat pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15 Kabel Thermocouple 10. Penampung Media Pendingin
Penampung media pendingin digunakan untuk menampung air sebagai media pendingin yang dialirkan ke dalam kondensor oleh pompa. Penampung berbentuk kubus yang terbuat dari plastik dan dapat menampung media pendingin hingga 50 liter. Gambar penampung media pendingin ditunjukkan pada Gambar 3.16.
commit to user
Gambar 3.16 Penampung Media Pendingin 11. Gelas Ukur
Gelas ukur digunakan untuk menampung dan mengukur kuantitas bio-oil hasil proses pirolisis. Pengukuran bio-oil mengunakan satuan mL kapasitas gelas ukur yang digunakan pada penelitian ini dapat menampung bio-oil hingga 100 mL Gambar gelas ukur dapat dilihat pada Gambar 3.17.
Gambar 3.17 Gelas Ukur 12. Neraca Digital
Neraca digital adalah alat yang digunakan untuk menimbang biomassa pada pengujian dengan satuan gram. Hasil pengukuran ditampilkan pada layar digital yang terdapat pada neraca. Kapasitas pengukuran beban maksimum adalah 5 kg, dengan ketelitian pengukuran 1 gr. Gambar neraca digital dapat dilihat pada Gambar 3.18.
commit to user
Gambar 3.18 Neraca Digital 13. Kertas TBA
Kertas TBA adalah kertas yang digunakan sebagai segel agar tidak terjadi kebocoran pada reaktor pada saat pengujian. Kertas TBA juga memiliki sifat tahan panas, sehingga sulit untuk terbakar dan cocok digunakan pada temperatur tinggi. Gambar kertas TBA ditunjukkan pada Gambar 3.19.
Gambar 3.19 Kertas TBA Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah:
1. Limbah Aren Padat
Limbah aren padat pada penelitian ini berasal dari sisa home industry produksi mi sohun di Desa Bendo, Kecamatan Tulung, Kabupaten Klaten.
Limbah aren yang diuji pada proses pirolisis sebagai biomassa harus dikeringkan terlebih dahulu, sehingga tidak mengalami penurunan massa. Pengujian pirolisis menggunakan biomassa limbah aren padat dengan berat 1 kg untuk sekali pengujian. Limbah aren ditunjukkan pada Gambar 3.20.
commit to user
(a) (b)
Gambar 3.20 (a) Limbah Aren Padat Basah dan (b) Limbah Aren Padat Kering E. Teknik Analisis Data
Eksperimen performa kondensor shell and tube ini menggunakan teknik analisis data deskriptif, kuantitatif, komparatif. Data hasil pengukuran dianalisis secara komparatif untuk mencari pemecahan masalah melalui perbandingan hubungan sebab akibat dengan faktor-faktor yang diteliti.
commit to user
F. Prosedur Penelitian 1. Diagram Alur Penelitian
Gambar 3.21 Alur Penelitian
25”
commit to user
2. Studi Pustaka
Studi pustaka merupakan kegiatan untuk mencari literatur atau bahan kajian mengenai tema skripsi kondensor shell and tube untuk menyusun proposal skripsi dan laporan. Setelah selesai dan mendapatkan izin penelitian, kemudian dilanjutkan pelaksanaan eksperimen.
3. Pelaksanaan Penelitian dan Pengumpulan Data
a. Langkah eksperimen kondensor shell and tube tiga cabang. Diameter pipa 26 mm, dengan cabang berdiameter 22 mm, dan arah aliran media pendingin searah dengan datangnya fluida uap.
1) Persiapan
a) Mempersiapkan alat penelitian.
b) Memasang termokopel pada reaktor dan kondensor.
c) Memasang pipa kondensor shell and tubedengan variasi jumlah tiga cabang pipa.
d) Mengisi kondensor dengan air pendingin menggunakan pompa searah datangnya fluida uap.
e) Memasang gas tank dan oil tank.
f) Meletakkan gelas ukur di bawah oil tank.
g) Menyiapkan tabel untuk mencatat hasil pengujian.
