i
DESAIN ALAT PIROLISIS UNTUK MENGONVERSI LIMBAH PLASTIK HDPE MENJADI BAHAN BAKAR
FATHURRAHMAN NAUFAN
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
ii
iii
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Desain Alat Pirolisis Untuk Mengonversi Limbah Plastik HDPE Menjadi Bahan Bakar adalah benar karya saya dengan arahan dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Maret 2016 Fathurrahman Naufan
NIM F14110128
iv
v
ABSTRAK FATHURRAHMAN NAUFAN. Desain Alat Pirolisis untuk Mengonversi Limbah Plastik HDPE menjadi Bahan Bakar. Dibimbing oleh LEOPOLD OSCAR NELWAN Pirolisis plastik merupakan salah satu metode untuk mengubah limbah plastik menjadi bahan bakar. Pada penelitian ini, dirancang reaktor pirolisis tipe batch berkapasitas 2 kg berbahan bakar biomassa dengan diameter 0.3 m dan tinggi 0.3 m serta kondensor dengan panjang total 2.5 m. Sampah plastik yang digunakan adalah sampah plastik HDPE. Biomassa yang digunakan sebagai bahan bakar adalah kayu yang sudah tidak dapat digunakan oleh industri meubel. Pirolisis dilakukan pada temperatur 400 – 450 oC dan waktu reaksi 120 menit. Hasil kondensat cair yang dihasilkan paling banyak adalah 344 g dengan densitas 0.7 g/cm3 dan memiliki nilai kalor sebesar 37 MJ/kg. Perbandingan energi yang digunakan dengan energi yang dihasilkan pada kondensat cair adalah 3.4%. Hasil kondensat padat yang dihasilkan paling banyak adalah 507 g dengan densitas 0.89 g/cm3 dan memiliki nilai kalor sebesar 34.69 MJ/kg. Perbandingan energi yang digunakan dengan energi yang dihasilkan pada kondensat padat adalah 4.9%. Kata kunci: Pirolisis plastik, plastik HDPE, biomassa ABSTRACT FATHURRAHMAN NAUFAN. Design Pyrolysis Apparatus To Convert HDPE Waste Plastic Become Fuel. Supervised by Leopold Oscar Nelwan Plastic Pyrolysis is one of methods to convert waste plastics into fuel. In this study, a batch-type reactor with a capacity of 2 kg using biomass fuel was designed and it has a diameter of 0.3 m and 0.3 m high and condenser with a total length of 2.5 m. Plastic that used in this study was HDPE plastic waste. The biomass used as fuel was wood which was the by product of furniture industry. Pyrolysis was carried out at a temperature of 400-450 °C in 120 minutes. Results of liquid condensate produced at most 344 grams with a density of 0.7 g/cm3 and has a calorific value of 37 MJ/kg. The ratio of the energy used to the energy produced in liquid condensate was 3.4%. Results of solid condensate produced at most 507 grams with a density of 0.89 g/cm3 and has a calorific value of 34.69 MJ/kg. The ratio of the energy used to the energy produced in solid condensate was 4.9%. Keywords: plastic pyrolysis, HDPE plastic waste, biomass
vi
vii
DESAIN ALAT PIROLISIS UNTUK MENGONVERSI LIMBAH PLASTIK HDPE MENJADI BAHAN BAKAR
FATHURRAHMAN NAUFAN
Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
viii
x
xi
PRAKATA Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Judul penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2015 ini adalah Desain Alat Pirolisis Untuk Mengonversi Limbah Plastik HDPE Menjadi Bahan Bakar. Dengan telah selesainya karya ilmiah ini penulis ingin menyampaikan terima kasih sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Soewarso, Ibu Elly Herlina serta adik penulis atas doa, dukungan dan semangat positifnya kepada penuis selama pembuatan karya ilmiah ini 2. Dr Leopold Oscar Nelwan, STP, MSi selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberi bimbingan, arahan, dan motivasi kepada penulis. 3. Teman-teman penulis (Irpan, Alif, Farrah, Steve, Karel, Nirwan, Holil, Ramdhan, Andria, Tanti) atas bantuan dan motivasi yang telah banyak membantu selama penelitian ini 4. Regenboog 48 yang telah menjadi teman seperjuangan penulis selama menempuh studi di IPB 5. Teknisi laboratorium Energi (Pak Harto, Pak Widi) yang senantiasa membantu penulis selama penelitian 6. Segala pihak yang telah membantu penulis yang namanya tidak dapat disebutkan satu persatu Semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan dapat menginspirasi bagi perkembangan ilmu energi khususnya di bidang konversi energi.
Bogor, Maret 2016
Fathurrahman Naufan
xii
i
DAFTAR ISI DAFTAR ISI
i
DAFTAR GAMBAR
ii
DAFTAR TABEL
ii
DAFTAR LAMPIRAN
ii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
3
Plastik
3
Tungku Biomasa
3
Pirolisis Plastik
4
Proses Pindah Panas
7
Alat Penukar Kalor
8
METODOLOGI
9
Waktu dan tempat
9
Alat dan Bahan
9
Prosedur Penelitian HASIL DAN PEMBAHASAN
10 19
Hasil Perancangan Alat Pirolisis
19
Uji Kinerja Desain
23
Uji Fisik Kondensat
29
SIMPULAN DAN SARAN
31
Simpulan
31
Saran
31
DAFTAR PUSTAKA
32
LAMPIRAN
34
RIWAYAT HIDUP
40
ii
DAFTAR GAMBAR 1. Diagram alir prosedur penelitian 2. Diagram alir perancangan reaktor 3. Diagram alir perancangan tungku 4. Diagram alir perancangan kondensor 5. Skema alat pirolisis desain I 6. Skema alat pirolisis desain akhir 7. Alat pirolisis plastik desain akhir 8. Gas berat yang dapat dikondensasi 9. Kondensat cair dan padat (a) Ulangan 1 (b) Ulangan 2 (c) Ulangan 3 10. Sebaran suhu tungku dan reaktor pada ulangan 1 11. Sebaran suhu tungku dan reaktor pada ulangan 2 12. Sebaran suhu tungku dan reaktor pada ulangan 3 13. Sebaran suhu kondensor pada ulangan 1 14. Sebaran suhu kondensor pada ulangan 2 15 Sebaran suhu kondensor pada ulangan 3 16. Volume kondensat terhadap waktu ulangan 1 17. Volume kondensat terhadap waktu ulangan 2 18. Volume kondensat terhadap waktu ulangan 3
10 11 13 15 20 21 22 23 24 25 25 25 26 26 27 28 28 28
DAFTAR TABEL 1. Jenis plastik, kode dan penggunaannya 2. Bagian-bagian reaktor dan fungsinya 3. Bagian-bagian tungku beserta fungsinya 4. Bagian-bagian kondensor beserta fungsinya 5. Dimensi alat pirolisis 6. Hasil proses pirolisis plastik 7. Rata-rata suhu reaktor dan tungku 8. Sebaran suhu kondensor 9. Perbandingan sifat sisik kondensat dengan bahan bakar lain
4 11 12 15 19 23 24 27 29
DAFTAR LAMPIRAN 1. Sebaran suhu dan volume kondensasi pada ulangan 1 2. Hasil uji fisik minyak ulangan 1 3. Sebaran suhu dan volume kondensasi pada ulangan 2
34 34 35
iii
4. Hasil uji fisik minyak ulangan 2 5. Sebaran suhu dan volume kondensasi pada ulangan 3 6. Hasil uji fisik minyak ulangan 3 7. Gambar teknik reaktor 8. Gambar teknik kondensor 9. Gambar teknik tungku 10. Contoh perhitungan suhu pengembunan
35 36 36 37 38 39 39
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Plastik merupakan senyawa polimer yang memiliki rantai panjang karbon dan elemen lain yang mudah dibentuk. Plastik merupakan komponen yang sulit dipisahkan dari kegiatan sehari-hari manusia karena berbagai kelebihan yang dimilikinya. Sifat bahan plastik yang ringan dan kuat, tahan korosi, transparan dan sifat insulasi yang cukup baik inilah yang menyebabkan plastik sulit dipisahkan dari kehidupan manusia. Bahan plastik dapat ditemui pada hampir semua benda yang kita gunakan sehari-hari diantaranya kemasanan makanan, alat rumah tangga, mainan anak, hingga alat elektronik. Akan tetapi peningkatan penggunaan bahan plastik ini diikuti juga dengan peningkatan limbah plastik. Tidak seperti limbah organik yang dapat terurai oleh bakteri, limbah plastik ini membutuhkan waktu yang sangat lama untuk terurai sehingga terjadi penumpukan sampah plastik di tempat pembuangan sampah. Cara pengolahan sampah dengan pembakaran bukan metode yang aman bagi lingkungan karena dapat meningkatkan emisi gas yang potensial menjadi polutan dan beberapa partikulat pencemar lainnya. Metode pemecahan rantai polimer yang sudah dikenal adalah pirolisis, gasifikasi, degradasi termal maupun katalitik (Rodiansono et al. 2007). Pirolisis merupakan proses degradasi termal dari material tanpa adanya oksigen atau dalam keadaan kekurangan oksigen (Patni et al. 2013). Dengan menggunakan metode ini limbah plastik dapat tereduksi hingga 90% (Siddiqui, Redwhi 2009). Beberapa penelitian seputar konversi sampah plastik menjadi produk cair berkualitas bahan bakar telah dilakukan dan menunjukkan hasil yang cukup prospektif untuk dikembangkan (Mulyadi, 2004). Pada pirolisis plastik, hal yang perlu diperhatikan adalah suhu pada reaktor. Menurut Ramadhan et al. (2015) suhu optimal untuk pirolisis plastik HDPE adalah 420o C. Alat pirolisis plastik memiliki potensi yang sangat baik sebagai alat konversi energi, terutama untuk limbah plastik yang sulit untuk ditangani. Biomasa merupakan bahan-bahan organik yang berasal dari tumbuhtumbuhan yang meliputi, dedaunan, rerumputan, ranting, gulma, limbah pertanian, limbah peternakan, limbah kehutanan dan gambut (Borman 1998). Biomassa dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk menghasilkan listrik dan bentuk energi lainnya. Energi biomassa telah menjadi sumber energi alternatif yang baik sebagai pengganti bahan bakar untuk produksi energi. Sudah banyak penelitian mengenai pirolisis plastik ini dan mempunyai sumber panas yang berbeda-beda. Gabe (2015) meneliti mengenai pirolisis plastik PE dimana sumber panas menggunakan listrik. Santoso (2010) meneliti mengenai pirolisis plastik PP dan LDPE dimana sumber panas menggunakan gas LPG. Akan tetapi penggunaan listrik sebagai sumber panas tergolong mahal, dan gas LPG merupakan bahan bakar yang tidak terbarukan. Biomassa memiliki potensi sebagai sumber energi terbarukan yang baik, oleh karena itu alat pirolisis yang dirancang memiliki bahan bakar biomassa.
