PERFORMANSI PIROLISIS FIXED BED DENGAN VARIASI KOMPOSISI BAHAN BAKAR BAN BEKAS DAN PLASTIK

Transkripsi

1 PERFORMANSI PIROLISIS FIXED BED DENGAN VARIASI KOMPOSISI BAHAN BAKAR BAN BEKAS DAN PLASTIK Oleh : Aang Hedi Surya Pembimbing : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST, MA.Sc, Ph.D Cok Istri Putri Kusuma Kencanawati, ST, M.Si ABSTRAK Bertambahnya jumlah penduduk yang meningkat berdampak pada permasalahan limbah terutama limbah berbahaya atau nondegradable seperti karet ban bekas dan plastik. Salah satu cara mengolah limbah padat menjadi liquid menggunakan proses pirolisis. Teknik pirolisis merupakan teknik pemanasan bahan bakar padat pada kondisi tanpa udara sehingga terjadi dekomposisi material yang mampu menghasilkan cairan mudah terbakar (flammable).sebuah reaktor pirolisis dibuat menggunakan bahan black steel yang dirancang mampu beroperasi pada temperatur tinggi sampai C. Reaktor mempunyai dimensi diameter 15cm dan tinggi 55cm terintegrasi dengan thermal sensor controller yang berfungsi mengatur panas heater pada dinding reaktor. Komposisi campuran bahan bakar divariasikan mengikuti skema I (100% ban bekas),ii (80% ban bekas, 20% plastik), III (70% ban bekas, 30% plastik), dan IV (60% ban bekas, 40% plastik) dengan massa input bahan bakar dibuat konstan sebesar 1 kilogram. Gas hasil proses pirolisis akan melalui sebuah alat penukar kalor tipe dua arah berpendingin air sehingga gas yang dihasilkan akan mengalami proses kondensasi. Hasil penelitian menunjukan bahwasemakin banyak komposisi plastik pada campuran bahan bakar akan meningkatkan jumlah volume liquid yang dihasilkan,hasil liquid dan efisiensi tertinggi terdapat pada variasi IV sebanyak 430ml dan 44,86%. Disamping itu sebagian besar plastik telah menguap lebih dulu dikarenakan titik leleh plastik yang rendah. Kata kunci: Ban bekas, plastik, pirolisis, performansi.

2 THE PERFORMANTION OF FIXED BED PYROLISIS WITH RUBBER WASTE AND PLASTIC FUEL COMPOSITION Author Guidance : Aang Hedi Surya : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST, MA.Sc, Ph.D Cok Istri Putri Kusuma Kencanawati, ST, M.Si ABSTRACT The increased of population make the increases of impact on waste problem, especially hazardous or nondegradable waste such as rubber tires and plastic. One of method to process solid waste into liquid is using pyrolysis process. The pyrolysis method is solid fuel heating technique without air condition until decomposition of materials able to produce flammable liquid. Black steel material was used for laboratory scale of reactor pyrolysis to working at high temperature. The output of reactor connected with counter flow heat exchanger for gas to liquid condensation process. Mass composition of plastic and tire follows the scheme 1 (100% rubber tire), 2 (80% tire; 20% plastic), 3 (70% tire; 30% plastic) and 4 (60% tire; 40% plastic). The temperature of reactor was controlled constant at 500 o C and total mass input into reactor is about 1 kg. The research results show that the domination plastic composition as fuel affected to increase the liquid produce at pyrolysis reactor process, the highest result of liquid and efficiency be found in variation IV is 430ml and 44,86%. Most of plastics have evaporated first because of plastics have the low melted point. Keywords: tire and plastic wastes, pyrolysis, performance