2) Pengujian
a) Memanaskan reaktor sampai suhu 400oC.
b) Mengukur suhu air pendingin kondensor.
c) Mengukur laju aliran pendingin kondensor.
d) Mengukur kuantitas bio-oil yang dihasilkan dengan interval 5 menit selama 25 menit.
e) Mencatat hasil pengukuran ke dalam tabel pengujian.
b. Langkah eksperimen kondensor shell and tube tiga cabang. Diameter pipa 26 mm, dengan cabang berdiameter 22 mm dan arah aliran media pendingin berlawanan arah dengan datangnya fluida uap.
commit to user
1) Persiapan
a) Mempersiapkan alat penelitian.
b) Memasang thermokopel pada reaktor dan kondensor.
c) Memasang pipa kondensor shell and tubedengan variasi jumlah tiga cabang pipa.
d) Mengisi kondensor dengan air pendingin menggunakan pompa berlawanan arah datangnya fluida uap.
e) Memasang gas tank dan oil tank.
f) Meletakkan gelas ukur di bawah oil tank.
g) Menyiapkan tabel untuk mencatat hasil pengujian.
2) Pengujian
a) Memanaskan reaktor sampai suhu 400oC.
b) Mengukur suhu air pendingin kondensor.
c) Mengukur laju aliran pendingin kondensor.
d) Mengukur kuantitas bio-oil yang dihasilkan dengan interval 5 menit selama 25 menit.
e) Mencatat hasil pengukuran ke dalam tabel pengujian.
c. Langkah eksperimen kondensor shell and tube dua cabang. Diameter pipa 26 mm, dengan cabang berdiameter 22 mm dan arah aliran media pendingin searah dengan datangnya fluida uap.
1) Persiapan
a) Mempersiapkan alat penelitian.
b) Memasang thermokopel pada reaktor dan kondensor.
c) Memasang pipa kondensor shell and tubedengan variasi jumlah dua cabang pipa.
d) Mengisi kondensor dengan air pendingin menggunakan pompa searah datangnya fluida uap.
e) Memasang gas tank dan oil tank.
f) Meletakkan gelas ukur di bawah oil tank.
g) Menyiapkan tabel untuk mencatat hasil pengujian.
2) Pengujian commit to user
a) Memanaskan reaktor sampai suhu 400oC.
b) Mengukur suhu air pendingin kondensor.
c) Mengukur laju aliran pendingin kondensor.
d) Mengukur kuantitas bio-oil yang dihasilkan dengan interval 5 menit selama 25 menit.
e) Mencatat hasil pengukuran ke dalam tabel pengujian.
d. Langkah eksperimen kondensor shell and tube dua cabang. Diameter pipa 26 mm, dengan cabang berdiameter 22 mm dan arah aliran media pendingin berlawanan arah dengan datangnya fluida uap.
1) Persiapan
a) Mempersiapkan alat penelitian.
b) Memasang thermokopel pada reaktor dan kondensor.
c) Memasang pipa kondensor shell and tubedengan variasi dua jumlah cabang pipa.
d) Mengisi kondensor dengan air pendingin menggunakan pompa berlawanan arah datangnya fluida uap.
e) Memasang gas tank dan oil tank.
f) Meletakkan gelas ukur di bawah oil tank.
g) Menyiapkan tabel untuk mencatat hasil pengujian.
2) Pengujian
a) Memanaskan reaktor sampai suhu 400oC.
b) Mengukur suhu air pendingin kondensor.
c) Mengukur laju aliran pendingin kondensor.
d) Mengukur kuantitas bio-oil yang dihasilkan dengan interval 5 menit selama 25 menit.
e) Mencatat hasil pengukuran ke dalam tabel pengujian 4. Mencatat hasil pengukuran ke dalam tabel pengujian analisis data
Data hasil penelitian kemudian dianalisis menggunakan teknik deskriptif, kuantitatif, dan komparatif yaitu dengan mengamati secara langsung hasil pengukuran. Data yang didapat berupa jumlah bio-oil yang dihasilkan tiap variasi kondensor dengan interval waktu lima menit. Data tersebut diubah menjadi grafik commit to user
untuk mempermudah dalam analisis.
5. Kesimpulan
Berdasarkan data tabel dan grafik dilakukan analisis dan ditarik kesimpulan.
Penarikan kesimpulan merujuk pada tujuan dan hipotesis Bab II yang ingin dibuktikan kebenarannya. Kesimpulan pada penelitian ini akan dijabarkan di Bab V.
commit to user
commit to user
