19 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 PENDAHULUAN Pada bab ini akan menjelaskan metode yang akan digunakan dalam Modifikasi, baik teknik dan tahap tahap yang dilakukan untuk memodifikasi. Pada bab ini juga menjelaskan teknik pengambilan data untuk menguji kinerja alat hasil modifikasi. 3.2 DIAGRAM ALIR PENELITIAN Pada bagian ini peneliti akan menampilkan diagram alir yang akan digunakan pada modifikasi alat reaktor dan analisis limbah plastik menjadi crude plastic oil. Pada gambar 3.1 kita dapat melihat langkah-langkah yang dipakai pada penelitian ini yang diilustrasikan dalam bentuk diagram alir. Penelitian dimulai dengan modifikasi alat menggunakan metode VDI 2222, kemudian untuk mengetahui efisiensi alat dilakukan dengan cara bahan plastik dimasukan dalam reaktor dengan temperatur yang variatif yaitu 150 o C, 200 o C, 250 o C, 300 o C dan 350 o C dalam waktu 240 menit. Setelah minyak hasil pembakaran tersebut telah didapatkan kemudian akan di verifikasi kandungannya di lembaga minyak dan gas atau LEMIGAS. Untuk detail penjelasan langkah-langkah perancangan akan dijelaskan pada sub-bab berikutnya.
20 MULAI Menganalisa Kerusakan Alat Reaktor Sebelumnya Mempersiapkan Alat dan Komponen yang Diperlukan Modifikasi Alat Reaktor Lama NO Uji Kinerja Alat YES Ferivikasi Hasil Minyak Dilemigas SSelesai Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
21 3.3 MODIFIKASI ALAT REAKTOR LAMA Tahapan modifikasi alat reaktor ini yang mengacu pada VDI 2222 (Verein Deutsche Ingenieur atau persatuan insinyur jerman). Pada VDI 2222 terdapat tiga tahap pokok yang harus dilakukan yaitu, merencana, mengkonsep dan merancang. Berikut ini diagram metode modifikasi untuk menyelesaikan tugas akhir ini: 3.3.1 Merencana Perencanaan meliputi pengumpulan data spesifikasi alat, analisa kegagalan reaktor lama dan penyusunan rencana kerja. 1. Data data reaktor lama Pengumpulan data dilakukan dengan cara pengecekan langsung terhadap komponen-komponen yang ada pada alat reaktor yang akan dimodifikasi. Dari hasil pengecekan tersebut didapatkan hasil seperti pada tabel 3.1. 7 6 4 1 2 3 5 Gambar 3.2 Alat Reaktor Lama Sebelum Modifikasi (Sumber: Dokumen Pribadi)
22 Keterangan : 1. Tabung reaktor 2. Element Heater 3. Kondensor 4. Pipa Penyalur 5. Blower 6. Pressure gauge 7. Thermometer Tabel 3.1 Spesifikasi Alat Reaktor Lama KOMPONEN SPESIFIKASI JENIS Elemen Heater 2000 Watt Band Heater Kondensor - Terbuka Thermometer 0 500 o c Bimetal Blower 110W/220V Sentrifugal Pipa Penyalur ½ Inch Besi Thermostat T Max 350 o c Bimetal Tabung reaktor 3 mm Besi 2. Analisa Kegagalan Alat Reaktor Lama Untuk mengetahui kinerja pada alat reaktor, dalam tahap ini reaktor dihidupkan lalu dibiarkan selama 120 menit dan dicatat setiap permasalahan yang terjadi. Dari hasil pengujian tersebut didapatkan beberapa permasalahan, antara lain: Reaktor hanya mampu mencapai suhu maksimal 130 o C Wadah kondensor bocor. Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa sistem pemanas (Heater) tidak bisa mencapai suhu yang diinginkan dan jenis kondensor dengan wadah terbuka tersebut bocor pada bagian bawah karena hanya menggunakan lem pada sambungannya.
