18

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

19

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

III IV

V VI

VII

20

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

21

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

22

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

23

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.

24

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%,

25

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.

26

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

27

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.