19 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN A. Tempat dan Waktu 1. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di ECCL Pendidikan Teknik Mesin FKIP UNS.
Pendaur ulangan limbah ban bekas dan pengambilan data proses pirolisis berupa hasil kuantitas steel wire, fuel-oil dan black-carbon dan kualitas fisik nyala api synthetic-gas.
2. Waktu Penelitian
Proses penelitian inixberlangsung dari bulan Februari s.d Juli 2018. Waktu penelitian terhitung setelah proses pengajuan judul hingga penyelesaian laporan skripsi, yang terdiri dari kegiatan sebagai berikut:
a. Pengajuan Judul : Februari 2019 b. Penyusunan Proposal Skripsi : Februari-Maret 2019 c. Seminar Proposal Skripsi : Maret 2019
d. Revisi Proposal Skripsi : Maret 2019 e. Mengajukan Surat Penelitian : Maret 2019 f. Observasi dan Penelitian : April-Mei 2019 g. Penyusunan Laporan Skripsi : Juni-Juli 2019 h. Ujian Skripsi : Juli 2019
i. Revisi Skripsi : Juli-Agustus 2019
B. Rancangan/ Desain Penelitian
Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimen. Kegiatan yang dilakukan adalah mempersiapkan limbah ban bekas, alat pirolisis, analisis data. Pengambilan dan analisis data dilakukan dengan:
1. Pengambilan data produksi kuantitas fuel-oil temperatur 4000C, 5000C dan 6000C pada proses pirolisis.
2. Proses filtrasi, dilakukan dengan menggunakan dua jenis filtrat yaitu zeolite aktif dan karbon aktif yang kemudian dihitung penyusutan volume masing-masing fuel-oil dari proses pirolisis cepat.
3. Proses sidementasi, dilakukan selama minimal 24 jam agar tar yang mengendap kemudian bari dulakukan penyaringan dan menghitung penyusutan volume fuel- oil.
4. Pengamatan nyala api synthetic-gas pada proses pirolisis cepat limbah ban bekas pada temperatur 4000C, 5000C dan 6000C.
5. Pengambilan data produksi kuantitas black-carbon 4000C, 5000C dan 6000C yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar dalam bentuk briket.
6. Pengambilan data produksi kuantitas steel-wire 4000C, 5000C dan 6000C pada pirolisis cepat yang dapat dimanfaatkan sebagai pengolahan besi dan baja.
C. Teknik Pengumpulan Data 1. Identifikasi Variabel
Penelitian ini terdapat 3 variabel, yaitu variabel bebas, variabel terikat, dan variabel kontrol.
a. Variabel bebas
Variabel bebas penelitian ini adalah limbah ban bekas dengan suhu pirolisis cepat 4000C, 5000C, 6000C, waktu sidementasi 24 jam atau 1 hari dan proses filtrasi karbon aktif dan zeolite.
b. Variabel terikat
Variabel terikat adalah kuantitas produk pirolisis cepat (steel-wire, black-carbon, dan fuel-oil), nyala api synthetic-gas, dan penurunan kuantitas fuel-oil.
c. Variabel kontrol
Variabel kontrol adalah alat pirolisis. Berikut bagian dari alat pirolisator yang digunakan, adalah:
a) Tabung reaktor
Tabung reaktor yang digunakan menggunakan material stainless steel dengan ukuran diameter 250 mm dengan tinggi 200 mm.
b) Pengapian
Pengapian yang dilakukan menggunakan kompor gas yang memiliki panas yang stabil.
c) Pipa penampung asap cair
Pipa penampung asap cair menggunakan pipa gavalon dengan ukuran diameter 50 mm, tebal 20 mm dan panjang 300 mm.
d) Pipa untuk kondensor
Pipa kondensor dibuat dalam bentuk spiral dengan ukuran 800 mm.
e) Bak Pendingin
Bak pendingin yang dibuat langsung untuk merendam pipa kondensor yang berguna sebagai tempat mengalirnya air dalam proses pendinginan asap cair. Bak pendingin air dari ember plastik dengan ukuran 1000 mm x 500 mm.
f) Penampung zat cair
Penampung zat cair atau asap cair yang dihasilkan menggunakan gelas ukur dengan ukuran 100 ml.
2. Metode Pengumpulan data
Metode pengumpulan data yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode pengukuran dan pengamatan.
Tabel 3.1 Data yang diperlukan
Data Jenis data Sumber
Massa limbah ban bekas
Primer Pengukuran langsung
Kecepatan proses pirolisis
Primer Pengukuran lansgung
Volume fuel-oil variasi suhu
Primer Pengukuran lansgung
Penyusutan Sedimentasi
Primer Pengukuran langsung
Penyusutan filtrasi zeolite
Primer Pengukuran langsung
Penyusutan filtrasi karbon
Primer Pengukuran langsung
Pengujian pengapian synthetic-gas
Primer Pengukuran langsung
Kuantitas steel-wire Primer Pengukuran langsung Kuantitas black-
carbon
Primer Pengukuran langsung
D. Instrumen Penelitian
Instrumen penelitian yang digunakan untuk memperoleh data-data dari variable bebas dan variable kontrol adalah:
1. Bahan penelitian
Bahan Penelitian yang digunakan yakni limbah ban bekas, zeolite dan karbon
(a) (b) (c)
Gambar 3.1 bahan penelitian (a) limbah ban bekas (b) zeolite (c) karbon aktif
2. Alat penelitian dan pengujian a. Pirolisator
Alat Pirolisis dapat digunakan untuk mengkonversi biomassa (limbah organic ataupun limbah anorganik menjadi fuel-oil. Alat pirolisis memiliki kapasitas pembakaran 4 kg.
