BAHAN DAN METODE. mesin gerinda, termometer, alat tulis, kalkulator, komputer dan kamera.

Transkripsi

1 BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian inidilakukan di Laboratorium Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian, dimulai pada bulan Mei sampai dengan Juli Bahan dan Alat Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah mesin las, las kuningan, mesin bor, kunci pas, kunci ring, sarung tangan, timbangan, ember, mesin gerinda, termometer, alat tulis, kalkulator, komputer dan kamera. Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah badan reaktor berupa pipa stainless stell 201, limbah polimer dari berbagai jenis plastik yang termasuk polipropiena sebanyak 2 kg, tempurung kelapa sebanyak 15 kg, baut, mur, cat dan thinner, air dan es batu. Metodologi Penelitian Dalam penelitian ini, metode yang digunakan adalah studi literatur (kepustakaan), melakukan eksperimen dan melakukan pengamatan tentang alat pengolah limbah plastik yang telah ada. Kemudian dilakukan perancangaan bentuk dan pembuatan/perangkaian komponen-komponen alat. Setelah itu, dilakukan pengujian alat dan pengamatan parameter. Metodologi penelitian secara lengkap akan dijelaskan pada bagian di bawah ini: 1. Identifikasi masalah: Identifikasi masalah dilakukan untuk mengetahui permasalahan yang terjadi di lingkungan secara umum yang terkait dengan bidang penerapan energi 29

2 30 terbarukan dan menemukan kemungkinan pemecahan masalah atau solusi yang dapat dilakukan untuk dijadikan bahan penelitian. 2. Pengumpulan informasi dan studi literatur: Pengumpulan informasi dan studi literatur dimaksudkan untuk mempelajari penelitian-penelitian sebelumnya yang diperoleh dari sumber buku, jurnal baik pada jurnal nasional maupun internasional yang terkait dengan permasalahan yang ditemukan dan solusi dari pemacahan masalah tersebut. Pada penelitian ini studi literatur diperlukan untuk mengetahui dari sifat fisik dan kimia dari berbagai jenis plastik yang termasuk Polypropylene (PP), mengetahui bagaimana proses pirolisis plastik berlangsung, mengetahui prinsip dari kondensasi sehingga plastik mengalami perubahan fase dan berubah menjadi minyak/bahan bakar, mengetahui sistem pindah panas pada reaktor. 3. Rancangan struktural 1. Reaktor. Reaktor berbentuk silinder, pada tutup reaktor dilengkapi dengan lubang keluaran gas hasil pirolisis sebagai tempat keluarnya gas yang terhubung langsung dengan kondenser. 2. Kondensor. Kondensor pada sistem ini merupakan kondenser berpendingin air/es yang terbuat dari pipa stainless steel. Yang dilengkapi dengan pipa berbentuk spiral. Kondenser berfungsi untuk menangkap gas hasil pirolisis plastik dan mengkondensasikan asap tersebut menjadi bentuk cair. Kondenser yang dirancang terbuat dari pipa stainless steel.

3 31 3. Ruang pembakaran Sumber energi pada pirolisis ini yang digunakan adalahtempurung kelapa untuk melakukan pemanasan. Termometer digunakan untuk melakukan kontrol terhadap suhu pemanasan di dalam reaktor. Pemanas diletakkan diluar reaktor tepat di dasar reaktor. 4. Pipa penghubung Pipa Penghubung terletak diantara reaktordengan kondensor, bagianini dirancang dengan satu sisi terdapat kerucut cerobong yangmenempel pada cerobong asap, dan satu sisi lain menempel pada pipakondensor. Pipa penghubung berfungsi sebagai jalur aliran asap dari cerobong menuju kondensor. Fungsinya untuk menurunkan suhu asap polimer sebelum masuk ke kondensor. 5. Pipa Spiral (Helical coil) Terbuat dari stainless steel pipa helical coil ini dipasang di dalam kondensor. Kegunaanya untuk mengkondensasi asap hasil pirolisis. 6. Penutup Reaktor Terbuat dari stainless steel 201. Untuk menutup reaktor saat terjadi proses pirolisis. Berbentuk kerucut yang disambungkan dengan dengan pipa penghubung uap asap menuju kondensor. 7. Termometer analog 3 inci Untuk melihat suhu yang dicapai di dalam reaktor. 8. Rangka Rangka memiliki fungsi utama sebagai penyangga kokoh seluruh badan kondensor dan reaktor saat kondensor beroperasi dan juga

4 32 maupun saat tidak dioperasikan. Rangka juga berfungsi sebagai pemberi jarak antara outlet kondensor dengan permukaan tanah agar tidak bersentuhan langsung. 4. Analisis teknik Analisis teknikpada penelitian ini merupakan metode yang akan digunakan dalam penentuan dimensi dari : 1. Reaktor yang akan dirancang. Analisis teknik dari reaktor yang akan dirancang memiliki dimensi tinggi reaktor yaitu 30 cm, diameter 50 cm,dengan volume reaktor ,46566 m 3. Perhitungan analisis teknik dari reaktor yang akan dirancang dapat dihitung dengan rumus : ρ = m / v (32) dimana : ρ = massa jenis plastik pp (kg/m 3 ) m = massa plastik pp (kg) v = volume plastik pp (m 3 ) Analisis teknik dari perhitungan ini dapat dilihat pada Lampiran (2) 2. Panjang kondensor Panjang kondensor menjadi penentu apakah gas hasil pirolisis polimer polipropilena dapat dikondensasikan menjadi bentuk cair. Terdapat beberapa data yang dibutuhkan dalam penentuan panjang kondensor, diantaranya adalah - kondisi suhu pada sistem ( o C), - suhu gas keluaran yang diharapkan (Tg),