2
Perumusan Masalah Belum ada penelitian yang menggunakan limbah biomassa sebagai bahan bakar alat pirolisis dan konsumsi energinya. Oleh karena itu, desain alat untuk pirolisis plastik yang menggunakan biomassa untuk menghasilkan bahan bakar penting untuk dikembangkan. Tujuan Penelitian Merancang dan menguji kinerja alat pirolisis plastik berbahan bakar biomasa untuk menghasilkan minyak bahan bakar dan melakukan pengujian fisik dari bahan bakar minyak yang dihasilkan.
3
TINJAUAN PUSTAKA Plastik Plastik adalah salah satu jenis makromolekul yang dibentuk dengan proses polimerisasi. Polimerisasi adalah proses penggabungan beberapa molekul sederhana (monomer) melalui proses kimia menjadi molekul besar (makromolekul atau polimer). Plastik merupakan senyawa polimer yang unsur penyusun utamanya adalah karbon dan hidrogen. Untuk membuat plastik, salah satu bahan yang sering digunakan adalah naphta, yaitu bahan yang dihasilkan dari penyulingan minyak bumi atau gas alam. Sebagai gambaran, untuk membuat 1 kg plastik memerlukan 1,75 kg minyak bumi, untuk memenuhi kebutuhan bahan bakunya maupun kebutuhan energi prosesnya (Kumar et al. 2011). Plastik dapat dikelompokkan menjadi dua macam yaitu thermoplastic dan thermosetting (Mujiarto, 2005). Thermoplastic adalah bahan plastik yang jika dipanaskan sampai temperatur tertentu akan mencair dan dapat dibentuk kembali menjadi bentuk yang diinginkan. Sedangkan thermosetting adalah plastik yang jika telah dibuat dalam bentuk padat, tidak dapat dicairkan kembali dengan dipanaskan. Berdasarkan sifat kedua kelompok plastik di atas, thermoplastic adalah jenis yang memungkinkan untuk didaur ulang. Jenis plastik yang dapat didaur ulang diberi kode berupa nomor untuk memudahkan dalam mengidentifikasi dan penggunaannya, pengelomopokan jenis plastik ini dapat dilihat pada Tabel 1. Sedangkan thermosetting plastik yang melunak bila dipanaskan dan dapat dibentuk, tapi mengeras secara permanen, mereka hangus/hancur bila dipanaskan. Kebanyakan material komposit modern menggunakan plastik thermosetting, yang biasanya disebut resin. Plastik termosetting berwujud cair. Kelebihan dari plastik jenis ini adalah ketahanan zat kimia yang baik meskipun berada dalam lingkungan yang ekstrim. Tungku Biomasa Tungku adalah tempat berlangsungnya proses pembakaran. Pada dasarnya, proses pembakaran adalah proses kimiawi antara unsur-unsur pembentuk bahan bakar dengan oksigen. Masing-masing unsur pembentuk bahan bakar mempunyai temperatur pembakaran sendiri, dan secara keseluruhan dapat membentuk temperatur pembakaran total di ruang bakar. Seberapa besar temperatur total yang dihasilkan, sangat tergantung pada jenis dan berapa besar kandungan suatu bahan bakar. Sebagai contoh, suatu jenis batubara yang banyak mengandung belerang (sulfur), dapat menghasilkan temperatur pembakaran yang relatif rendah bila dibandingkan dengan hasil pembakaran dari jenis batubara yang kandungan belerangnya kecil. Selain komposisi unsur yang ada pada bahan bakar, temperatur pembakaran dipengaruhi pula oleh jenis unsur yang membentuknya. Biomasa merupakan bahan-bahan organik yang berasal dari tumbuhtumbuhan yang meliputi, dedaunan, rerumputan, ranting, gulma, limbah pertanian, limbah peternakan, limbah kehutanan dan gambut (Borman 1998). Biomasa terdiri dari bahan hidup atau yang baru mati yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar, atau
4
Tabel 1 Jenis plastik, kode dan penggunaannya No. Kode 1
2 3 4 5 6
7
Jenis Plastik PET (polyethylene terephthalate) HDPE (High-density Polyethylene) PVC (Polyvinyl Chloride) LDPE (Low-density Polyethylene) PP (Polypropylene atau Polypropene) PS (Polystyrene)
Other (O), jenis plastik lainnya selain dari no.1 hingga 6
Penggunaan Botol minuman ringan dan botol air mineral, bahan pengisi kantong tidur (sleping bag) atau bantal dan serat textile. Kantong belanja, kantong freezer, botol susu dan cream, botol sampho dan pembersih Botol juice, kotak pupuk, pipa saluran Selang kebun, sol sepatu, kantong darah dan tabung. Kotak ice cream, kantong sampah, lembar plastik hitam. Kotak ice cream, kantong kentang goreng, sedotan, kotak makanan. Kotak yoghurt, plastik meja, Kristal imitasi”glass ware” Cangkir minuman panas, wadah makanan siap saji, baki kemasan. Termasuk plastik lainya, acrylic dan nylon
Sumber: Pareira, B.C., 2009
materi tumbuhan atau hewan yang dipelihara untuk dimanfaatkan sebagai biofuel, tetapi dapat juga digunakan untuk produksi serat, bahan kimia atau panas. Biomasa dapat pula meliputi limbah terbiodegradasi yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar, contoh biomasa antara lain adalah tanaman, pepohonan, rumput, limbah pertanian dan limbah kehutanan, tinja dan kotoran ternak. Pemanfaatan limbah biomasa sebagai sumber energi masih cukup berperan di negara-negara berkembang terutama biomasa dalam bentuk kayu bakar dan biomasa padat lainnya. Proses pembakaran juga merupakan faktor penentu pada temperatur pembakaran. Semakin sempurna suatu pembakaran, semakin tinggi temperatur pembakaran yang dihasilkannya. Untuk dapat menghasilkan pembakaran yang sempurna, diperlukan adanya jumlah oksigen yang memadai. Oleh karenanya, sejumlah sistem pembakaran menggunakan pola udara yang berlebih (excess air) untuk mendapatkan jumlah oksigen yang sesuai kebutuhan. Keberadaan udara yang berlebih ini, selain dapat menjamin terjadinya proses pembakaran yang lebih sempurna, juga dapat menurunkan temperatur total pembakaran. Hal ini dapat terjadi karena komposisi udara yang tidak hanya mangandung oksigen (komposisi oksigen di udara kurang lebih 21% volume), tetapi juga unsur-unsur yang lain seperti nitrogen dan uap air. Oleh karena itu, untuk menjaga suhu pembakaran yang tinggi dan konstan diperlukan jumlah oksigen yang tepat. Pirolisis Plastik Mengkonversi sampah plastik menjadi bahan bakar minyak termasuk daur ulang tersier. Merubah sampah plastik menjadi bahan bakar minyak dapat
5
dilakukan dengan proses cracking (perekahan). Cracking adalah proses memecah rantai polimer menjadi senyawa dengan berat molekul yang lebih rendah. Hasil dari proses perekahan plastik ini dapat digunakan sebagai bahan kimia atau bahan bakar. Ada tiga macam proses perekahan yaitu hidro cracking, thermal cracking dan catalytic cracking (Panda, 2011) Hydro cracking Hydro cracking adalah proses perekahan dengan mereaksikan plastik dengan hidrogen di dalam wadah tertutup yang dilengkapi dengan pengaduk pada temperatur antara 423 – 673 K dan tekanan hidrogen 3 – 10 MPa. Dalam proses hydro cracking ini dibantu dengan katalis. Untuk membantu pencampuran dan reaksi biasanya digunakan bahan pelarut 1-methyl naphtalene, tetralin dan decalin. Beberapa katalis yang sudah diteliti antara lain alumina, amorphous silica alumina, zeolite dan sulphate zirconia. Penelitian tentang proses hydro cracking ini antara lain telah dilakukan oleh Rodiansono (2005) yang melakukan penelitian hydro cracking sampah plastik polipropilena menjadi bensin (hidrokarbon C5-C12) menggunakan katalis NiMo/Zeolit dan NiMo/Zeolit-Nb2O5. Proses hydro cracking dilakukan dalam reaktor semi alir (semi flow-fixed bed reactor) pada temperatur 300, 360, dan 400 °C; rasio katalis/umpan 0,17; 0,25; 0,5 dengan laju alir gas hidrogen 150 ml/jam. Uji aktivitas katalis NiMo/zeolite yang menghasilkan selektivitas produk C7-C8 tertinggi dicapai pada temperatur 360 °C dan rasio katalis/umpan 0.5. Kinerja katalis NiMo/zeolit menurun setelah pemakaian beberapa kali, tetapi dengan proses regenerasi kinerjanya bisa dikembalikan lagi. Nurcahyo (2005), melakukan penelitian yang sama dengan penelitian Rodiansono (2005) tetapi dengan