3 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul: Performansi Pirolisis Fixed Bed dengan Variasi Komposisi Bahan Bakar Ban Bekas dan Plastik Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Dr.Ir.I Ketut Gede Sugita, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST. MASc.Ph.D, selaku Dosen Pembimbing I dalam penulisan proposal skripsi ini. 3. Ibu Cok Istri Putri Kusuma Kencanawati, ST, M.Si. Selaku Dosen Pembimbing II dalam penulisan proposal skripsi ini. 4. Bapak I Gede Teddy Prananda Surya, ST, MT. Selaku Dosen Pembimbing Akademik. 5. Bapak/Ibu Dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin Universitas Udayana. 6. Kedua orang tua yang tidak luput memberikan semangat dan doa, serta kawan kawan Jurusan Teknik Mesin yang telah membantu dalam penyelesaian proposal skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terimakasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan proposal skripsi ini. Bukit Jimbaran, Agustus 2017 Penulis

4 DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN...ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii PERNYATAAN... iv ABSTRAK... v ABSTRACT... vi KATA PENGANTAR...vii DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL...xii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 4 BAB II DASAR TEORI Ban Plastik Polipropilena Pirolisis Faktor-faktor atau Kondisi yang Mempengaruhi Proses Pirolisis Jenis-jenis Reaktor Fluidized Bed Reaktor Fixed Bed Reaktor Analisa Komposisi Bahan Bakar Analisa Nilai Kalor Dasar Proses Pirolisis Zona Pengeringan/ Drying Zone Zona Pirolisis/ Pyhrolisis Zone Zona Oksidasi/Pembakaran Zona Reduksi/Gasifikasi... 18

5 2.7 Parameter-Parameter Penting dalam Proses Pirolisis Efisiensi Proses Pirolisis BAB III METODE PENELITIAN Lokasi Penelitian Variabel Penelitian Pengujian Sample Bahan Bakar Limbah Ban Bekas dan Plastik Pengujian Analisa Nilai Kalor dengan Menggunakan Bom Kalorimeter Bahan Penelitian Deskripsi Alat Pirolisis Fixed Bed Rangkaian Alat dan Langkah-langkah Penelitian Rangkaian Alat Langkah-langkah Penelitian BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Uraian Sampel Uji Data Penelitian Hasil Data Volume Liquid Hasil Data Arang Waktu Tetes Awal Hasil Pengolahan Data Distribusi Temperatur Reaktor Nilai Kalor Kesetimbangan Massa (Massa Balance) Efisiensi Konsumsi Bahan Bakar (Fuel Consume Rate) Pembahasan Hasil Liquid Data Hasil Arang Waktu Tetes Awal BAB V KESIMPULAN Kesimpulan Saran... 43

6 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 46

7 DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Ban Bekas... 5 Gambar 2. 2 Plastik Gelas Minuman Gambar 2. 3 Bentuk Reaktor Fluidized bed Gambar 2. 4 Single Bed Reaktor Gambar 2. 5 Multi Bed Reaktor Gambar 3. 1 Bom Kalorimeter Gambar 3. 2 Serbuk karet Ban Bekas Gambar 3. 3 Skematik Pirolisis Fixed bed Gambar 3. 4 Diagram Alir Gambar 4. 1 Ban Bekas dan Plastik Gambar 4. 2 Grafik Distribusi Temperatur Variasi I Gambar 4. 3 Grafik Distribusi Temperatur Variasi II Gambar 4. 4 Grafik Distribusi Temperatur Variasi III Gambar 4. 5 Grafik Distribusi Temperatur Variasi IV Gambar 4. 6 Grafik Perbandingan Efisiensi Bahan Bakar Gambar 4. 7 Hasil Liquid Variasi I, II, III, IV Gambar 4. 8 Grafik Perbandingan Volume Liquid yang Dihasilkan Gambar 4. 9 Hasil Arang Variasi I Gambar Hasil Arang Variasi II Gambar Hasil Arang Variasi III Gambar Hasil Arang Variasi IV Gambar Grafik Arang yang Dihasilkan Gambar Waktu Tetes Awal... 42