5 - suhu gas yang masuk kedalam kondensor, - suhu lingkungan ( ), - dan suhu udara yang melewati kondensor. - Pipa yang digunakan pipa aluminium dengan karakteristik diameter luar (d o ) dan dalam (d i ) dengan satuan m dan konduktifitas termal (K) dengan satuan W/m. Adapun dimensi dari panjang kondensor yang akan dirancang adalah diameter luar yaitu 1,27 cm, maka panjang kondensor 252 cm. Panjang kondensor tersebut dikurang 50 cm untuk menjadi pipa penghubung. Perhitungan dimensi ini dapat dilihat pada Lampiran (3) dengan merujuk ke Persamaan (17). 3. Penentuan tinggi tabung spiral dan jumlah lilitan. Adapun dimensi jumlah tabung spiral sebanyak 51 lilitan dengan tinggi 98 cm. Perhitungan tinggi tabung spiral dan jumlah lilitan ini dapat dilihat pada Lampiran (4) dengan merujuk ke Persamaan (19) dan (20). 4. Tungku Pembakaran Adapun dimensi dari tungku yaitu dengan tinggi 20 cm, panjang 50 cm, lebar 50 cm dengan volume cm 3. Perhitungan analisis teknik ini menggunakan Persamaan (32), secara lengkap perhitungan dapat dilihat pada Lampiran (5). 4. Gambar teknik. Gambar teknik harus memperhatikan dimensi dari mesin dan skala. Gambar teknik dilakukan dengan bantuan aplikasi Solidwork. Setelah analisis 33

6 34 teknik diperoleh dimensi kemudian dibuat dan dibentuk gambar teknik yang dapat dilihat pada Lampiran (6). Prosedur pengujian Alat Prosedur pengujian kondensor adalah sebagai berikut : Persiapan Bahan 1. Menimbang plastik yang akan didestilasi. 2. Membersihkan dan memotong plastik yang akan didestilasi dengan ukuran. 3. Memasukkan plastik kedalam alat. 4. Menimbang tempurung kelapa yang akan dikeringkan. 5. Menyiapkan dan mengeringkan tempurung kelapa sebagai bahan bakar. 6. Memasukkan tempurung kelapa melalui lubang pembakaran. 7. Menimbang plastik yang akan dipirolisis. 8. Membersihkan dan memotong plastik yang akan dipirolisis. 9. Memasukkan plastik kedalam alat. 10. Menimbang tempurung kelapa yang akan dikeringkan. 11. Menyiapkan dan dikeringkan tempurung kelapa sebagai bahan bakar. 12. Memasukkan tempurung kelapa melalui lubang pembakaran. Prosedur Pengujian Alat : 1. Memasang alat ukur suhu titik yang telah ditentukan. 2. Reaktor ditutup ditutup rapat. 3. Pipa penyalur asap dihubungkan dengan lubang keluaran yang ada ditutup reaktor. 4. Ujung pipa penyalur di hubungkan dengan kondensor.

7 5. Pada ujung pipa kondensor diletakkan wadah untuk menampung asap cair yang dihasilkan. 6. Mengukur dan mencatat suhu selama proses pengarangan dan kondensasi berlangsung. 7. Penghitungan waktu dimulai sampai dihasilkan asap cair. Parameter Penelitian Kapasitas Efektif Alat (liter/jam) Kapasitas efektif alat dilakukan dengan menghitung banyaknya asap cair yang dihasilkan (liter) tiap satuan waktu yang dibutuhkan selama proses pembakaran (jam) (lihat Persamaan 21). Rendemen (%) Perhitungan rendemen dilakukan setelah proses pengolahan limbah polimer dengan cara membagi berat asap cair yang dihasilkan (kg) dengan berat bahan yang akan diolah (kg) ( Persamaan 33) dalam satuan persen (Purwono, 2002). Rendemen (33) 35

8 36 Analisis Ekonomi Biaya Pemakaian Alat Pengukuran biaya pemakaian alat dilakukan dengan cara menjumlahkan biaya yang dikeluarkan yaitu biaya tetap dan biaya tidak tetap (biaya pokok). 1. Biaya tetap Biaya tetap terdiri dari - Biaya penyusutan (metode sinking fund) (Persamaan 23). - Biaya bunga modal dan asuransi (Persamaan 24). Diperkirakan bahwa biaya pajak adalah 2% per tahun dari nilai awalnya. 2. Biaya tidak tetap Biaya tidak tetap terdiri dari: - Biaya bahan bakar (Rp/Kg) (Persamaan 25). - Biaya perbaikanpada reaktor sebagai tempat pembakaran (Persamaan 26) - Biaya karyawan/operator yaitu biaya untuk gaji operator. Biaya ini tergantung kepada kondisi lokal, dapat diperkirakan dari gaji bulanan atau gaji pertahun dibagi dengan total jam kerjanya Break even point Manfaat perhitungan titik impas (break event point) adalah untuk mengetahui batas produksi minimal yang harus dicapai dan dipasarkan agar usaha yang dikelola masih layak untuk dijalankan atau dengan kata lain tidak memperoleh keuntungan dan tidak menderita rugi. Pada kondisi ini income yang diperoleh hanya cukup untuk menutupi biaya operasional tanpa adanya keuntungan. Perhitungan titik impas (break event point) ini dapat dihitung dengan Persamaan (27) (Purnomo, 2004).