23 3. Penjelasan pekerjaan Pekerjaan yang dilakukan adalah memodifikasi alat reaktor pirolisis yang tidak berfungsi dengan baik menjadi alat reaktor yang mampu mengurai limbah plastik menjadi minyak (crude plastic oil). 3.3.2 Mengkonsep 1. Daftar tuntutan Daftar tuntutan adalah suatu hal yang harus dipenuhi oleh peneliti dalam memodifikasi alat reaktor pirolisis. Daftar tuntutan berfungsi agar tercapainya fungsi alat dengan baik dan tidak berlebihan, tuntutan tersebut telah dirangkum dalam tabel 3.2. Tabel 3.2 Daftar Tuntutan NO Daftar Tuntutan Kualifikasi 1 Sumber energi Listrik 2 Konsumsi daya 2500 Watt 3 Temperatur 350 o C 2. Pembagian fungsi Setelah mengidentifikasi kebutuhan dengan menghasilkan daftar tuntutan, selanjutnya modifikasi alat reaktor diklasifikasikan berdasarkan urutan proses yang dideskripsikan melalui black box sebagai berikut:
24 Energi Listrik Limbah Plastik Sistem Pemanas Sistem Penyalur Sistem Pendingin Energi Panas Indikator/ pengontrol Kerangka/Penyangga Crude oil plastic Residu Padatan Gas Hidrokarbon Gambar 3.3 Black Box Modifikasi Dari keterangan Black Box diatas telah menghasilkan Diagram fungsi Sebagai berikut: Alat Reaktor Pirolisis Sistem Pemanas Sistem Pendingin Sistem Penyalur Sistem kontrol Gambar 3.4 Diagram Fungsi Bagian Prinsip kerja Reaktor Pirolisis sendiri adalah, limbah sampah plastik dimasukan terlebih dahulu kedalam tabung reaktor kemudian ketika saklar untuk menyalakan mesin dihidupkan arus listrik mengalir menghidupkan sistem pemanas. Sistem pemanas akan membakar plastik dan akan merubah plastik ke fase gas. Pada sistem
25 pemanas terdapat pengontrol yang berfungsi untuk pemutus arus listrik yang masuk ke elemen pemanas. Plastik yang sudah dalam fase gas tersebut dialirkan dalam sistem penyalur menuju sistem pendingin. Setelah gas hasil pembakaran berada didalam sistem pendingin, sistem pendingin akan mengkondensasikan gas tersebut dan merubahnya kembali ke fasa cair, plastik yang sudah dalam fasa cair tersebut kemudian yang akan dikumpulkan dalam sebuah wadah penampung. 3. Penilaian Fungsi Bagian Dari hasil pengamatan kegagalan alat reaktor yang lama yang telah diuraikan pada sub BAB 3.3.1 terdapat 2 masalah pokok yaitu suhu reaktor yang hanya mampu mencapai 130 o C dan adanya kebocoran pada kondensor. Dari data tersebut dapat dibuatkan tabel modifikasi untuk menentukan komponen apa saja yang harus diganti. Tabel 3.3 Kotak Modifikasi No Fungsi Bagian Tidak Modifikasi Ya 1 Sistem Pemanas 2 Sistem kontrol 3 Sistem pendingin 4 Sistem Penyalur
26 Dari tabel 3.3 menyatakan hanya ada dua sistem pada alat reaktor lama yang harus dimodikasi yaitu sistem pemanas dan sistem pendingin. Fungsi bagian yang telah ditentukan untuk dimodifikasi kemudian didefinisikan sehingga menghasilkan beberapa alternatif fungsi bagian. Tabel 3.4 : Alternatif Sistem Pemanas A1 Alternatif 1 A2 Alternatif 2 A3 Alternatif 3 Parameter Ceramic Heater Tubular Heater Coil heater Heater dibuatkan breket Heater dilas permanen Sambungan drat pipa Kontruksi dan diletakan dibagian bawah tabung reaktor di dalam tabung reaktor besi di las pada tabung reaktor untuk pegangan heater Memanfaatkan radiasi Memanfaatkan Memanfaatkan radiasi panas dari gulungan langsung permukaan panas langsung dari Mekanisme nikelin yang dilapisi heater untuk mengurai gulungan nikelin untuk keramik dari luar tabung plastik dari dalam mengurai plastik dari reaktor tabung dalam tabung Temperatur 200 o C 800 o C 500 o C Ekonomi Rp. 800.000 Rp. 650.000 Rp. 350.000
27 Tabel 3.5 Alternatif Sistem Pendingin B1 Alternatif 1 B2 Alternatif 2 B3 Alternatif 3 Parameter Shell and coil Shell and Tube Air Cooled Dibuatkan gulungan Beberapa pipa aliran Pipa aliran aliran pipa aliran yang disusun vertikal dan dibentuk meliuk liuk lalu Kontruksi dibungkus didalam dilas lalu dibungkus diberikan fan untuk tabung yang berisi air dengan tabung berisi air mengalirkan udara pendingin sebagai pendingin Gas panas di kondensasi Gas panas di kondensasi Gas panas di kondensasi Mekanisme didalam gulungan pipa didalam beberapa pipa didalam gulungan pipa aliran yang dialiri air aliran yang dialiri air yang dialiri Udara Ekonomi Rp. 700.000 Rp. 750.000 Rp. 1.100.000 Dari beberapa kriteria yang telah diuraikan, setiap komponen memiliki kekurangan dan kelebihannya masing-masing. Berikut daftar kelebihan dan kekurangan pada setiap komponen:
28 Tabel 3.6 Penilaian Komponen Sistem Pemanas Kelebihan Kekurangan Alt 1 Ceramic heater Alt 2 Tubular heater Temperatur Mudah kurang, karena dibongkar kontruksinya pasang berada diluar Tidak mudah tabung rusak Mudah konslet Temperatur nya karena tinggi bersentuhan langsung cairan plastik Alt 3 Coil heater Mudah dibongkar pasang Kontruksinya sedikit rumit Murah Nilai (1-10) 6,5 7 7,5 Sistem Pendingin Alt 1 Shell And Coil kontruksinya Condenser mudah 8,5 murah Alt 2 Shell and tube condenser Murah Rawan kebocoran kontruksinya 7,2 susah Alt 3 Air cooled condenser Kontruksinya mudah Mahal Komponen susah didapat 6,8
29 4. Pembuatan Alternatif Fungsi Keseluruhan Dari kotak penilaian fungsi bagian yang telah dibuat diatas, maka alternatifalternatif fungsi bagian dikombinasikan dan membentuk kesatuan alternatif fungsi keseluruhan yang menjadi tiga macam : Tabel 3.7 Alternatif Fungsi Keseluruhan Fungsi Bagian Sistem pemanas Sistem pendingin AFK ALTERNATIF FUNGSI KESELURUHAN ALT 1 ALT 2 ALT 3 A1 A2 A3 B1 B1 B1 AFK1 AFK2 AFK3 5. Pengambilan keputusan Dari hasil penilaian kuisioner yang dinilai dari beberapa aspek maka fungsi kombinasi keseluruhan yang paling ideal adalah AFK1 (Alternatif Fungsi Keseluruhan). Setelah sudah menentukan alternatif fungsi keseluruhan maka setiap komponen divisualisasikan menggunakan software Solidwork.
30 1. Kondensor 2. Heater Gambar 3.5 Konsep Alat Reaktor Hasil Modifikasi Gambar 3.6 Konsep Alat Reaktor Hasil Modifikasi ( render ) 3.3.3 Merancang Pada tahap perancangan ini akan menjelaskan bagaimana proses pembuatan dan perakitan komponen alat reaktor pirolisis dari konsep yang sudah ditentukan. Tahap pelaksanaa perancangan ini berlokasi di lab universitas mercubuana, jakarta dan membutuhkan waktu dari bulan November Desember 2016.
31 1. Persiapan Bahan dan alat Adapun alat - alat yang digunakan dalam proses perancangan ini antara lain : Mesin Las listrik Gerinda tangan Mesin bor Kunci Pas/ring Kaca mata las Gunting Plat Amplas Pengiris siku Spidol Sarung tangan Sikat kawat Multitester 2. Pemasangan Element Heater Element Heater terbuat dari tiga buah gulungan kawat nikelin yang berbentuk spiral, setelah diukur menggunakan multitester pada setiap gulungan kawat mempunyai daya tahanan sebesar 60,5 Ohm. Element Heater tersebut dirangkai secara Paralel dan dihubungkan pada tegangan rumah 220 Volt. Dari data tersebut dapat dihitung daya rangkaian Element Heater tersebut menggunakan rumus: (3.1)
32 Dimana : P = Daya (watt) R = Tahanan (Ohm) V = Tegangan (Volt) Untuk pemasangan element Heater tabung reaktor harus dibolongi terlebih dahulu menggunakan bor tangan yang bertujuan untuk pemasangan dudukan element heater yang akan dipasang. Setelah melakukan penyesuaian pada lubang dudukan, dudukan Element Heater yang terbuat dari sambungan pipa besi ½ inch kemudian dilas pada tabung reaktor yang sudah berlubang tersebut. Gambar 3.7 Element Heater
33 3. Pemasangan Kondensor Pipa pengalir gas kondensor menggunakan selang karet berdiameter ½ inch yang dililitkan pada pipa PVC berdiameter 76,2 mm agar membentuk spiral yang diujung-ujungnyanya dipasangkan sambungan pipa derat berukuran ½ inch. Kemudian selang yang sudah terbentuk spiral tersebut dimasukan kedalam tabung wadah air pendingin yang terbuat dari pipa besi berdiameter 127 mm, tebal 2 mm dan panjang 200 mm lalu bagian bagian atas dan bawah tabung tersebut ditutup dengan plat besi dengan cara di las. Untuk pegangan (brecket) kondensor menggunakan besi strip dengan tebal 4 mm yang dibentuk dan disesuaikan dengan kerangka penyangga. Gambar 3.8 kondensor
34 4. Finishing Pada proses finishing ini tabung reaktor dan kondensor kemudian diamplas dan dicat lalu Semua komponen pendukung seperti Thermometer, Pressure Gauge dan yang lainnya dirakit kembali dan dihubungkan satu sama lain. Gambar 3.9 Finishing