katalis NiPd/Zeolite. Uji aktivitas katalis NiPd/Zeolit untuk reaksi hydro cracking sampah plastik menjadi fraksi bensin telah dilakukan dengan variasi temperatur 300, 350, 400, 450 dan 500 °C dan variasi rasio berat katalis : umpan 1:2, 1:4, dan 1:6 dengan sistem semi alir. Hasil penelitian menunjukkan bahwa aktivitas katalis optimum dicapai pada temperatur 450 °C dan rasio berat katalis adalah umpan 1:2. Sedangkan Daryoso et al. (2012) melakukan penelitian tentang pengolahan sampah plastik jenis polietilen dengan metode hydro cracking menggunakan katalis Ni-Mo/zeolite. Hydro cracking dilakukan dengan variasi perbandingan katalis/bahan plastik 1:4, 2:4, 3:4, dan temperatur prosesnya diatur 350 °C, 400 °C, 450 °C, 500 °C, 550 °C selama 2 jam. Dari penelitian tersebut diketahui bahwa Katalis Ni Mo/Zeolit Alam yang telah dipersiapkan berperan dalam proses hydro cracking sampah polietilen menghasilkan produk hydro cracking dengan rantai hidrokarbon yang pendek. Rasio masa katalis Ni-Mo/Zeolit alam dengan umpan optimum yang menghasilkan konversi sampah polietilen paling besar didapat pada perbandingan 3:4 yaitu sebesar 8,032 %. Temperatur optimum yang menghasilkan konversi sampah polietilen paling besar diperoleh pada temperatur 500 °C yaitu sebesar 1,334 %. Thermal cracking Thermal cracking adalah termasuk proses pirolisis, yaitu dengan cara memanaskan bahan polimer tanpa oksigen. Proses ini biasanya dilakukan pada temperatur antara 350 °C sampai 900 °C. Dari proses ini akan dihasilkan arang,
6
minyak dari kondensasi gas seperti parafin, isoparafin, olefin, naphthene dan aromatik, serta gas yang memang tidak bisa terkondensasi. Bajus dan Hájeková, (2010), melakukan penelitian tentang pengolahan campuran 7 jenis plastik menjadi minyak dengan metode thermal cracking. Tujuh jenis plastik yang digunakan dalam penelitian ini dan komposisinya dalam persen berat adalah HDPE (34,6%) , LDPE (17,3%), LLPE (17,3%), PP (9,6%), PS (9,6%), PET (10,6%), dan PVC (1,1%). Penelitian ini menggunakan batch reactor dengan temperatur dari 350 sampai 500 °C. Dari penelitian ini diketahui bahwa thermal cracking pada campuran 7 jenis plastik akan menghasilkan produk yang berupa gas, minyak dan sisa yang berupa padatan. Adanya plastik jenis PS, PVC dan PET dalam campuran plastik yang diproses akan meningkatkan terbentuknya karbon monoksida dan karbon dioksida di dalam produk gasnya dan menambah kadar benzene, toluene, xylenes, styrene di dalam produk minyaknya. Penelitian dengan jenis plastik yang lain dilakukan oleh Tubnonghee et al. (2010). Plastik yang diteliti untuk dijadikan bahan bakar minyak adalah jenis polyethylene (PE) dan polyprophelene (PP). Pembuatan bahan bakar minyak dari plastik menggunakan proses thermal cracking. Perekahan dilakukan pada temperatur 450 °C selama 2 jam. Gas yang terbentuk selanjutnya dikondensasikan menjadi minyak di dalam kondensor yang bertemperatur 21 °C. Minyak yang dihasilkan selanjutnya dianalisa dengan gas chromatography/mass spectrometry untuk mengetahui distribusi jumlah atom karbonnya. Dari hasil analisa tersebut diketahui bahwa komposisi minyak dari campuran plastik PE dan PP tersebut mempunyai jumlah atom karbon yang setara dengan solar, yaitu C12 – C17. Penelitian yang lain dilakukan oleh Sarker et al. (2012). Pada penelitian ini, sampah plastik LDPE diolah menjadi kerosin dengan metode thermal cracking pada tekanan atmosfir dan dengan temperatur antara 150 °C dan 420 °C. Proses depolimerisasi dilakukan tanpa penambahan katalis. Dari penelitian ini diperoleh hasil bahwa kerosin yang didapat sekitar 30 %. Bahan bakar yang diperoleh dari proses ini mempunyai kandungan sulfur yang rendah dan nilai kalor yang baik. Catalytic cracking Cara ini menggunakan katalis untuk melakukan reaksi pemecahan molekul. Dengan adanya katalis, dapat mengurangi temperatur dan waktu reaksi. Osueke dan Ofundu (2011) melakukan penelitian konversi plastik low density polyethylene (LDPE) menjadi minyak. Proses konversi dilakukan dengan dua metode, yaitu dengan thermal cracking dan catalytic cracking. Pyrolisis dilakukan di dalam tabung stainless steel yang dipanaskan dengan elemen pemanas listrik dengan temperatur bervariasi antara 475 – 600 °C. Kondenser dengan temperatur 30 – 35 °C, digunakan untuk mengembunkan gas yang terbentuk setelah plastik dipanaskan menjadi minyak. Katalis yang digunakan pada penelitian ini adalah silica alumina. Dari penelitian ini diketahui bahwa dengan temperatur pirolisis 550 °C dan perbandingan katalis/sampah plastik 1:4 dihasilkan minyak dengan jumlah paling banyak. Borsodi et al. (2011) melakukan penelitian tentang pirolisis terhadap plastik yang terkontaminasi untuk memperoleh senyawa hidrokarbon. Pirolisis dilakukan di dalam reaktor tabung, dengan pemasukkan material plastik secara kontinyu. Plastik yang diproses ada dua macam, yaitu HDPE dalam kondisi bersih dan HDPE
7
yang terkontaminasi minyak pelumas. Dalam penelitian ini temperatur pirolisis 500 °C. Pirolisis dilakukan dengan katalis (thermo-catalytic pyrolysis) dan tanpa katalis (thermal pyrolysis). Katalis yang digunakan adalah Yzeolite. Dari penelitian ini diketahui bahwa HDPE yang terkontaminasi produk volatilnya lebih tinggi dan densitasnya juga lebih tinggi. Pemakaian katalis mempengaruhi proses perekahan pada HDPE yang tidak terkontaminasi, tetapi pada HDPE yang terkontaminasi pengaruh pemakaian katalis tidak signifikan. Pemakaian katalis menurunkan densitas dari minyak yang dihasilkan dari proses pirolisis. Proses Pindah Panas Pindah panas merupakan ilmu untuk meramalkan perpindahan energi dalam bentuk panas yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau material. Dalam proses perpindahan energi tersebut tentu ada kecepatan perpindahan panas yang terjadi, atau yang lebih dikenal dengan laju perpindahan panas. Maka ilmu perpindahan panas juga merupakan ilmu untuk meramalkan laju perpindahan panas yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Perpindahan kalor dapat didefinisikan sebagai suatu proses berpindahnya suatu energi (kalor) dari satu daerah ke daerah lain akibat adanya perbedaan temperatur pada daerah tersebut. Ada tiga bentuk mekanisme perpindahan panas yang diketahui, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Konduksi Perpindahan kalor secara konduksi adalah proses perpindahan kalor dimana kalor mengalir dari daerah yang memiliki temperatur tinggi ke daerah yang memiliki temperatur rendah dalam suatu medium (padat, cair atau gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung sehingga terjadi pertukaran energi dan momentum. Konveksi Konveksi adalah perpindahan panas karena adanya gerakan/aliran/ pencampuran dari bagian panas ke bagian yang dingin. Contohnya adalah kehilangan panas dari radiator mobil, pendinginan dari secangkir kopi dll. Menurut cara menggerakkan alirannya, perpindahan panas konveksi diklasifikasikan menjadi dua, yakni konveksi bebas (free convection) dan konveksi paksa (forced convection). Bila gerakan fluida disebabkan karena adanya perbedaan kerapatan karena perbedaan suhu, maka perpindahan panasnya disebut sebagai konveksi bebas (free/natural convection). Bila gerakan fluida disebabkan oleh gaya pemaksa/eksitasi dari luar, misalkan dengan pompa atau kipas yang menggerakkan fluida sehingga fluida mengalir di atas permukaan, maka perpindahan panasnya disebut sebagai konveksi paksa (forced convection). Radiasi Perpindahan panas radiasi adalah proses di mana panas mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah bila benda-benda itu terpisah di dalam ruang, bahkan jika terdapat ruang hampa di antara benda-benda tersebut.