9 Net Present Value (NPV) Identifikasimasalah kelayakan financial dianalisis dengan metode analisis financial dengan kriteria investasi. Net present value adalah kriteria yang digunakan untuk mengukur suatu alat layak atau tidak untuk diusahakan. NPV adalah selisih antara biaya investasi di masa sekarang dan keuntungan bersih di masa yang akan datang (Persamaan 28). Identifikasi masalah kelayakan finansial dianalisis dengan menggunakan metode analisis finansial dengan kriteria investasi. Kriterianya yaitu : - NPV > 0, berarti usaha yang telah dilaksanakan menguntungkan. - NPV < 0, berarti sampai dengan t tahun investasi proyek tidak menguntungkan. - NPV = 0, berarti tambahan manfaat sama dengan tambahan biaya yang dikeluarkan. Internal Rate of Return (IRR) IRR adalah suatu tingkat suku bunga yang mengurangi harga sekarang dari serangkaian pemasukan dan serangkaian pengeluaran menjadi nol (Persamaan 29). IRR digunakan untuk mengetahui kemampuan untuk dapat memperoleh kembali investasi yang sudah dikeluarkan dapat dihitung dengan menggunakan IRR. IRR juga digunakan untuk memperkirakan kelayakan lama (umur) perbaikan suatu alat atau mesin pada tingkat keuntungan tertentu. 37

10 HASIL DAN PEMBAHASAN Optimasi Alat Pengolahan Limbah Polimer Pertanian Alat pengolahan limbah polimer pertanian yang dirancang merupakan modifikasi dari rancangan alat Mandatya, 2015 (Lampiran 17) yaitualat pengolahan limbah polimer pertanian. Tujuan alat ini dirancang adalah untuk mengoptimalkan hasil minyak dari alat pengolahan limbah polimer. Optimalisasi adalah sebuah proses(aktivitas/kegiatan) untuk mencari solusi terbaik dalam beberapa masalah,dimana yang terbaik sesuai dengan kriteria tertentu. Alat Mandatya (2015) dirancang kembali karena rumus dan teori yang digunakan pada perancangan, khususnya untuk pengolahan limbah polimer ini tidak dilampirkan analisis teknik pengukurannya serta sedikitnya kuantitas minyak yang dihasilkan. Oleh karena itu peneliti termotivasi untuk mendesain kembali alat pengolahan limbah mengoptimalkan alat pengolahan limbah polimer tersebut, peneliti merancang ulang mesin pengolahan limbah polimer dengan mengubah rancangan ruang pembakaran, reaktor serta kondensor berbentuk spiral agar proses pada pirolisis lebih optimal. Pada alat ini, reaktor yang dirancang berbentuk persegi panjangdan pada kondensor tidak terdapat pipa ulir, namun air di dalam pipa kondensor tetap bisa mengalir dengan bantuan pompa air. Ruang pembakaran terbuat dari stainless steel dengan dimensi panjang 50 cm, lebar 50 cm, dan tinggi 40 cm, alat pengolahan limbah polimer memiliki desain reaktor berbentuk seperti kubus. Kondensor memiliki bentuk menyerupai tabung yang terbuat dari aluminium dengan dimensi dengan panjang 100 cm dan diameter lingkaran 10 cm. Di dalam kondensor terdapat air yang mengalir dengan bantuan pompa. 38

11 Dalam proses perancangan suatu alat maupun mesin pertanian yang perlu diperhatikan adalah dimensi alat dan jenis bahan yang digunakan dalam pembuatan alat. Dimensi alat menunjukkan ukuran panjang, lebar dan tinggi alat. Ukuran alat dan massa alat yang telah diketahui dapat memudahkan dalam proses pembuatan alat dalam skala besar. Pemilihan jenis bahan dalam pembuatan suatu alat sangat mempengaruhi keawetan, kelayakan dan kualitas dari alat tersebut, sebagai contohnya adalah alat yang akan digunakan untuk memproduksi bahan yang akan dikonsumsi maka bagian dari alat tersebut harus berupa konstruksi anti karat seperti halnya aluminium dan stainless steel. Menurut Setiawan (2014), yang menyatakan bahan yang merupakan syarat utama sebelum melakukan perhitungan komponen pada setiap perencanaan pada suatu mesin atau peralatan harus dipertimbangkan terlebih dahulu pemilihan mesin atau peralatan lainnya. Selain itu pemilihan bahan juga harus selalu sesuai dengan kemampuannya. Jenisjenis bahan dan sifat-sifat bahan yang akan digunakan, misalnya tahan terhadap keausan, korosi dan sebagainya. Dalam hal ini rancangan optimasi alat pengolahan limbah pada rancangan yang sekarang dengan rancangan sebelumnya memiliki hasil yang lebih besar dibandingkan alat Mandatya (2015) dan alat Cahyono, dkk. (2016). Pada optimasi pengolahan limbah memiliki waktu yang lebih panjang jika dibandingkan dengan alat pengolahan limbah sebelumnya karena semakin lama waktu pemanasan minyak yang dihasilkan semakin banyak. Akbar, dkk., (2013) yang menyatakan bahwa waktu berpengaruh pada produk yang akan dihasilkan karena, semakin lama waktu proses pirolisis berlangsung produk yang dihasilkannya (residu padat, tar, dan gas) makin naik. Namun lebih kecil 39

