17
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia TPHP STIPAP, Bengkel Teknologi Pengolahan Hasil Perkebunan STIPAP, Laboratorium Kimia Politeknik Teknologi Kimia Industri, Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan, dan Laboratorium Fenomena Institut Teknologi Medan. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan April 2018 sampai Bulan September 2018.
3.2 Rancangan Penelitian
Dalam penelitian ini variabel penelitian adalah :
3.2.1 Variabel
a. Variabel tetap
1. Ukuran serat tandan kosong kelapa sawit dan sabut kelapa tua 40 mesh.
2. Diameter briket 2,15 cm 3. Panjang briket 5,5 cm.
4. Perekat briket menggunakan tepung tapioka sebanyak 10% terhadap bahan baku TKKS dan Sabut Kelapa Tua.
b. Variabel tidak tetap/bebas
Perlakuan Komposisi Tandan kosong kelapa sawit
Komposisi Sabut Kelapa Tua TST-1 100% 0% TST-2 75% 25% TST-3 50% 50% TST-4 25% 75% TST-5 0% 100%
18
3.2.2 Desain Penelitian
Tabel 3.1 Perlakuan ulangan pembuatan briket Ulangan 1 Ulangan 2 Ulangan 3
TST-1U1 TST-1U2 TST-1U3
TST-2U1 TST-2U2 TST-2U3
TST-3U1 TST-3U2 TST-3U3
TST-4U1 TST-4U2 TST-4U3
TST-5U1 TST-5U2 TST-5U3
3.3 Bahan dan Peralatan
Bahan penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah limbah pabrik kelapa sawit yaitu tandan kosong kelapa sawit, dengan bahan tambahan campuran adalah sabut kelapa tua dan tepung kanji sebagai perekatnya. Bahan tandan kosong kelapa sawit yang digunakan sebagai bahan penelitian ini berasal dari pabrik kelapa sawit Adolina PTPN IV, sabut kelapa tua diambil dari pasar tradisonal dan tepung kanji dibeli dari pasar tradisional.
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah : a. Drum pengarangan
b. Hydraulic press c. Alat cetakan briket
d. Tungku pembakaran briket e. Timbangan elektronik f. Drying oven
g. Bomb calory meter h. Stopwatch
3.4 Tahapan Penelitian
Menurut Wijayanti (2009) ada 4 tahapan dalam proses pembuatan biobriket, yaitu:
19
2. Tahap proses karbonisasi (pengarangan) 3. Tahap penghancuran arang
4. Tahap pencampuran perekat
3.4.1 Tahap Penyiapan Bahan Baku
Tahap ini bertujuan untuk mempersiapkan bahan–bahan yang akan digunakan dalam percobaan sehingga mempunyai bentuk yang seragam dan dapat dengan mudah digunakan dalam tahap selanjutnya. Adapun tahap penyiapan bahan baku dilakukan dengan mempersiapkan bahan baku yaitu tandan kosong kelapa sawit yang diambil dari pabrik kelapa sawit kemudian dan sabut kelapa tua yang diambil dari pedagang Kelapa di pasar tradisional dikeringkan selama 5 hari dengan tujuan agar pada saat proses karbonisasi (pengarangan) mendapatkan hasil arang yang baik untuk dijadikan briket arang. Setelah bahan baku kering dilanjutkan dengan karbonisasi.
3.4.2 Tahap proses Karbonasi (Pengarangan)
Tahap ini bertujuan untuk mengubah tandan kosong kelapa sawit dan sabut kelapa tua menjadi serbuk arang yang akan digunakan pada tahap selanjutnya.
Mengarangkan bahan, digunakan drum bekas yang telah bersih. Drum tersebut diberi lubang-lubang kecil dengan paku pada bagian dasar agar tetap ada udara yang masuk ke dalam drum. Tahapan kegiatan yang dilakukan dalam proses karbonisasi adalah drum dinaikkan ke atas tatakan batu bata yang membentuk pembakaran. Selanjutnya, seluruh bahan dimasukkan ke dalam drum dan api dinyalakan. Sekitar 10 menit akan terlihat asap putih dari atas drum yang menandakan bahwa pengarangan telah dimulai dari bagian dasar. Berangsur-angsur bahan dalam drum tersebut akan menyusut seiring dengan terjadinya pengarangan dibagian dalam drum. Arang yang akan digunakan harus
20
cukup halus untuk dapat membentuk briket yang baik. Ukuran serbuk arang dapat berpengaruh terhadap keteguhan tekan dan kecepatan pembakaran, selain itu ukuran partikel arang yang terlalu besar akan sukar pada waktu dilakukan perekatan, sehingga mengurangi keteguhan tekan briket arang yang dihasilkan. Sebaiknya serbuk arang yang akan digunakan digiling dan disaring untuk memperoleh ukuran 40 mesh.