8
Alat Penukar Kalor Alat penukar kalor adalah alat yang difungsikan untuk melakukan perpindahan sejumlah kalor atau panas dari suatu fluida ke fluida yang lainnya. Tujuan perpindahan panas ini di dalam proses produksi adalah untuk memanaskan ataupun mendinginkan suatu fluida hingga mencapai temperatur tertentu yang diinginkan ataupun juga bertujuan untuk mengubah keadaan (fase) fluida dari satu fase ke fase yang lainnya. Pada alat penukar kalor ini perpindahan panas dapat terjadi secara konduksi, konveksi ataupun radiasi tergantung dari tipe dan konstruksi alat tersebut. Berdasarkan fungsinya alat penukar kalor yang dipergunakan dalam industri terbagi atas : a. Cooler Alat ini digunakan untuk menurunkan suhu cairan atau gas dengan mempergunakan air sebagai media pendingin. Disini tidak dipermasalahkan terjadinya perubahan fase. b. Boiler Alat ini bertujuan untuk mendidihkan dan menguapkan cairan, dimana uap tersebut berfungsi sebagai pembawa tenaga c. Kondensor Alat ini digunakan untuk mengembunkan atau mengkondensasikan uap sehingga menjadi cair d. Evaporator Alat ini digunakan untuk menguapkan suatu fluida atau didalam proses kimia berfungsi untuk memekatkan suatu larutan dari sifat semula e. Chiller Merupakan suatu alat untuk mendinginkan fluida yang berderajat sangat rendah yang tidak dapat dicapai dengan media pendingin air, chiller biasanya dikonstuksikan seperti ketel reboiler tetapi tanpa weir. Adapun bentuk dari alat penukar kalor yang umum digunakan dalam industri kimia ataupun petrokimia adalah: a. Alat penukar kalor Shell and Tube b. Alat penukar kalor Coil in Box c. Alat penukar kalor Double pipe d. Alat penukar kalor Tube flow e. Alat penukar kalor Air fin exchanger yang terbagi lagi menjadi: 1. Forced draft 2. Induced draft Menurut arah aliran fluida yang mengalir, alat penukar kalor dapat dikelompokkan atas: a. Penukar kalor aliran berpapasan (counter current) b. Penukar kalor aliran searah (co current) c. Penukar kalor aliran silang (cross current) Berdasarkan banyaknya fluida yang digunakan, alat penukar kalor dibagi atas: a. Dua macam fluida (umumnya) b. Tiga macam fluida (digunakan dalam proses-proses kimiawi, misalnya pada sistem pemisahan udara)
9
Sedangkan berdasarkan mekanisme perpindahan panasnya, alat penukar kalor dibagi atas: a. Konveksi satu fasa (dapat terjadi dengan konveksi paksa atau alamiah) b. Konveksi dua fasa (dapat terjadi dengan konveksi paksa atau alamiah) c. Kombinasi perpindahan kalor konveksi dan radiasi METODOLOGI Waktu dan tempat Kegiatan penelitian dilaksanakan pada bulan Maret 2015 sampai dengan Januari 2016. Tahapan fabrikasi reaktor dilakukan di bengkel di daerah Sindang Barang. Fabrikasi kondensor dan tungku dilakukan di Laboratorium Energi Terbarukan dan Laboratorium Lapangan Siswadi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Alat dan Bahan Rincian alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: Alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Timbangan digital. Digunakan untuk mengukur berat dari plastik, kayu, dan kondensat 2. Termokopel kabel tipe K. Digunakan untuk mengukur suhu gas masuk dan keluar kondensor dan suhu air masuk dan keluar kondesor 3. Termokopel batang tipe K. Digunakan untuk mengukur suhu pembakaran dalam tungku dan suhu dalam reaktor 4. Thermorecorder. Digunakan untuk membaca suhu yang diukur dengan menggunakan termokopel 5. Bomb calorimeter. Digunakan untuk mengukur nilai kalor dari kondensat 6. Blower. Digunakan untuk memasukan udara ke dalam tungku Bahan Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah: 1. Bahan plastik yang digunakan adalah plastik HDPE 2. Bahan bakar yang digunakan adalah biomassa berupa kayu sisa industri meubel 3. Plat stainless steel digunakan untuk membuat dinding dan tutup reaktor. 4. Pipa PVC digunakan untuk membuat badan kondensor 5. Pipa tembaga digunakan sebagai tempat mengalirnya gas sekaligus tempat pertukaran panas 6. Pipa besi digunakan sebagai kepala dari kondensor dan cerobong pada tungku 7. Lem dan dempul digunakan untuk menambal kebocoran 8. Ceramic wool digunakan untuk mengisolasi panas 9. Batu bata digunakan sebagai dinding tungku 10. Plat besi digunakan sebagai tempat pemasukan kayu
10
Prosedur Penelitian Prosedur penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 1. Mulai
Identifikasi Masalah Data dan Informasi Penunjang
Perumusan Masalah
Penentuan Kriteria Desain
Studi Literatur
Analisis dan Perancangan
Fabrikasi
Uji Fungsional
Modifikasi
Tidak
Berhasil Ya Uji Kinerja Pengukuran Sifat Fisik Kondensat Selesai
Gambar 1 Diagram alir prosedur penelitian
11
Analisis dan Perancangan Secara keseluruhan alat pirolisis ini terdiri dari 3 bagian, yaitu tungku, reaktor dan kondensor. Reaktor yang dirancang terbuat dari bahan stainless steel, hal ini dikarenakan stainless steel memiliki titik leleh yang tinggi dan tahan karat. Bagian-bagian dari reaktor beserta fungsinya dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 Bagian-bagian reaktor dan fungsinya Bagian Fungsi Badan reaktor Tempat berlangsungnya proses pirolisis Tutup reaktor Menutup reaktor Insulasi Mencegah kehilangan panas ke lingkungan Lubang pengeluaran Mengalirkan gas ke kondensor Lubang kontrol Menjaga tekanan dalam reaktor tidak terlalu tinggi dan mengecek sisa bahan plastik dalam reaktor Prosedur penentuan dimensi reaktor dapat dilihat pada Gambar 2. Penentuan dimensi reaktor berdasarkan densitas dari bahan plastik yang telah dipotong dengan ukuran 3 x 4 cm dan menggunakan perbandingan antara jari-jari (r) dan tinggi (h) sebesar 0.5. Berikut data perancangan yang dibutuhkan untuk menentukan dimensi reaktor. Mulai
Identifikasi data penunjang Densitas curah plastik HDPE Rasio jari-jari dan tinggi Penentuan bahan reaktor
Penentuan jari-jari reaktor
Penentuan tinggi reaktor
Selesai Gambar 2 Diagram alir perancangan reaktor
12
Densitas plastik curah (𝜌𝑝 ) : 80 kg/m3 Tebal (x) : 0.0027 m Dari data yang telah didapat, jari-jari reaktor dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan (1) (Clemens, 1984). r
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝜌𝑝
= ( 𝜋∗𝑟𝑎𝑠𝑖𝑜 𝑟
⁄ℎ
2
1
)3
(1)
1
80 = ( 𝜋∗0.5 )3 = 0.15 m
Dari data yang telah didapat, tinggi reaktor dapat ditentukan dengan mengguunakan Persamaan (2) (Clemens, 1984). 𝑟 h = 𝑟𝑎𝑠𝑖𝑜 𝑟 (2) ⁄ℎ
=
0.15 0.5
= 0.3 m Sehingga reaktor yang dirancang memiliki jari-jari 0.15 m dan