12 40 dibandingkan dengan alat Budidan Ismanto (2016) dikarenakan kuantitas minyak yang diperoleh lebih besar. Hal ini disebabkan oleh bahan bakar yang digunakan berbeda dengan bahan bakar alat-alat yang sebelumnya. Pada alat sebelumnya menggunakan bahan bakar berupa limbah pertanian yaitu ranting pohon, cangkang kelapa sawit serta tempurung kelapa sedangkan pada alat Budidan Ismanto (2016) menggunkan gas LPG sebagai bahan bakar, dimana pada proses pirolisis dibutuhkan suhu yang tetap konstan untuk mendapatkan kuantitas minyak yang lebih tinggi. Alat pengolahan limbah polimer pertanian Mandatya (2015) telah merancang memiliki kelebihan di kondensor. Kelebihan dari alat pengolahan limbah polimer terdapat pada kondensornya, dimana air yang berada pada kondensor tersebut mengalir dengan bantuan pompa sehingga mampu menjaga suhu pada ruang kondensor tetap konstan. Menurut Darsam (2009),kondensor menggunakan pendingin air dapat digunakan untuk mendinginkan komponen zat yang melewati kondensor tersebut dari berwujud uap menjadi berwujud cair. Adapun kekurangan dari alat pengolahan limbah polimer Mandatya (2015) ini adalah kuantitas jumlah hasil dari pengolahan limbah polimer tersebut masih kurang dibandingkan dengan alat-alat pengolahan limbah polimer lainnya yaitu sebesar 53,3 ml/kg dengan rendemen sebesar 16%. Namun, pada penelitian Cahyono, dkk. (2016)rata-rata rendemen penelitian pengolahan limbah polimer yang telah dilakukan berkisar 36-44%. Rancang bangun optimasi alat pengolahan limbah polimer pertanian yang telah dilakukan menghasilkan dimensi ruang pembakaran dengan panjang 50 cm, lebar 30 cm dan tinggi 25 cm. Hal ini didasarkan pada standar ukuran tungku 40

13 dengan maksimal sebesar cm. Ketentuan ukuran ini tidak terlalu diharuskan dan dapat dimodifikasi sesuai kondisi yang dijumpai di lapangan,tetapi perubahan tersebut akan berpengaruh terhadap lama waktu pembakaran (Haris dan Kresno, 2005). Melihat saran dari Mandatya, 2015 menyatakan bahwa harus dilakukan penambahan batu bata pada ruang pembakaran, karena hal tersebut sesuai dengan pernyataan (Haris dan Kresno, 2005) bahwa ukuran tungku dimodifikasi sesuai dengan kondisi di lapangan. Tujuan dari ruang pembakaran adalah untuk menaikkan suhu pada kondensor maka alat pengolahan limbah polimer ini didesain dengan ruang pembakaran yang tidak terlalu tinggi sehingga panas yang dihasilkan suhu pada reaktor dapat mencapai suhu maksimal pembakaran. Hal ini sesuai dengan pernyataan Ahmad, dkk., (2011) bahwa desain tungku dimaksudkan untuk perpindahan panas, sehingga proses pemindahan panas bisa optimal dan dapat meminimalisir kehilangan panas yang terjadi dalam perjalanan udara panas dari ruang bakar menuju ruang pemanasan. Reaktor yang dirancang berbentuk tabung dengan diameter 50 cm dan tinggi 30 cm. Perancangan reaktor berbentuk tabung bertujuan agar reaktor dapat menampung bahan baku (plastik) lebih banyak serta proses pembakaran di dalam reaktor dapat lebih singkat. Hal ini seperti yang dilakukan Prima (2011) dalam mendesain tempat pembakaran arang berupa drum,yang bertujuan agar proses karbonisasi pembakaran (bahan baku) dapat berlangsung lebih singkat dari proses yang ada sekarang dengan hasil arang berkadar fixed carbon tinggi.selama proses pirolisis, suhu dijaga harus tetap konstan, apabila menurun maka kuantitas tetesan minyak akan menurun (Gambar 6). Urutan penaikan suhu yang telah dilakukan pada reaktor dimulai dari menit 0-25 mencapai suhu 150 o C, menit ke

14 42 mencapai suhu 250 o C, menit ke mencapai suhu 300 o Cdimana pada menit ke 45 terjadi tetesan pertama minyak hasil pirolisis. Kemudian suhu terus naik maksimal sampai 380 o C selama 3 jam hingga tidak ada lagi minyak yang menetes. Namun pada penelitian ini terdapat penurunan suhu pada menit ke dengan suhu 360 o C (Gambar 5). Besar api yang digunakan berpengaruh terhadap kenaikan dan penurunan suhu didalam ruang reaktor yang menyebabkan terjadinya kenaikan/penurunan hasil dari pirolisis yang dilakukan. Artinya semakin besar api, maka semakin cepat suhu meningkat sehingga tetesan minyak semakin cepat. Sedangkan bila api semakin kecil, maka semakin menurun suhu didalam reaktor yang menyebabkan tetesan minyak semakin melambat, sehingga laju perpindahan panas didalam reaktor menjadi melambat dan menyebabkan gas yang dihasilkan berkurang. Hal inilah yang menjadi faktor utama penyebab rendemen minyak beragam sesuai dengan pernyataantrianna dan Rochimoellah (2002) yang menyatakan nilai kalor merupakan besar energiyang dapat dilepaskan oleh suatu bahanbakar. Nilai kalor ini dapat menunjukkankualitas dari suatu bahan bakar. Semakinbesar nilai kalor dari suatu bahan bakarberarti ini menunjukkan semakin besarpula energi panas yang dapat dilepaskanuntuk melakukan proses pembakaranmaupun pemindahan kalor. 42