Gambar 3.2 Pirolisator
(Sumber:Dokumentasi Pribadi, 2019) 1) Tabung reaktor
Tabung reaktor yang digunakan menggunakan material stainless steel dengan ukuran diameter 250 mm dengan tinggi 200 mm.
Gambar 3.3 Tabung Reaktor (Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2019)
2) Pipa penampung asap cair
Pipa penampung asap cair menggunakan pipa gavalon dengan ukuran diameter 50 mm, tebal 20 mm dan panjang 300 mm.
Gambar 3.4 Pipa Penghubung (Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2019) 3) Pipa untuk kondensor
Pipa kondensor dibuat dalam bentuk spiral dengan ukuran 800 mm.
Gambar 3.5 Pipa Kondensor (Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2019) b. Timbangan
Timbangan digunakan untuk menimbang limbah ban bekas yang dimasukkan kedalam reaktor. Timbangan ini memiliki ketelitian 1 g.
Gambar 3.6 Timbangan
(Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2019)
c. Gelas Ukur
Gelas ukur digunakan untuk mengukur kuantitas fuel-oil yang dihasilkan dari proses pirolisis. Gelas ukur yang digunakan dengan spesifikasi 100 ml.
Gambar 3.7 Gelas Ukur
(Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2019) d. Saringan
Saringan digunakan untuk menyaring char yaitu black-carbon dan steel- wire dengan ukuran saringan mesh 30.
Gambar 3.8 Saringan Mesh 30 (Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2019) e. Sikat Baja
Sikat baja digunakan untuk membersihkan gelas ukur karena hasil fuel- oil yang keruh.
Gambar 3.9 Sikat baja
(Sumber Dokumentasi Pribadi, 2019)
f. Kunci Pas
Kunci pas digunakan untuk mengencangkan dan mengendorkan tutup reaktor. Kunci pas yang digunakan ukuran 12.
Gambar 3.10 Kunci pas
(Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2019) g. Termokopel
Termokopel adalah alat yang digunakan untuk membaca suhu. Untuk termokopel bagian kiri untuk mengukur suhu pada alas rekator, sedangkan termokopel bagian kanan digunakan untuk mengukur suhu didalam reaktor pirolisis.
Gambar 3.11 Termokopel (Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2019)
E. Teknik Analisis Data
Data yang diperoleh serta dianalisis dengan metode kuantitatif. Metode kuantitatif dilakukan untuk menganalisa hasil fuel-oil, steel-wire, black-carbon dan nyala api synthetic-gas.
F. Prosedur Penelitian 1. Alur Penelitian
Prosedur penelitian dibagi menjadi tiga tahap. Tahap awal, melakukan studi pustaka dan menentukan penelitian. Tahap pelaksanaan diawali dengan perencanaan dan pembuatan alat, pengumpulan limbah ban bekas dan pengujian.
Tahap akhir adalah pengolahan dan analisis data untuk pelaporan.
Gambar 3.12 Diagram Alir Penelitian
2. Pelaksanaan Penelitan dan Pengumpulan data a. Langkah pra-eksperimen
Langkah ini dilakukan untuk mengetahui spesifikasi alat pirolisis, serta penentuan bahan limbah yang digunakan yang akan dilakukan penelitian.
b. Langkah eksperimen
1. Pengolahan limbah ban bekas a) Menyiapkan limbah ban bekas.
b) Memotong ban bekas menjadi bermacam-macam ukuran.
c) Mengeringkan ban bekas jika ban tersebut dalam keadaan basah.
2. Proses pirolisis
a) Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.
b) Menimbang partikel-partikel ban bekas 1000 gr atau 1 kg.
c) Menyetel tungku pembakaran (reaktor) dengan menggunakan alat termokopel pada tiga titik reaktor, suhu yang diinginkan 4000C sambil menyalakan pompa air untuk mensirkulasi atau media pendingin dalam kondensor.
d) Mencatat hasil asap cair (fuel-oil) yang dihasilkan selama 5 menit sekali selama waktu 60 menit dalam proses pembakaran.
e) Mengukur asap cair yang dihasilkan dalam proses pirolisis cepat.