tinggi 0.3 m. Tungku yang dirancang menggunakan batu bata, pasir, semen, dan kawat sebagai pemisah antara ruang bakar dan penampung abu. Bagian-bagian dari tungku beserta fungsinya dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3 Bagian-bagian tungku beserta fungsinya Nama Bagian Fungsi Ruang pembakaran Tempat terjadinya pembakaran biomassa Ruang penampung abu Tempat menampung abu sisa pembakaran Lubang pemasukan Lubang untuk memasukan bahan bakar kayu dan udara dengan blower Cerobong Tempat pengeluaran gas buang dari pembakaran Dudukan reaktor Tempat penyangga reaktor Prosedur perancangan tungku dapat dilihat pada Gambar 3. Analisis kebutuhan bakar ini dibagi dalam dua tahap, yaitu steady state dan un-steady state. Tahap steady state adalah perhitungan kebutuhan bahan bakar untuk melakukan pirolisis plastik. Tahap un-steady state adalah perhitungan kebutuhan bakar untuk memanaskan reaktor sebelum panas dapat mencapai bahan plastik. Tahap steady state Energi yang dibutuhkan untuk melakukan pemutusan rantai molekul plastik adalah 12145.4 cal/mol (Ramadhan, 2015), sehingga energi (E) yang dibutuhkan untuk memutuskan rantai molekul 2 kg plastik adalah 3629.73 kJ. Bahan bakar yang digunakan adalah limbah kayu jati Nk : 20461 kJ/kg ρ : 995 kg/m3 Massa kayu yang dibutuhkan untuk melakukan pirolisis dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (3) (Demirel, 2012)
13
Mulai
Identifikasi data penunjang
Nilai kalor kayu Energi aktivasi pirolisis plastik
Penentuan masa bahan bakar steady-state
Penentuan massa bahan bakar unsteady-state
Penentuan total massa bahan bakar
Penentuan laju udara
Selesai Gambar 3 Diagram alir perancangan tungku Massa steady state
𝐸
= 𝑛𝑘 =
(3)
3629.73 20461
= 0.17 kg Tahap un-steady state Untuk melakukan analisis pada tahap un-steady state diperlukan data massa reaktor kosong. Massa reaktor kosong dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (4) – Persamaan (7) (Clemens, 1984). vi = π*(((r-x)2)*(h-x) (4) 2 3 = π*(((0.15-0.0027) )*(0.3-0.0027) = 0.0202 m vo = π*((r2)*t (5) = π*((0.152)*0.3 = 0.0212 m3 vt = vo - vi (6) 3 = 0.021 – 0.02 = 0.0009 m mr = ρ * vt (7) 3 3 = 8030 kg/m * 0.0009 m = 7.5 kg
14
Keterangan: vi : volume dalam reaktor (m3) vo : volume luar reaktor (m3) vt : volume total bahan reaktor (m3) ρ : massa jenis stainless steel (kg/ m3) mr : massa reaktor (kg) Berdasarkan data massa reaktor yang didapat kalor yang dibutuhkan (Q) untuk memanaskan reaktor dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (8) (Holman, 2010) Q = mr*cp*ΔT (8) = 7.5*0.5*(700-300) = 2530.2 kJ Keterangan: cp : panas jenis (kJ/kgK) ΔT : perbedaan suhu Sehingga massa bahan bakar tahap un-steady state dapat dihitung dengan Persamaan (9) (Demirel, 2012) 𝑄
Massa un-steady state = 𝑛𝑘 =
2530.2 20461
(9) = 0.12 kg
Massa bahan bakar total (mt) dapat dihitung dengan Persamaan (10) dengan menggunakan asumsi efisiensi tungku 25%. Daya tungku dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (11) (Holman, 2010). Proses pirolisis berlangsung dalam 2 tahap yaitu tahap steady state yang berlangsung selama 900 s dan un-steady state yang berlangsung selama 7200 s, sehingga waktu proses (t) adalah 8100 s. mt = (massa steady state+massa un-steady state)/25% (10) = (0.17+0.12)/25% = 1.2 kg Daya tungku = =
𝑚𝑡 ∗ 𝑛𝑘 𝑡 1.2∗20461 8100
(11) = 3.04 kW
Sehingga tungku yang dirancang memiliki kapasitas bahan bakar 1.2 kg dan memiliki daya 3.04 kW. Kebutuhan udara untuk 1.2 kg kayu adalah 1.27 kg oksigen. Kadar okesigen di udara adalah 20%. 1.27
Massa udara = 20% = 6.38 kg Sehingga laju udara menjadi =
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑡
6.38
= 8100 = 0.00078 kg/s = 2.83 kg/jam
Kondensor yang dirancang adalah kondensor tipe shell and tube. Pada bagian shell menggunakan bahan pipa PVC sedangkan bagian tube menggunakan pipa tembaga. Bagian-bagian kondendor beserta fungsinya dapat dilihat pada Tabel 4.
15
Tabel 4 Bagian-bagian kondensor beserta fungsinya Bagian Fungsi Head Tempat gas masuk Tube Tempat pertukaran panas Shell Tempat penampung fluida pendingin Water trap Menangkap minyak hasil kondensasi Prosedur perancangan kondensor dapat dilihat pada Gambar 4. Mulai
Identifikasi data penunjang
K, D, Pr, ρ μ, Vgas, Kgas, D/L
Penentuan bilangan Reynolds
Penentuan bilangan Nusselts
Penentuan koefisien konveksi dan konduksi
Penentuan koefisien keseluruahn
Penentuan laju aliran massa
Penentuan kalor kerja
Penentuan panjang kondensor
Selesai
Gambar 4 Diagram alir perancangan kondensor
16
Pada perancangan kondensor hal yang perlu diketahui adalah luas permukaan kondensor itu. Data perancangan: Koefisien konduksi tembaga (kt) : 401 W/mK Tebal (x) : 0.01 m Bilangan Prandall (Pr) : 0.68 Massa jenis (𝜌) : 0.67 kg/m3 Viskositas (𝜇) : 0.000027 Koefisien konveksi air (hair) : 400 W/mK Kecepatan gas (vgas) : 0.26 m/s Koefisien konduksi gas (kgas) : 0.0418 Perbandingan diameter dan panjang (D/L): 0.00254 m Diameter tembaga (d) : 0.0254 m Untuk mengetahui luas permukaan kondensor perlu diketahui bilangan Reynolds (Re) dari sistem yang dapat diketahui dengan menggunakan Persamaan (12) (Holman, 2010). Re
= =
𝜌∗ 𝑣𝑔𝑎𝑠 ∗ 𝑑 𝜇 0.67∗0.26∗0.0254 0.000027
(12) = 122.90
Karena alirannya adalah aliran laminar maka, Bilangan Nusselt (Nu) dapat dicari dengan Persamaan (13) (Holman, 2010). Nu
= 3.66 +
𝐷 𝐿 𝐷 1+(0.04 ∗ ∗𝑅𝑒∗𝑝𝑟) 𝐿
0.0688 ∗ ∗𝑅𝑒∗𝑝𝑟
(13)
0.0688 ∗0.00254∗122.90∗0.68
= 3.66 + 1+(0.04 ∗0.00254∗122.90∗0.68) = 3.67 Dengan menggunakan data Bilangan Nusselts data koefisien konveksi fluida dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (14) (Holman, 2010) dan Persamaan (15) (Holman, 2010). hgas
= =
Nu ∗ 𝑘𝑔𝑎𝑠 𝑑 3.67 ∗ 0.0418 0.0254
(14) = 8.05 W/mK
𝑘
htembaga = 𝑥
(15) 401
= 0.0003 = 1336667 W/mK Setelah itu koefisien keselurahan system (U) dapat diketahui dengan menggunakan Persamaan (16) (Holman, 2010). U
= =
1 1
(16)
𝑥 1 ℎ𝑔𝑎𝑠 𝑘 ℎ𝑎𝑖𝑟
+ + 1
1 0.0003 1 + + 8.05 401 400
= 7.89 W/mK
Asumsi minyak yang dihasilkan adalah 2 kg dan waktu proses pirolisis adalah 7200 s. 2
Laju aliran massa (ṁ) = 7200 = 0.00028
17
Panas spesifik (Cpgas) : 1046.51 kJ/kgK Setelah itu kalor kerja (Q) dapat diketahui dengan Persamaan (17) (Holman, 2010). (17) Q = ṁ*cp*ΔT = 0.00028*1046.51*(700-300) = 66.86 W Dengan menggunakan data kalor kerja, luas permukaan (A) yang dibutuhkan dapat diketahui dengan Persamaan (18) (Holman, 2010). A
𝑄
= 𝑈∗87.3
(18)
66.86
= 5.96∗87.3 = 0.09 m2 Kondensor yang dirancang terbuat dari pipa tembaga 3/4 inci sehingga panjang kondensor (L) yang dibutuhkan dapat diketahui dengan Persamaan (19) (Clemens, 1984). L
𝐴
= 𝜋∗𝑑
(19)
0.09