15 Suhu ( o C) Gambar 5. Grafik Peningkatan Suhu Pada penelitian ini kondensor didesain berbentuk tabung dengan diameter 13 cm dan tinggi 100 cm. Kondensor yang disesain tersebut berisi pipa spiral yang terbuat dari aluminium dengan dimensi panjang 252 cm dan jumlah lilitan sebanyak 51. Kegunaan dari kondensor pada penurunan suhuadalah untuk mengubah uap menjadi minyak. Air yang digunakan memiliki suhu 25 o C, yang diisi ke dalam kondensor untuk membantu proses penurunan suhu sehingga dapat mengubah uap menjadi cairan (minyak). Pendinginan merupakan suatu proses perpindahan panas dari uap yang bersuhu tinggi ke air yang bersuhu rendah. Sistem pindah panas yang terjadi pada kondensor tersebut dimana uap yang mengalir dari reaktor memiliki suhu yang berbeda dengan suhu kondensor. Di dalam kondensor terjadi dua proses perpindahan panas yaitu perpindahan panas secara konduksi dan secara konveksi. Konduksi panas terjadi ketika uap memindahkan panasnya ke air melalui perantara dinding kondensor, sedangkan pindah panas konveksi panas terjadi pada aliran air di kondensor. Hal ini sesuai dengan pernyataan McCabe et al. (2005) bahwa konveksi paksa adalah perpindahan panas yang mana dialirannya tersebut berasal dari luar, seperti dari 43

16 44 blower atau kran dan pompa. Konveksi paksa dalam pipa merupakan persolaan perpindahan konveksi untuk aliran dalam atau yang disebut dengan internal flow. Pada proses pendinginan terjadi dua macam proses perpindahan panas yaitu perpindahan panas secara konduksi dan perpindahan panas secara konveksi. Proses pembuatan bahan bakar cair ini, air yang ada didalam kondensor mengalami kenaikan suhu.hal tersebut dikarenakan proses perpindahan panas yang terjadi antara fluida dingin (air) dan fluida panas (uap) yang dihasilkan dari proses pirolisis. Tabung destilasi berisi pipa spiral yang terbuat dari aluminium dengan dimensi panjang 252 cm dengan jumlah lilitan sebanyak 51. Penggunaan pipa spiral dalam penelitian ini bertujuan untuk mempercepat proses destilasi. Hal ini sesuai dengan pernyataan Kurniawan, dkk., (2015) yang menyatakan bahwa jenis pipa spiral membuat laju perpindahan panas pada helical coil lebih besar disebabkan adanya secondary flowsehingga mempercepat proses destilasi pada bahan baku. Alasan lain penggunaan pipa spiral adalah mudah disambungkan dan tidak mudah patah. Pada proses penggunaan optimasi alat pengolahan limbah polimer secara bertahap suhu akan naik hingga maksimal 380 o C sehingga menguapkan minyak yang kemudian mengalir melalui pipa penghubung dan mengalami proses kondensasi atau perubahan fase dari uap menjadi cair saat masuk ke dalam pipa spiral. Dalam hal ini suhu air kondensor berada pada suhu 25 o C-27 o C, untuk menjaga suhu air diberi es batu agar suhu air tidak meningkat. Pada suhu 280 o C menit ke-45 minyak keluar dari keran kondensor yang terhubung dengan pipa reaktor. Hal sesuai dengan pernyataan Kato et al., (2002) bahwa termoplastik 44

17 utama mulai melebur dan mencair antara 70 dan 170 C, tergantung pada jenis resin, kemurnian bahan dan kehadiran aditif. Termal degradasi polimer terjadi ketika molekul dipecah oleh depolimerisasi plastik, yang terjadi antara 200 C dan 500 C. Optimasi alat pengolahan limbah polimer pertanian pada penelitian ini dan penelitian sebelumnnyamemberikan hasil yang berbeda. Jika dibandingkan dengan alat yang belum dioptimasi berbeda dengan alat yang sudah dioptimasi. Dimana kuantitas alat yang sudah dioptimasi lebih tinggi dari alat yang belum dioptimasi. Hasil dari alat pengolahan limbah polimer pertanian yang tertinggisebesar 107 ml minyak selama 2 jamdengan rendemen sebesar 16%dari 1 kg plastik (Mandatya, 2015), menurut Cahyono, dkk. (2016), yang memiliki desain sama seperti optimasi alat pengolahan limbah polimer ini, namun bedanya terdapat penampungan tar serta blower(lampiran 20), menghasilkan volume minyak yang tertinggi sebesar 440 ml selama 3 jam dengan rendemen 44% dan menurut Budidan Ismanto (2016), yang memiliki desain (Lampiran 21) seperti Mandatya (2015) menghasilkan volume minyak yang tertinggi sebesar 700 ml selama 1,20 jam dengan rendemen sebesar 70% dari 1 kg sedangkan setelah alat Mandatya (2015) dioptimasi dapat menghasilkan volume minyak sebanyak 240 ml selama 3 jam dengan rendemen 24% dari 1 kg plastik jenis polypropylena. Sumber panas yang digunakan selama proses pirolisis pada penelitian Mandatya (2015) memakai cangkang kelapa sawit sebanyak 15 kg dengan nilai kalor sebesar kj/kg atau 3.881,15 kkal dengan waktu pemakaian selama 2,25 jam, sedangkan pada alat optimasi pengolahan limbah memakai tempurung 45