8 DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Komposisi pada Ban Bekas... 5 Tabel 2. 2 Fraksi-fraksi Minyak Bumi... 6 Tabel 2. 3 Karakteristik Plastik... 9 Tabel 2. 4 DataTemperatur Transisi dan Temperatur Lebur Plastik Tabel 2. 5 Perbandingan Sifat PP Tabel 3. 1 Pra uji analisis Limbah Ban Bekas dan Limbah Plastik Tabel 3. 2 Hasil Pirolisis Limbah Ban Bekas dan Plastik Tabel 3. 3 Waktu Penelitian Tabel 4. 1 Nilai Kalor Bahan Bakar Awal Tabel 4. 2 Hasil Volume Liquid Tabel 4. 3 Hasil Arang Tabel 4. 4 Waktu Tetes Awal Tabel 4. 5 Hasil Nilai Kalor Tabel 4. 6 Hasil Efisiensi... 36

9 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Minyak merupakan salah satu kebutuhan manusia yang masih di gunakan hingga saat ini. Sejak terjadinya krisis minyak pada pertengahan 1970-an, mengakibatkan harga bahan bakarminyak menjadi terus meningkat seiring dengan pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk yang semakin meningkat pula. Berbagai upaya untuk mencari dan mengembangkan energi alternatif dilakukan. Seiring bertambahnya jumlah penduduk berdampak pada permasalahan limbah yang semakin meningkat dari tahun ke tahun. Di Indonesia permasalahan limbah ini seperti dibiarkan berkembang. Penanganan limbah yang masih menggunakan metode landfill danopen-dump tentu saja kurang efektif karena tidak semua limbah dapat dengan mudah mengalami proses pembusukan. Disamping itu metode landfill danopen-dump tidak mampu mengurangi volume sampah jenis rubbis (tidak mudah membusuk) seperti plastik dan ban bekas. Sampah jenis ini tidak dapat teruraikan seiring dengan waktu, sehingga berdampak pada peningkatan timbunan sampah. Meningkatnya limbah ban bekas dan limbah plastik yang menumpuk mengakibatkan kerugian bagi lingkungan. Lambatnya proses penghancuran limbah secara alami dapat menggangu ekosistem lingkungan dan berdampak pada manusia. Perlu adanya proses alternatif daur ulang yang lebih baik dan menjanjikan mengingat limbah ban bekas dan plastik tergolong limbah padat yang tidak mudah terurai oleh alam. Salah satu cara yaitu mengkonversikan limbah padat menjadi liquid dengan menggunakan proses pirolisis. Pirolisis adalah salah satu pengolahan alternatif yang di pandang cukup prospektif untuk dikembangkan karena pirolisis memiliki beberapa keuntungan di antaranya memiliki rasio konversi yang tinggi, produk-produknya memiliki kandungan energi yang tinggi, produk-produk yang dihasilkan dapat ditingkatkan menjadi bahan dasar dalam keperluan lain serta pengontrolan proses yang lebih mudah bila di bandingkan dengan proses insenerasi (Hirmawanto dkk, 2010).Pirolisis merupakan proses perusakan (destructive) pada suatu bahan (mass) dengan menggunakan panas (thermal) yang dilakukan dalam keadaan tanpa oksigen atau sedikit oksigen. Dimana proses ini akan menghasilkan char (berujud padatan), gas dan tar (berujud liquid). Proses