= 𝜋∗0.0254 = 1.62 m Fabrikasi Pembuatan alat dimulai dengan membuat tungku biomasa, diawali dengan menggali tanah dan memasang dinding batu bata. Dinding tungku yang telah dibuat ditutupi dengan tanah untuk mencegah panas hilang dan mencegah jilatan api yang keluar melalui celah merusak komponen lain. Tungku dibuat dengan lubang dan dudukan reaktor dibagian atas sebagai tempat reaktor dan lubang di bagian samping sebagai tempat pemasukan bahan bakar dan udara. Beberapa lubang di bagian dinding juga dibuat sebagai cerobong. Pembuatan reaktor dimulai dengan mengelas stainless steel sesuai dengan dimensi yang telah ditentukan. Reaktor yang telah dibuat dimasukan ke dalam lubang pada bagian atas tungku lalu tutup celah dengan menggunakan tanah untuk mengurangi kehilangan panas. Pembuatan kondensor dimulai dengan mengelas pipa tembaga pada besi yang berfungsi sebagai lubang masuk gas sekaligus berfungsi sebagai water trap. Pipa tembaga yang sudah dilas dimasukan ke dalam pipa PVC, yang berfungsi sebagai body, lalu tutup setiap celah dengan menggunakan dempul. Kondensor yang dirancang adalah kondensor tipe current-flow dengan menggunakan dua fluida, dan memiliki konfigurasi staggered. Uji Fungsional Uji fungsional bertujuan untuk memeriksa apakah setiap bagian dari alat sudah bekerja sesuai fungsinya. Uji Kinerja Uji kinerja dilakukan untuk mengetahui keberhasilan dari proses perancangan yang dilakukan. Pada penelitian ini metode yang digunakan dalam proses pirolisis adalah thermal cracking. Pengujian kinerja dilakukan sebanyak 3 kali dengan menggunakan bahan plastik HDPE sebanyak 2 kilogram. Langkah-langkah dalam melakukan uji kinerja adalah sebagai berikut:
18
Plastik dan bahan bakar ditimbang Bahan plastik dimasukan ke dalam reaktor Bahan bakar dimasukan ke dalam tungku Termokopel ditempatkan pada tungku dan reaktor Tungku dinyalakan hingga mencapai suhu yang diharapkan Air dingin dialirkan ke kondensor untuk mengondensasikan gas Suhu dijaga agar tetap konstan dengan cara mengatur debit udara yang masuk ke dalam ruang pembakaran dan jumlah bahan bakar yang tersedia di dalam ruang pembakaran 8. Minyak yang dihasilkan ditampung 9. Suhu dicatat setiap 5 menit Jika tahap ini belum berhasil dengan baik, proses masuk ke tahap modifikasi dan mengulang ke tahap fabrikasi alat. Tahap modifikasi dilakukan dengan merubah desain awal menggunakan data dan informasi penunjang yang dibutuhkan. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Pengukuran Sifat Fisik Kondensat Setelah kinerja alat pirolisis dianggap baik dan menghasilkan kondensat, dilakukan pengujian fisik dari kondensat yang dihasilkan. Sifat fisik kondensat yang diukur adalah nilai kalor, dan densitas. Pengukuran dilakukan untuk melihat karakteristik yang dimiliki minyak hasil pirolisis plastik tersebut. Pengukuran nilai kalor dilakukan dengan menggunakan bomb calorimeter. Prinsip kerja alat ini adalah dengan mengukur perubahan suhu fluida pada volume yang tetap. Pengukuran densitas dilakukan dengan menimbang dan mengukur volume kondensat.
19
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Perancangan Alat Pirolisis Rancangan Fungsional Alat pirolisis yang dirancang terdiri dari 3 bagian utama yaitu tungku, reaktor, dan kondensor. Dimensi dari setiap bagian dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5 Dimensi alat pirolisis Parameter desain Hasil Reaktor Masa jenis plastik curah (kg/m3) 80 Rasio r/t (-) 0.50 Jari-jari (m) 0.15 Tinggi (m) 0.31 Kondensor Bilangan Reynolds (-) 122.90 Bilangan Nusselt (-) 3.67 Koefisien pindah panas keseluruhan (W/mK) 7.89 Luas permukaan (m2) 0.09 Panjang (m) 1.62 Diameter (inci) 0.75 Tungku Diameter (m) 0.50 Tinggi (m) 0.60 Pada tahap analisis panjang kondensor yang dirancang adalah 1.6 m, dengan luas permukaan 0.09 m2. Setelah fabrikasi, kondensor yang dirancang memiliki panjang total 2 m, dimana kondensor ini memiliki 4 buah pipa tembaga yang memiliki panjang masing-masing 0.5 m dan jarak antara pipa 2 cm. Akan tetapi setelah melakukan uji fungsional, panjang kondensor ini masih kurang karena masih banyak gas yang terbuang di ujung kondensor. Maka panjang kondensor ditambah menjadi 2.5 m penambahan panjang kondensor sebanyak 0.5 m ini dengan cara menambahkan jumlah pipa tembaga pada kondensor menjadi 5 buah. Penambahan panjang ini disebabkan oleh asumsi laju aliran massa yang tidak pasti dan penggunaan air dingin pada kondensor. Laju aliran massa yang tidak pasti ini disebabkan karakteristik gas yang belum diketahui. Rancangan Struktural Pada perancangan alat pirolisis terdapat beberapa perubahan desain, skema desain pertama dapat dilihat pada Gambar 5.
20
9 1
3 4 2
5 10
7 8 Gambar 5 Skema alat pirolisis desain I Keterangan: : Arah kondensat : Arah fluida pendingin : Arah fluida panas 1. Kondensor 2. Penampung minyak 3. Cerobong 4. Reaktor 5. Ruang pembakaran 6. Lubang pemasukan bahan bakar 7. Penampung abu 8. Lubang pemasukan udara 9. Lubang kontrol 10. Tempat penampung air dingin
21
1
9
2
8
3 5 4
6
7 Gambar 6 Skema alat pirolisis desain akhir Keterangan: : Arah kondensat : Arah Fluida pendingin : Arah fluida panas 1. Kondensor 2. Penampung minyak 3. Reaktor 4. Lubang pemasukan bahan bakar dan udara 5. Cerobong 6. Ruang pembakaran 7. Penampung abu 8. Lubang kontrol 9. Tempat penampung air dingin Hasil desain alat pirolisis dapat dilihat pada Gambar 7, Gambar teknik dari masing masing bagian dapat dilihat di Lampiran 7, Lampiran 8, dan Lampiran 9. Perbedaan dari kedua desain ini terdapat pada posisi kondensor dan tungku.
22
Kondensor pada desain I terletak di samping tungku sedangkan pada desain akhir kondensor terletak di atas reaktor. Perbedaan lain dari kedua desain ini terdapat pada tungku, tungku pada desain akhir terletak di dalam tanah sedangkan pada desain I terletak di atas permukaan tanah. Hal ini dilakukan untuk mengurangi panas yang hilang ke lingkungan dan mencegah jilatan api dalam ruang pembakaran yang keluar melalui celah merusak bagian lain.
Gambar 7 Alat pirolisis plastik desain akhir Perubahan desain dari desain 1 ke desain akhir disebabkan oleh sifat gas yang dapat dikondensasi. Bila diperhatikan secara visual, gas yang dapat dikondenasi ini lebih berat dari udara sehingga gas ini cenderung jatuh ke bawah, gambar dari gas yang dapat dikondensasi dapat dilihat pada Gambar 8. Pada desain I, aliran gas pada kondensor mengarah ke bawah yang mengakibatkan gas yang dapat dikondensasi tetapi belum terkondensasi akan terbuang. Akan tetapi pada desain akhir aliran gas dalam kondensor mengarah ke atas, sehingga gas yang dapat dikondensasi tetapi belum terkondensasi ini akan jatuh kembali ke dalam kondensor dan terkondensasi.