18 46 kelapa sebanyak 15 kg dengan nilai kalor kj/kg atau 4.349,90 kkal dengan waktu pemakain selama 3 jam (Tabel 2). Tempurung kelapa dipilih sebagai bahan bakar pada penelitian ini karena memiliki nilai kalor yang lebih besar dibandingkan dengan cangkang kelapa sawit, selain itu tempurung kelapa lebih mudah didapat di daerah perkotaan. Namun, pada alat Cahyono, dkk. (2016) menggunakan kayu sebagai bahan bakar sebanyak 24 kg dengan nilai kalor kj/kg atau 3582,68 kkaldalam waktu pembakaran selama 3 jam (Tabel 2) sertabahan baku label kemasan plastik mineral (HDPE) sebanyak1 kg. Tabel 2. Perbedaan pemakaian sumber panas pada kedua alat pengolahan limbah polimer Karakteristik Alat (a) Alat (b) Alat (c) Bahan Bakar Cangkang Kelapa Tempurung Kelapa Kayu sawit Nilai Kalor (kj/kg) Jumlah (kg) 16, Minyak yang dihasilkan 53,3 80* 146,6 (ml/jam) Rendemen 16% 24% 44% Keterangan:Alat (a) : Alat pengolahan limbah polimer pertanian (Mandatya, 2015); Alat (b) : Optimasi pengolahan limbah polimer pertanian Alat (c) : Pirolisis sampah plastik (Cahyono, dkk., 2016) * : Dengan bahan baku 1 kg. Pemakaian limbah sebagai sumber panas memang lebih efisien jika ditinjau dari pengolahan limbah, namun kurang efisien jika digunakan untuk waktu yang sangat lama, karena dalam proses pirolisis dibutuhkan temperatur yang konstan untuk menghasilkan minyak yang maksimal. Pada penelitian ini suhu konstan terjadi pada menit , yaitu berkisar antara 320 o C (Gambar 5) selama selang waktu ini pula,tetesan minyak yang keluar lebih banyak, sedangkan pada menit ke jumlah tetesan minyak yang dihasilkan lebih sedikit dan setelah menit ke kuantitas minyak tidak beraturan (Gambar 6). Hal ini sesuai dengan literatur Akbar, dkk., (2013) yang menyatakan 46

19 bahwa produk pirolisis selain dipengaruhi oleh suhu dan waktu, juga oleh laju pemanasan. Waktu berpengaruh pada produk yang akan dihasilkan karena, semakin lama waktu proses pirolisis berlangsung produk yang dihasilkannya (residu padat, tar, dan gas) makin naik.meningkatnya temperatur pirolisis menyebabkan semakin besar pula unsur- unsur dalam kayu pelawan yang terurai dan terkondensasikan menjadi asap cair. Gambar 6. Peningkatan Jumlah Minyak (ml) Dari penelitian diketahui jarak antar tungku dan reaktor sangat menentukan jumlah kalor yang sampai ke dalam reaktor. Pada alat pengolahan limbah polimer terdapat jarak antara tungku dan reaktor sebesar 40 cm.minyak yang dihasilkan alat ini sebesar 120 ml/kg (Mandatya, 2015), sedangkan pada alat yang sudah dioptimasi jarak antara tungku dan reaktor diperkecil menjadi 20 cm. Minyak yang dihasilkan 240 ml/kg. Perbedaan jarak antara tungku dengan reaktor menyebabkan perbedaan suhu didalam reaktor. Dengan kata lain, jarak antara tungku dengan reaktor adalah salah satu faktor yang berkaitan dengan 47

20 48 peningkatan suhu didalam reaktor. Hal ini sesuai dengan literatur Rhoshid (2016) yang menyatakan bahwa temperatur udara pada tungku berpengaruh terhadap temperatur udara pada reaktor pembakaran gas hasil pirolisis, rata-rata temperatur pembakaran tertinggi berada pada temperatur udara 30 C sebesar 383,6 C yang dapat mempengaruhi hasil dari pirolisis. Makadapat disimpulkan bahwa nilai laju perpindahan panas yang terjadi di dalam kondensor mempengaruhi jumlah minyak plastik yang dihasilkan (Haryadi, 2015). Residu dari hasil pirolisis 2 kg limbah plastik pada ketiga ulangan yaitu sebesar 800gr, 820gr dan 850gr. Residu yang pertama bertekstur agak keras serta susah dibentuk dan berwarna kuning kehitaman. Residu yang kedua bertektur lebih lembut dari yang pertama serta bisa dibentuk dan berwarna kuning kehitaman dan residu yang ketiga bertekstur lembut seperti plastisin yang mudah dibentuk dan berwarna kehitaman. Hal ini sesuai dengan pernyataan(meirizia, dkk., 2012) dikarenakan titik leleh dari plastik PP tersebut adalah o C sehingga plastik PP dinyatakan mengalami proses pirolisis yang sempurna. Pada suhu tersebut plastik berubah wujud menjadi cair dan hanya sebagian kecil yang berubah wujud menjadi gas, kemudian plastik dalam wujud cair tersebut berubah bentuk menjadi bentuk yang solid ketika proses pemanasan terhenti. 48

21 Kapasitas Efektif Alat Kapasitas efektif alat menunjukkan produktivitas alat selama pengoperasian tiap satuan waktu. Kapasitasefektif alat diukur dengan membagi volume minyak yang dihasilkan terhadap waktu yang dibutuhkan selama pengoperasian alat merujuk pada Persamaan (21).Pengujian dilakukan sebanyak tiga kali ulangan untuk masing-masing bahan sebanyak 2 kg dengan waktu 3 jam. Asap cair hasil pirolisis yaitu minyak, keluar setelah 45 menit dari proses awal pirolisis. Asap cair yang mengandung minyak akan keluar sedikit demi sedikit secara berangsur-angsur. Pirolisis dinyatakan selesai apabila asap cair yang keluar sudah tidak menetes lagi. Asap cair ditampung sementara di gelas ukur. Tabel 3. Kapasitas efektif alat Ulangan Volume (ml) Waktu (jam) Kapasitas Efektif Alat (ml/jam) I II ,66 III ,33 Rata-rata Tabel 3 menunjukkan nilai kapasitas efektif alat tertinggi pada ulangan ketiga yaitu 153,33 ml/jam dengan volume minyak 460 ml. Kapasitas efektif ratarata adalah 150 ml/jam. Kapasitas efektif alat dipengaruhi oleh kelayakan alat besar api yang digunakan dan suhu air kondensor. Besar api yang digunakan berpengaruh terhadap kenaikan dan penurunan suhu didalam ruang reaktor yang menyebabkan terjadinya kenaikan/penurunan hasil dari pirolisis yang dilakukan. Dengan kata lain, semakin besar api maka semakin cepat suhu meningkat sehingga tetesan minyak semakin cepat. Sedangkan bila api semakin kecil, maka semakin menurun suhu didalam reaktor yang menyebabkan tetesan minyak semakin melambat. Pada kondensor harus diperhatikan adalah suhu air, karena 49