Asap cair dihasilkan dalam proses pirolisis cepat dengan variasi temperatur 4000C, 5000C, 6000C, dapat dihitung peningkatan kuantitas asap cair yang dihasilkan dari variasi suhu menurut persamaan (1), sebagai berikut:
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑤𝑎𝑙 x 100% = ……….. (1)
f) Mengamati nyala api synthetic-gas dari hasil proses pirolisis cepat.
g) Setelah 90 menit, tungku pembakaran dimatikan dan diambil sisa hasil pembakaran berupa steel-wire atau kawat dan black-carbon (karbon hitam) untuk dilihat dan ditimbang hasil padatan setelah proses pembakaran.
h) Bersihkan rekator dan mengulangi langkah 1 sampai dengan langkah 6 dengan menyetel suhu pembakaran ± 5000C dan 6000C.
3. Proses Sedimentasi
a) Menuangkan asap cair yang telah diukur volumenya kedalam wadah dengan penutup rapat, ini bertujuan tidak ada udara yang masuk.
b) Mendiamkan asap cair selama minimal 24 jam untuk mengendapkan tar yang terkandung dalam asap cair pirolisis.
c) Menyiapkan gelas ukur dan saringan yang telah dieri kapas, lalu tuangkan asap cair tersebut serta memeras kapas dan mengukur volume asap yang yang telah disaring.
d) Menghitung prosentase penurunan kuantitas hasil sedimentasi.
Perhitungan prosentase penurunan kuantitas hasil sedimentasi, ini dilakukan untuk mengetahui penyusutan volumen asap cair. Prosentase penyusutan hasil sedimentasi dapat dihitung menurut persamaan (2), sebagai berikut:
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑤𝑎𝑙−𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑤𝑎𝑙 x 100% = …………. (2)
4. Proses filtrasi
a) Menyiapkan gelas cukur dan saringan yang diberi katalis zeolit aktif kemudia asap cair yang telah disedimentasi dituangkan kedalam saringan.
b) Mencatat volume hasil filtrasi zeolit aktif dan menghitung penyusutan volume asap cair.
c) Mengulangi langkah 1 dan langkah 2 dengan mengganti filtrat zeolit dengan karbon aktif.
d) Menghitung prosentase efisiensi penyaringan fuel-oil dalam proses filtrasi.
Efisiensi penyaringan fuel-oil menggunakan proses filtasi menggunakan katalis berupa zeolit dan karbon aktif dapat dihitung menurut persamaan (3), sebagai berikut:
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑤𝑎𝑙−𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑤𝑎𝑙 x 100% = ………….(3)
5. Proses pengukuran kuantitas black carbon
a) Menyiapkan mangkuk sebagai tempat black carbon hasil pembakaran limbah ban bekas.
b) Mengambil char atau black-carbon diletakkan kedalam mangkuk tersebut.
c) Menimbang hasil kuantitas black-carbon menggunakan timbagan untuk diketahui berat black-carbon tersebut.
d) Lakukan langkah tersebut pada temperatur 4000C, 5000C, 6000C pada pirolisis cepat untuk mengetahui kuantitas black-carbon tersebut.
e) Menghitung prosentase penuruan kuantitas hasil black-carbon pada setiap kenaikan temperatur tersebut.
Prosentase penurunan atau penyusutan black-carbon dapat dihitung jika dalam proses pirolisis cepat terjadi penurunan kuantitas black-carbon, karena semakin besar temperatur semakin kecil char yang dihasilkan. Berikut cara menghitung penyusutan black-carbon dapat dihitung menurut persamaan (4), sebagai berikut:
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐴𝑤𝑎𝑙−𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐴𝑘ℎ𝑖𝑟
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑤𝑎𝑙 x 100% = ……(4)
6. Proses pengukuran kuantitas steel-wire
a) Memisahkan hasil pembakaran pirolisis steel-wire dengan black- carbon dari dalam reaktor.
b) Menggunakan saringan berukuran mesh 12 untuk memisahkan steel wire dengan black carbon.
c) Menimbang hasil kuantitas steel-wire menggunakan timbangan.
c. Langkah analisis data
Setelah mendapatkan data hasil eksperimen, kemudian data dianalisis dan diolah menggunakan teknik analisa deskriptif kuantitatif dengan mengamati data yang diolah dari data tersebut ditarik kesimpulan dari hasil eksperimen yang dilakukan. Data yang diperoleh kemudian dibuat dalam bentuk grafik dan tabel untuk mempermudah dalam proses analisa perbandingan hasil eksperimen dan penarikan kesimpulan. Analisa data dilakukan untuk membandingkan pengaruh suhu pirolisis cepat terhadap hasil produksi limbah ban bekas.
d. Kesimpulan
Berdasarkan data yang sudah disajikan dalam bentuk grafik dan tabel dari hasil eksperimen:
a) Data proses pirolisis.
b) Data fuel-oil sebelum dikatalis.
c) Data Sedimentasi.
d) Data filtrasi.
e) Data pengamatan warna dan nyala api dari synthetic-gas.
f) Data kuantitas black-carbon dan steel-wire..
Dari data diatas kemudian dilakukan pembahasan berupa analisa dan selanjutnya ditarik kesimpulan. Penarikan kesimpulan ini merujuk pada hipotesis BAB II yang akan dibuktikan. Kesimpulan akan dijabarkan pada BAB V pada skripsi ini.