23
Gas yang dapat dikondensasi
Gambar 8 Gas berat yang dapat dikondensasi Uji Kinerja Desain Pada uji kinerja suhu reaktor yang digunakan dipertahankan pada suhu 400 – 450 oC. Pengaturan suhu dalam reaktor ini dilakukan dengan 2 cara yaitu mengatur jumlah udara dan bahan bakar yang masuk ke dalam ruang pembakaran. Hasil dari uji kinerja alat pirolisis ini dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6 Hasil proses pirolisis plastik
Ulangan
Bahan plastik HDPE (g)
Bahan bakar (g)
Kondensat cair (g)
Kondensat padat (g)
Residu (g)
Gas (g)
1 2 3
2000 2000 2000
14000 16500 12500
344 302 221
424 507 435
29 100 17
1203 1091 1317
Pada proses pirolisis, menjaga suhu konstan merupakan faktor terpenting oleh karena itu suhu perlu diperhatikan. Pengaturan suhu dilakukan dari ruang pembakaran, jika suhu dalam ruang pembakaran terlalu tinggi maka blower ditutup agar suhu turun. Jika suhu dalam ruang pembakaran tetap turun meskipun blower sudah dibuka maka bahan bakar ditambahkan ke dalam ruang pembakaran. Akan tetapi penambahan bahan bakar ini tidak diikuti dengan hasil yang baik juga, hal ini dikarenakan masih banyak bahan bakar yang belum terbakar habis Berdasarkan uji kinerja yang telah dilakukan, rendemen dari kondensat pirolisis plastik HDPE ini adalah 51%. Hasil rendemen ini lebih kecil dari penelitian yang dilakukan oleh Ramadhan dan Ali (2015) dimana rendemen yang dihasilkan adalah 63%. Nilai dari rendemen ini masih dapat ditingkatkan dengan pengaturan suhu yang lebih baik. Hasil dari uji kinerja alat pirolisis ini menghasilkan 2 jenis yaitu kondensat cair dan kondensat padat, dapat dilihat pada Gambar 9. Kondensat cair adalah hasil yang diharapkan, kondensat cair terbentuk karena plastik sudah terurai sempurna. Sedangkan kondensat padat terbentuk karena plastik belum terurai secara sempurna, hal ini disebabkan suhu dalam reaktor yang belum mencapai suhu
24
thermal cracking plastik HDPE. Kedua jenis hasil pirolisis ini memiliki sifat yang mampu bakar, sehingga hasil ini didekati dengan bensin dan paraffin.
(b) (c) (a) Gambar 9 Kondensat cair dan padat (a) Ulangan 1 (b) Ulangan 2 (c) Ulangan 3 Untuk mengetahui kondensat yang dihasilkan cair atau padat adalah dengan cara visual. Cara ini dilakukan dengan melihat warna cairan yang terdapat pada tempat penampung. Jika warna yang dihasilkan gelap atau bahkan kehitaman, maka hasil tersebut berupa kondensat padat. Sedangkan bila hasil memiliki warna kekuningan, maka hasil tersebut adalah kondensat cair. Cara lainnya adalah dengan menumpahkan sedikit kondensat ke air, bila kondensat adalah kondensat padat maka kondensat tersebut langsung mengeras saat bercampur dengan air. Dengan begitu kondensat yang dihasilkan dapat dipisahkan dengan lebih mudah. Pada uji kinerja alat pirolisis ini, didapatkan bahwa pada ulangan pertama menghasilkan kondensat cair yang paling banyak yaitu 344 g. Sedangkan yang paling sedikit ada pada ulangan ketiga yaitu 221 g. Hal ini disebabkan suhu dalam reaktor, menurut Ramadhan, 2015 suhu optimal dalam menghasilkan minyak dari pirolisis plastik HDPE ini adalah 420 oC. Tabel 7 Rata-rata suhu reaktor dan tungku Parameter Ulangan 1 Ulangan 2 Ulangan 3 o Rata-rata suhu tungku ( C) 665.61 649.41 699.5 Rata-rata suhu reaktor (oC) 443.07 424.83 416.25 Berdasarkan Tabel 7, ulangan 1 memiliki rata-rata suhu dalam reaktor yang paling tinggi dan ulangan 3 memiliki suhu dalam reaktor yang paling rendah. Hal inilah yang memengaruhi kondensat cair yang dihasilkan pada proses pirolisis. Semakin bertambah tingginya suhu pemanasan maka zat-zat yang terkandung dalam plastik akan terurai dengan sempurna. Zat-zat tersebut akan terurai menjadi gas dan cair (minyak) (Ramadhan et al. 2012). Grafik sebaran suhu tungku dan reaktor dapat dilihat pada Gambar 10, Gambar 11, dan Gambar 12.
25
Suhu (oC)
Tungku
Reaktor
900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Waktu (menit)
Gambar 10 Sebaran suhu tungku dan reaktor pada ulangan 1
Suhu (oC)
Tungku
Reaktor
900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Waktu (menit)
Gambar 11 Sebaran suhu tungku dan reaktor pada ulangan 2
Suhu (oC)
Tungku
Reaktor
900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Waktu (menit)
Gambar 12 Sebaran suhu tungku dan reaktor pada ulangan 3 Grafik ini menjelaskan mengenai sebaran suhu tungku dan reaktor pada saat proses pirolisis berlangsung. Pada sebaran suhu tungku, terdapat beberapa penurunan dan kenaikan suhu yang signifikan. Penurunan suhu diakibatkan oleh
26
bahan bakar dalam tungku yang habis, sedangkan kenaikan suhu diakibatkan oleh pengisian bahan bakar ke dalam tungku. Gambar 12 dan Gambar 13 memperlihatkan laju pembakaran yang sama, hal ini bisa dibuktikan dengan penurunan suhu tungku yang memiliki interval yang sama. Akan tetapi, Gambar 11 memperlihatkan bahwa laju pembakaran tidak seragam, hal ini dapat dibuktikan dengan penurunan suhu tungku yang memiliki interval berbeda. Perbedaaan laju pembakaran ini dapat disebabkan oleh 2 hal, yaitu penambahan massa bahan bakar yang berbeda dan pemberian udara yang berbeda. Grafik dari sebaran suhu kondensor dapat dilihat pada Gambar 13, Gambar 14, dan Gambar 15. Air Masuk
Air Keluar
Gas masuk
Gas keluar
250
Suhu (oC)
200 150 100 50 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Waktu (menit)
Gambar 13 Sebaran suhu kondensor pada ulangan 1 Air masuk
Air keluar
Gas masuk
Gas keluar
250
Suhu (oC)
200 150
100 50 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Waktu (menit)
Gambar 14 Sebaran suhu kondensor pada ulangan 2
110
120
27
Air masuk
Air keluar
Gas masuk
Gas keluar
350 300 Suhu (oC)
250 200 150 100 50 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Waktu (menit)
Gambar 15 Sebaran suhu kondensor pada ulangan 3 Grafik ini menjelaskan mengenai sebaran suhu di kondensor. Nilai dari sebaran suhu kondensor dapat dilihat pada Tabel 8. Tabel 8 Sebaran suhu kondensor Parameter Ulangan 1 Ulangan 2 Ulangan 3 Suhu maksimal gas masuk (oC) 261 242 295 o Suhu minimal gas keluar ( C) 24 23 29 Suhu maksimal air masuk (oC) 30 28 25 o Suhu minimal air keluar ( C) 10 9 10 Dari tabel di atas dapat diketahui suhu pengembunan pada kondensor, suhu pengembunan kondensor pada ulangan 1, ulangan 2 dan ulangan 3 adalah 81.25 oC, 75.5 oC, dan 89.75 oC, sehingga rata-rata suhu pengembunan ini adalah 82.17 oC. Contoh perhitungan suhu pengembunan dapat dilihat pada Lampiran 10. Terdapat perbedaaan antara suhu pengembunan rancangan dan hasil uji kinerja, dimana suhu pengembunan rancangan adalah 55 oC. Suhu pengembunan yang lebih tinggi ini disebabkan oleh suhu fluida pendingin yang semakin panas akibat es yang mencair dan suhu fluida pendingin yang keluar dari kondensor memilki suhuh yang lebihh tinggi. Pada ulangan ke 3, waktu proses hanya 95 menit. Hal ini disebabkan karena plastik dalam reaktor sudah habis sehingga proses pirolisis dihentikan. Meskipun waktu proses selama 120 menit, tetapi kondensat tidak terbentuk selama proses berlangsung. Bila dilihat pada Gambar 13, Gambar 14, dan Gambar 15 kondensat terbentuk pada menit ke 40, 45, dan 25.
28
Volume (ml)
Volume kondensasi terhadap waktu 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Waktu (menit)
Gambar 16 Volume kondensat terhadap waktu ulangan 1 Volume kondensasi terhadap waktu 1400
Volume (ml)
1200 1000 800 600 400 200 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
105
110
120
Waktu (menit)
Gambar 17 Volume kondensat terhadap waktu ulangan 2 Volume kondensasi terhadap waktu 1200
Volume (ml)
1000 800 600 400 200 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Waktu (menit)
Gambar 18 Volume kondensat terhadap waktu ulangan 3 Berdasarkan grafik, pada awal proses belum ada kondensat yang dihasilkan, hal ini disebabkan plastik HDPE yang belum mengalami proses pemutusan rantai karena suhu thermal cracking yang belum tercapai.