22 50 pipa yang menghubungkan antara reaktor dan kondensor menghantarkan panas dari reaktor. Air dalam kondensor diberi es untuk menjaga suhu agar tetap normal seperti yang dinyatakan oleh McCabe et al. (2005) bahwa proses pindah panas adalah perpindahan energi antar bidang satu ke bidang yang lain dengan disertai perubahan temperatur pada dua bidang tersebut. Kondensor memiliki kapasitas penampungan air sebesar 27 L dan dapat digunakan maksimal 9 jam/hari. Bahan yang digunakan untuk proses pirolisis dapat diganti sesuai dengan kebutuhan dan bahan tersebut harus sesuai dengan alat pengolahan limbah. Pada pengujian di lapangan, perlu diperhatikan penggunaan api, jika terlalu kecil akan menghambat proses pendidihan plastik dan api akan mati.jika terlalu besar tetesan minyak akan semakin meningkat, namun harus dijaga suhunya agar tetap konstan pada suhu o C sehingga proses pirolisis berjalan dengan baik. Rendemen Perhitungan rendemen dilakukan untuk mengetahui seberapa besar minyak yang dihasilkan oleh alat dalam memproduksi minyak tiap satuan berat bahan yang diolah, merujuk perhitungan rendemen pada Persamaan 33.Dari tiga ulangan yang dilakukan, rendemen tertinggi terdapat pada ulangan tiga yaitu 29%, rendemen terendah pada ulangan pertama yaitu 24 % (dapat dilihat pada Tabel 4). Hal ini disebabkan oleh api yang terlalu kecil dan tidak konstan kemudian mati selama beberapa menit karena proses pemasukan bahan bakar tempurung kelapa yang tidak tepat/ tidak stabil, sehingga menyebabkan proses penguapan dapat melambat. Rendemen rata-rata dari ketiga ulangan tersebut adalah 26,6%. Hal ini sesuai dengan pernyataan Akbar, dkk. (2013) yang menyatakan bahwa produk 50

23 pirolisis selain dipengaruhi oleh suhu dan waktu, juga oleh laju pemanasan.pirolisis adalah suatu proses penguraian bahan kimia yang hanya menggunakan energi panas. Pirolisis yang menghasilkan karbon disebut dengan karbonisasi.pembuatan karbon berpori menyimpulkan bahwa semakin tinggi suhu pirolisis maka luas permukaan karbon berpori akan semakin besar, semakin lambat laju pemanasan/ramprate maka luas permukaan karbon berpori akan semakin besar. Lamanya holding time/thermal soak time (waktu proses pirolisis) akan berpengaruh pada proses pembentukan dan pemantapan pori.luas permukaan karbon berpori merupakan salah satu karakteristik yang mempengaruhi besarnya kapasitas adsorpsi dan kemampuan penyerapan adsorbat (zat yang dijerap), semakin luas permukaan maka makin banyak zat yang teradsorpsi. Proses yang dapat menghasilkan karbon berpori adalah pirolisis (Amiruddin, dkk., 2012). Tabel 4. Rendemen Minyak Ulangan Berat Minyak (gr) Rendemen Minyak (%) I II III Rata-rata ,6 Rendemen minyak plastik hasil pirolisis yang diperoleh pada penelitian ini lebih besar dibanding penelitian sebelumnnya dimana hasil rendemen tertinggi pada penelitian sebelumnnya berkisar 16% Mandatya (2015), Sedangkan pada penelitian ini diperoleh rendemen berkisar 24-29%. Namun menurut Cahyono, dkk. (2016),rata-rata rendemen yang diperoleh dari pirolisis sampah plastik berkisar 36-44% dan menurut Budidan Ismanto (2016), pengolahan sampah plastik jenis PP, PET dan PE Menjadi Bahan Bakar Minyak mempunyai rata-rata rendemen sebesar 70%. Pada penelitian ini rendemen yang dihasilkan masih 51

24 52 rendah dari rendemen alat-alat yang sudah ada. Hal ini dikarenakan oleh beberapa faktor seperti faktor suhu lingkungan, bahan bakar dan bahan baku yang berbeda. Dimana suhu lingkungan yang tidak stabil dapat mempengaruhi kinerja alat, bahan bakar yang berbeda juga mempengaruhinya karena alat yang mencapai rendemen tertinggi tersebut memakai kompor gas serta bahan baku polypropilena yang digunakan yang memiliki kandungan minyak yang lebih banyak. 52