10 pirolisis menggunakan sampah plastik dan ban bekas akan menghasilkan produk-produk yang dari segi ekonomi, bernilai tinggi. Adapun beberapa penelitian seputar pirolisis limbah padat menjadi produk cair, antara lain Susila A,dkk (2015) mengolah ban bekas menggunakan proses pirolisis menjadi bahan bakar cair katalis zeloit dalam suhu C dengan waktu 2-3jam diperoleh hasil berupa produk hidrokarbon cair jenis premium. LufinaI, dkk (2013) dalam penelitiannya pemanfaatan minyak hasil pirolisis ban bekas sebagai bahan bakar pada kompor rumah tangga, yang dibandingkan dengan minyak tanah, dimana minyak yang di hasilkan dari ban bekas di gunakan untuk memanaskan air, dalam 10ml minyak ban bekas efisiensi 20,75% dalam waktu 54menit dapat mendidihkan air. Penelitian mengenai pengolahan sampah plastik menjadi minyak, menggunakan proses pirolisis dilakukan oleh Aprian, dkk (2014) menujukan nilai kalor yang tidak jauh beda dengan minyak tanah, solar dan disel. Mustofa, k, D dan Fuad Z., (2014) mengolah sampah plastik menggunakan proses pirolisis menjadi minyak dalam suhu C, dari hasil penelitian ini dihasilkan nilai kalor 11,189 cal/g setara dengan BBM 11,245 cal/g. Penelitian ini di lakukan pada proses pirolisis menggunakan reaktor fixed bed (FB) dengan campuran antara ban bekas dengan plastik. Fixed bed (FB)adalah reaktor yang menggunakan bahan bakar padat yang diam dan zat pereaksi berfase gas. Reaksi yang terjadi adalah reaksi heterogen antara gas dan bahan bakar, reaksi ini berlangsung di atas permukaan bahan bakar yang di susun maka disebut dengan fixed bed (FB). Metode ini merupakan teknologi alternatif terbaik yang digunakan untung mengetahui efisiensi dan komposisi bahan bakar ban bekas menjadi cair. Penelitian ini bertujuan untuk megetahui performansi pirolisis dengan menggunakan limbah ban bekas dan plastik terhadap kualitas bahan bakar cair yang dihasilkan pada proses pirolisis ini. Peneliti memvariasikan antara limbah ban bekas yang berbahan dasar karet berupa biomassa dengan limbah plastik yang berbahan dasar dari minyak bumi. Dimana limbah ini ketersediaannya dan menjadi problem bagi lingkungan dikarenakan sulitnya terurai oleh alam. Dalam studi ini parameter temperatur pirolisis yang dikaji sebesar 500 o C, dikarenakan dari beberapa penelitian menunjukan hasil optimum diperoleh pada temperatur C. Untuk menghasilkan bahan bakar cairdari proses pirolisis, ban bekas dan plastikyang telah dipanaskan akan menjadi gas, lalu gas di kondensasi untuk mendapatkan hasil berupa liquid. Parameter lain yang mempengaruhi proses pirolisis dibuat konstan. Dalama penelitian ini akan dikaji untuk

11 mendapatkan komposisi terbaik antara pencampuran limbah ban bekas dengan limbah plastik menggunakan fixed bed reaktor. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan pemaparan latar belakang di atas maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh variasi komposisi campuran bahan bakar berupa limbah ban bekas dan plastik terhadap performansi pirolisis. Performansi tersebut meliputi efisiensi dan komposisi liquid yang dihasilkan. 1.3 Batasan Masalah Pembatasan masalah dimaksudkan untuk mencegah tidak melebarnya permasalah yang akan dibahas dalam penelitian ini antara lain: 1. Bahan yang digunakan yaitu limbah ban bekas dan plastik. 2. Temperatur lingkungan di sekitar reaktor dianggap konstan. 3. Asumsi suhu air pada tabung kondensor 5 0 C. 4. Pengukuran yang dilakukan dalam keadaan steady state. 5. Tidak membahas ukuran dan perlakuan bahan bakar. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi komposisi campuran bahan bakar berupa limbah ban bekas dengan plastik terhadap performansi pirolisis. Performansi tersebut meliputi efisiensi dan komposisi liquid yang dihasilkan. 1.5 Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari penelitian ini adalah: 1. Dapat mengelola limbah ban bekas sebagai pengganti bahan bakar alternatif pengganti minyak bumi, batubara dan gas. 2. Dapat mengurangi pencemaran lingkungan. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai acuan untuk penelitian selanjutnya.