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
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
IV III
V VI
VII
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
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
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
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.
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%,
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.
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
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.