25 Analisis Ekonomi Analisis ekonomi digunakan untuk menentukan besarnya biaya yang harus dikeluarkan saat produksi menggunakan alat ini. Dari analisis ekonomi dapat diketahui seberapa besar biaya produksi sehingga keuntungan alat dapat diperhitungkan. Tabel 5. Analisis Ekonomi Tahun BT (Rp/tahun) BTT (Rp/jam) BP (Rp/Kg) , , , , , , , , , ,94 Dari Tabel 5 dan Lampiran 8 dapat dilihat hasil analisis ekonomi yang dilakukan diperoleh biaya untuk menghasilkan minyak plastik berbeda tiap tahun,yaitu sebesarrp ,81/ml pada tahun pertama, Rp ,75/ml pada tahun kedua, Rp ,48/ml pada tahun ketiga, Rp ,50/ml pada tahun keempat, Rp ,94/ml pada tahun ke lima. Hal ini disebabkan perbedaan nilai biaya penyusutan tiap tahunnya sehingga mengakibatkan biaya tetap alat tiap tahunnya berbeda juga. Biaya untuk menghasilkan minyak plastik merupakan biaya yang harus dikeluarkan untuk setiap proses pirolisis, dimana biaya proses pirolisis ini sudah mencakup biaya modal, biaya perbaikan, biaya operator, sehingga dengan mengetahui biaya proses pirolisis yang harus dikeluarkan maka kita dapat menentukan berapa biaya (upah) yang akan dibayarkan oleh konsumen untuk setiap kali proses pirolisis dalam proses pirolisis per ml. 53

26 54 Break Event Point (BEP) Menurut Purnomo (2004), analisis titik impas umumnya berhubungan dengan penentuan tingkat produksi minyak untuk menjamin agar kegiatan usaha yang dilakukan dapat membiayai sendiri, selanjutnya dapat berkembang sendiri. Serta memperoleh keuntungan dan tidak menderita rugi. Dalam analisis ini, keuntungan awal dianggap sama dengan nol. Dari perhitungan yang dilakukan (Lampiran 9), alat pengolahan limbah polimer pertanian ini akan menghasilkan break event point jika menghasilkan minyak sebesar 200,149ml/tahun (Persamaan 27). Net Present Value (NPV) NPV adalah kriteria yang digunakan untuk mengukur suatu alat layak atau tidak untuk diusahakan. Dari perhitungan yang telah dilakukan (Lampiran 10) diperoleh nilai NPV dengan suku bunga 4,75 % adalah Rp ,87. Hal ini berarti usaha ini layak dijalankan karena nilai NPV lebih besar daripada nol (Rp ,87 > 0). Hal ini sesuai dengan pernyataan Giatman (2006) yang menyatakan bahwa kriteria NPV, yaitu jika NPV > 0, berarti usaha tersebut menguntungkan dan layak untuk dikembangkan. NPV < 0, berarti sampai dengan t tahun investasi proyek tidak menguntungkan dan tidak layak untuk dilaksanakan(persamaan 28). Internal Rate of Return (IRR) Internal Rate of Return (IRR) digunakan untuk memperkirakan kelayakan lama (umur) pemilikan suatu alat atau mesin pada tingkat keuntungan tertentu. Dari perhitungan yang dilakukan (Lampiran 11) diperoleh nilai IRR yaitu 26,5 % 54

27 (Persamaan 29), artinya usaha pengolahan limbahuntuk menghasilkan bahan bakar minyak masih layak untuk dijalankan jika peminjaman modal di bank pada suku bunga di bawah 26,5 %. Semakin tinggi bunga pinjaman di bank, maka keuntungan yang diperoleh akan semakin kecil. 55

28 56 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan 1. Optimasi yang dilakukan pada alat pengolahan limbah polimer terdapat pada ruang pembakaran, reaktor serta kondensor. 2. Alat yang belum dioptimasi memiliki ruang pembakaran memiliki desain berbentuk persegi panjang dengan tinggi 50 cm, lebar 50 cm, dan tinggi 50 cm, ruang reaktor memiliki desain berbentuk persegi panjang dengan tinggi 50 cm, lebar 50 cm dan tinggi 40 cm, dan ruang kondensor memiliki panjang pipa 100 cm dengan diameter 10 cm. 3. Alat yang sudah dioptimasi memiliki ruang pembakaran berbentuk persegi panjang dengan tinggi 20 cm dan lebar 50 cm dan panjang 50 cm, ruang reaktor diameter 50 cm dan tinggi 30 cm dan ruang kondensor terdapat pipa berbentuk spiral sebanyak 51 lilitan dengan panjang 252 cm dan diameter pipa 1,27 cm serta tinggi kondensor 100 cm. 4. Kapasitasefektif alat tertinggi adalah pada ulangan ketiga yaitu 153,33 ml/jam dengan volume minyak 460 ml. Kapasitas efektif rata-rata adalah 150 ml/jam. 5. Rendemen tertinggi pada alat yang sudah dioptimasi terdapat pada ulangan ketiga yaitu sebesar 29% dan rendemen terendah pada ulangan pertama yaitu 24 %,sedangkan pada alat sebelumnya memiliki rendemen sebesar 16 %. 56

29 6. Biaya untuk proses menghasilkan minyak plastik sebesar Rp ,81/ml pada tahun pertama, Rp ,75/ml pada tahun kedua, Rp ,48/ml pada tahun ketiga, Rp ,50/ml pada tahun keempat, Rp ,94/ml pada tahun ke lima. 7. Nilai Break Event Point (BEP) dari tahun pertama sampai tahun ke lima adalah 200,149ml/tahun. 8. Nilai Net Present Value (NPV) 4,75 % sebesar Rp ,87, alat dinyatakan layak untuk digunakan.nilai Internal Rate of Return (IRR) adalah 26,5 %. Saran 1. Diharapkan pada penelitian selanjutnya menggunakan kompor gas untuk pembakaran selanjutnya agar suhu tidak turun naik, melainkan konstan. 2. Dan bila ingin menggunakan bahan bakar dari limbah pertanian, sebaiknya bisa menjaga api agar tidak terlalu nyala sehingga sampai ke tutup reaktor dan mampu menjaga api agar tetap hidup karena bila tidak maka suhu akan turun dan kuantitas minyak tidak maksimal. 57