3.4.3 Tahap Penghancuran Arang
Arang ditumbuk dengan dengan menggunakan cawan yang terbuat dari kaleng. Setelah ditumbuk kemudian serbuk arang yang telah jadi diayak dengan ayakan yang telah disediakan dengan ukuran mesh 20 dan mesh 40. Ampas hasil pengayakan di tumbuk kembali hingga semua bahan dapat dimanfaatkan. Setelah selesai pengayakan dilanjutkan dengan pencampuran perekat dan pengadukan.
3.4.4 Tahap Pencampuran Perekat
Perekat yang digunakan pada penelitian ini adalah tepung kanji. Setelah proses penghancuran dan pengayakan selesai kemudian serbuk arang dari hasil pengayakan dicampur dengan menggunakan perekat kanji cair. Dengan komposisi perekat : bahan baku 1 : 10. Setelah pencampuran selesai dilanjutkan dengan proses pencetakan. Bahan baku dimasukkan ke dalam cetakan yang berbentuk tabung dengan diameter 3 cm dan panjang 6 cm. Setelah bahan baku dimasukkan ke dalam cetakan dilakukan pengepresan agar bahan baku memadat dan perekat yang digunakan meresap kedalam pori-pori briket, sehingga briket tidak mudah pecah dan retak. Pengepresan bahan baku dilakukan dengan menggunakan alat press dengan daya tekan 15 kg/cm2.
Setelah proses pencetakan pada briket selesai maka dilakukan pengeringan selama 1 jam. Pengeringan briket dilakukan dalam oven pada suhu 105oC.
21
Kemudian dilakukan pengujian pada briket yang sudah jadi untuk mengetahui kualitas dari briket.
3.5 Pengamatan Penelitian
Tahap ini bertujuan untuk menganalisa karakteristik dasar dari briket arang yang dihasilkan. Karakteristik dasar itu antara lain nilai kalor (heating
value), kadar air (moisture), kadar abu (ash), densitas, daya tekan dan laju
pembakaran.
3.5.1 Analisa Nilai Kalor (heating value) (SNI 06-3730-1995)
Dilakukan pengujian di Laboratorium Fenomena Institut Teknologi Medan. Prosedur pengukuran nilai kalor (HHV):
1) Menimbang kurang lebih 1 gram sampel yang sudah di pisahkan kedalam cawan besi.
2) Menyiapkan rangkaian bom kalori meter, memasang cawan ke rangkaian bom kalorimeter.
3) Menghubungkan dengan kawat nikelin sepanjang 6 cm serta benang katun 12 cm dan menyentuhkan dengan sampel.
4) Memasukkan air sebanyak 2 liter ke dalam bejana bom kalori meter, lalu memasukkan rangkaian bom kalorimeter kedalam bejana.
5) Menutup rapat lalu isi dengan gas dengan tekanan 25 Bar.
6) Mengisi ember bom kalorimer dengan 2 liter air destilasi dan memasukkan kedalam jaket bom kalorimeter.
7) Memasukkan bejana bom kedalam ember kemudian ditutup. 8) Menjalankan mesin dan melihat suhu awal.
9) Setelah lima menit, menekan tombol pembakaran dan biarkan selama 7 menit.
10) Lihat suhu akhir dan matikan mesin. Nilai kalor briket dihitung dengan rumus:
22
- Low Heating Value (LHV) = HHV – 3240 (kJ/kg)
Dimana :
T1 = suhu air pendingin sebelum dinyalakan (oC) T2 = suhu air pendingin sesudah dinyalakan (oC) TKp = kenaikan suhu kawat penyala = 0,05 (0C). Cv = panas jenis alat = 73.529,6 (kJ/kg 0C)
3.5.2 Analisa Kadar Air ( Moisture) (SNI 06-3730-19955)
Alat yang digunakan untuk pengujian kadar air adalah oven, cawan porselin dan timbangan digital. Prosedur pengujian kadar air dilakukan dengan mengambil sampel yang akan diuji dan menimbangnya sebagai berat awal. Sampel tersebut kemudian ditempatkan didalam cawan porselin yang telah diketahui berat kosongnya. Cawan yang telah berisi sampel tersebut dipanaskan didalam oven bersuhu 105oC selama 2 jam sampai beratnya konstan. Kemudian cawan diangkat dengan menggunakan penjepit dan didinginkan dalam desikator selama 30 menit dan kemudian ditimbang.
K. Air =
Dimana :
W1 = Berat Sampel + Wadah Sebelum Dioven (g) W2 = Cawan Kosong (g)
W3 = Berat Sampel + Cawan Setelah Dioven (g)
3.5.3 Analisa Kadar Abu (Ash) (SNI 06-3730-1995)
Alat yang digunakan untuk pengujian kadar abu adalah furnace, cawan porselin dan timbangan digital. Prosedur pengujian kadar abu dilakukan dengan mengambil sampel yang akan diuji dan menimbangnya sebagai berat awal. Sampel tersebut kemudian ditempatkan didalam cawan
23
porselin yang telah diketahui berat kosongnya. Cawan yang telah berisi sampel tersebut dipanaskan didalam oven bersuhu 550oC selama 2 jam sampai beratnya konstan. Kemudian cawan diangkat dengan menggunakan penjepit dan didinginkan dalam desikator selama 30 menit dan kemudian ditimbang
K. Abu = x 100%
C. Organik = 100% - (K.Air + K.Abu) Dimana :
W1 = Berat Sampel + Wadah Sebelum Dioven (g) W2 = Cawan Kosong (g)
W3 = Berat Sampel + Cawan Setelah Dioven (g) W4 = Berat Sampel + Cawan Setelah Diabukan (g)
3.5.4 Densitas (Kerapatan)
Pengukuran densitas briket arang, alat-alat yang digunakan adalah timbangan digital, gelas ukur dan air. Cara kerjanya adalah :
1. Siapkan gelas ukur bervolume 500 ml, lalu masukan air sebanyak 300ml.
2. Timbang sampel briket yang mau diukur densitasnya.
3. Kemudian masukan briket tersebut ke dalam gelas ukur yang sudah berisi air, lalu hitung volume akhirnya. Berat briket dibagi volume, maka didapatlah densitas.
Kerapatan briket dapat dihitung dengan persamaan berikut :
𝛒= Dimana : ρ = kerapatan (g/cm3 ) m = massa (g) V = volume silinder (cm3)
24
3.5.5 Kuat Tekan (Hardness)
Uji kuat tekan dilakukan dengan menggunakan tensil test untuk mengetahui kekuatan briket arang dalam menahan beban dengan tekanan tertentu. Prosedur perhitungan kuat tekan briket arang yaitu :
1. Sebelum dilakukan perhitungan menggunakan mesin tensil test, briket arang terlebih dahulu dihitung luas permukaannya.
2. Selanjutnya dilakukan perhitungan dengan tensil test untuk diketahui daya tahan briket arang. Daya tahan briket arang dibagi luas permukaan maka akan didapatkan kuat tekannya.
Kuat tekan briket dapat dihitung dengan persamaan : Kn (kg/cm2) = Dimana : Kn = Kuat tekanan (Kg/cm2) Bn = Tekanan (Kg) OP = Luas (cm2) 3.5.6 Laju Pembakaran
Laju pembakaran adalah penggambaran berkurangnya bobot per satuan menit selama pembakaran. Pengurangan bobot semakin cepat memberikan laju pembakaran yang besar. Semakin besar laju pembakaran, maka menyala briket akan semakin singkat.
Prosedur perhitungan laju pembakaran briket arang yaitu :
1. Sebelum dilakukan pembakaran, briket arang harus ditimbang beratnya.
2. Setelah itu briket arang dibakar dan dihitung mulai dari briket arang mulai terbakar hingga habis menjadi abu.
25
3. Kemudian berat briket arang dibagi dengan waktu yang diperlukan hingga briket arang menjadi abu. Maka didapatkan laju pembakarannya
Lb (g/detik) = Dimana :
Lb = Laju pembakaran briket (g/detik) M = Berat briket (g)
26
3.6 Bagan Alur Penelitian
Mulai
Persiapan Bahan :TKKS, Sabut Kelapa Tua dan
Tepung Tapioka. Total bahan baku : 1kg/perlakuan
Alat : Drum Karbonisasi, Lesung, Ayakan 40 Mesh dan Oven (105°C)
Penentuan Metode Tempat & Waktu
Pembuatan Biobriket dengan pencampuran TKKS dan Sabut Kelapa Tua dengan komposisi :
1. Komposisi TST -1 (100gr)
2. Komposisi TST-2 (75gr : 25gr)
3. Komposisi TST-3 (50gr : 50gr)
4. Komposisi TST-4 (25gr : 75gr)
5. Komposisi TST-5 (100gr)
Analisa kualitas briket :
Nilai Kalor, Kadar Air ,Kadar Abu, Kerapatan, Daya Tekan, Laju Pembakaran.
Data Lab
Selasai
Pencetakan briket dengan diameter 2,15 cm dan panjang 5,5 cm cm
Pengeringan briket menggunakan oven dengan suhu 105⁰C
27 3.7 Jadwal Penelitian No Jadwal Kegiatan Bulan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Pengajuan Judul 2 Seminar Proposal 3 Pengumpulan Bahan Baku 4 Pengeringan dan Pencacahan 5 Pengarangan Bahan Baku 6 Penghalusan dan Penyaringan 7 Pengkomposisian Briket 8 Pencetakan Briket 9 Pengeringan Briket 10 Analisa Mutu 11 Analisa Data 2 12 Seminar hasil