29
Setelah proses pirolisis berakhir, sisa bahan plastik hampir habis karena hampir semua bahan plastik terurai menjadi gas. Akan tetapi masih banyak kehilangan masa yang terjadi pada fase gas. Hal ini disebabkan karena hasil pirolisis dalam bentuk gas terdiri dari dua jenis yaitu gas yang dapat terkondensasi dan gas yang tidak dapat dikondensasi (Ademiluyi and Adebayo 2007). Uji Fisik Kondensat Pengujian fisik kondensat perlu dilakukan untuk mengetahui karakteristik dari kondensat yang dihasilkan. Sifat kondensat yang diukur adalah densitas, dan nilai kalor. Hasil dari uji fisik kondensat dapat dilihat pada Tabel 9. Tabel 9 Perbandingan sifat sisik kondensat dengan bahan bakar lain Kondensat Parameter
Bensin Diesel Minyak Tanah Cair
Padat
Nilai kalor (MJ/kg) 35.37 ± 2 32.03 ± 2.4
44.0
44.0
43.3
Densitas (g/cm3) 0.7 0.9 Sumber: Das dan Pande, 2007
0.7
0.8
0.8
Pengujian densitas dilakukan dengan menimbang dan mengukur volume kondensat tersebut, sehingga didapatkan densitas kondensat cair adalah 0.7 g/cm3 yang sebanding dengan bensin yang ada di pasaran. Nilai ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Santoso (2010) dan Hidayat (2009) bahwa masa jenis minyak pirolisis plastik sebesar 0.7 g/ cm3. Nilai densitas dari kondensat padat ini adalah 0.9 g/cm3 nilai ini tidak jauh berbeda bila dibandingkan dengan parafin yang memiliki densitas 0.84 g/cm3. Pengukuran nilai kalor dilakukan dengan menggunakan bomb calorimeter. Rata-rata nilai kalor kondensat cair adalah 37 MJ/kg, nilai kalor dari kondensat cair ini lebih mendekati nilai kalor minyak tanah dibandingkan dengan bensin. Ratarata nilai kalor dari kondensat padat adalah 34.69 MJ/kg, nilai kalor ini juga lebih kecil dibandingkan dengan paraffin yaitu 42 MJ/kg. Nilai kalor yang kecil ini disebabkan oleh adanya zat pengotor dalam kondensat. Zat pengotor ini berasal dari kotoran yang tersisa pada plastik seperti label botol dan abu sisa proses pirolisis sebelumnya yang masih tertinggal dalam reaktor, keberadaan air dalam kondensat juga berpengaruh terhadap nilai kalor. Perbandingan energi Uji kinerja alat pirolisis ini membutuhkan energi yang banyak, hal ini dikarenakan bahan bakar yang digunakan adalah biomasa. Limbah biomassa yang digunakan adalah kayu jati yang sudah tidak bisa digunakan lagi dengan nilai kalor 20.46 MJ/kg. Penggunaan bahan bakar pada ulangan 1, 2, dan 3 adalah 286.45 MJ, 337.6 MJ, dan 255.76 MJ. Konsumsi bahan bakar ini dipengaruhi oleh kebutuhan
30
suhu dari proses pirolisis yang tinggi, sehingga konsumsi bahan bakar menjadi semakin banyak. Kebutuhan suhu yang tinggi ini berbanding lurus dengan jumlah udara yang digunakan, sehingga udara yang masuk harus banyak. Dengan semakin banyak dan cepatnya udara yang masuk maka laju pembakaranpun semakin tinggi sehingga konsumsi bahan bakar menjadi sangat banyak. Rata-rata kandungan energi total kondensat cair ini adalah 10.23 MJ, ratarata kandungan energi total kondensat padat ini adalah 14.6 MJ sedangkan rata-rata energi yang digunakan adalah 296.68 MJ. Perbandingan energi yang dihasilkan pada kondensat cair dengan yang digunakan ini sebesar 3.4%, sedangkan perbandingan energi yang dihasilkan pada kondensat padat dengan yang digunakan adalah 4.9%. Nilai energi yang dihasilkan dari kondensat pirolisis HDPE ini jauh lebih kecil dari energi yang digunakan. Meskipun nilai perbandingannya kecil, tetapi penggunaan minyak lebih praktis dibandingkan dengan kayu, hal tersebut yang menjadi nilai tambah dari minyak hasil pirolisis plastik HDPE ini.
31
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Alat pirolisis yang dirancang memiliki 3 bagian utama, yaitu tungku, reaktor dan kondensor. Pada uji kinerja, hasil yang diharapkan berupa kondensat cair belum maksimal karena kesulitan dalam menjaga suhu konstan. Pada proses pirolisis ini terdapat 2 jenis kondensat, yaitu kondensat cair dan kondensat padat. Kondensat cair yang didapat paling banyak 344 g pada ulangan 1, sedangkan kondensat cair yang didapat paling sedikit sebanyak 221 g pada ulangan 3. Kondensat padat yang didapat paling banyak 507 g pada ulangan 2, sedangkan kondensat cair yang didapat paling sedikit sebanyak 424 g pada ulangan 1. Kondensat cair ini memiliki densitas yang sama dengan bensin yaitu sebesar 0.7 g/cm3, akan tetapi nilai kalor dari kondensat cair ini lebih kecil dibandingkan dengan bensin yaitu 37 MJ/kg. Kondensat padat ini memiliki densitas yang sama dengan paraffin yaitu sebesar 0.9 g/cm3, akan tetapi nilai kalor dari kondensat padat ini juga lebih kecil dibandingkan dengan paraffin yaitu 34.69 MJ/kg. Nilai kalor yang kecil ini dipengaruhi oleh zat pengotor yang terdapat pada reaktor ataupun plastik. Alat pirolisis ini memiliki nilai perbandingan energi yang dihasilkan pada kondensat cair dengan yang digunakan sebesar 3.4%, sedangkan perbandingan energi yang dihasilkan pada kondensat padat dengan yang digunakan sebesar 4.9%. Saran Untuk memperbaiki kinerja alat pirolisis ini maka saran yang perlu diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah: 1. Perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai heat exchanger pada reaktor agar suhu dalam reaktor konstan pada 420 oC. 2. Perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk mempertahankan suhu pembakaran biomasa konstan 700 oC. 3. Perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai heat exchanger pada kondensor agar kondensat yang dihasilkan lebih banyak. 4. Perlu penelitian lanjutan mengenai kondensat cair dan padat yang dihasilkan.
32
DAFTAR PUSTAKA Ademiluyi T, Adebayo TA. 2007. Fuel Gases from Pyrolysis of Waste Polyethylene Sachets. J Appl Sci Environ Manage. 11(2): 21 - 26. JASEM ISSN 11198362. Bajus M, Hájeková E. 2010. Thermal Cracking of the Model Seven Components Mixed Plastics into Oil/Waxes. Petroleum & Coal. 52(3): 164-172, 2010. ISSN 1337- 7027. Borman GL, Ragland KW. 1998. “Combustion Engineering” pp 14.1-14.20. New York. McGrawHill Publishing Co. Borsodi N, Miskolczi N, Angyal A, Bartha L, Kohán J, Lengyel A. 2011. Hydrocarbons Obtained by Pyrolysis of Contaminated Waste Plastics. 45th International Petroleum Conference. Bratislava. Slovak Republic Clemens, Stanley R. 1984. Geometry. USA: Addison-Westley Publishing Company, inc. Daryoso K, Wahyuni S, Saputro SH. 2012. Uji Aktivitas Katalis Ni-Mo/Zeolit pada Reaksi Hidrorengkah Fraksi Sampah Plastik (Polietilen). Indonesian Journal of Chemical Science 1 (1). Universitas Negeri Semarang Das S, Pande S. 2007. Pyrolysis and Catalytic Cracking of Municipal Plastic Waste for Recovery of Gasoline Range Hydrocarbons. Thesis. Chemical Engineering Department National Institute of Technology Rourkela Demirel Y. 2012. Energy and Energy Types. London (UK): Springer. Gabe FAPA. 2015. “Analisa Termal Pada Rancang Bangun Reaktor Pirolisis Untuk Memproduksi Bahan Bakar Minyak dari Limbah Plastik” Hidayat R. 2009. “Studi Sifat Fisik, Kimia dan Uji Unjuk kerja Kompor dengan Bahan Bakar Minyak Pirolisis Sekam Padi” Holman JP. 2010. Heat Transfer Tenth Edition. Department of Mechanical Engineering Southern Methodist University (US). McGraw-Hill. Kumar S, Panda AK, Singh RK. 2011. A Review on Tertiary Recycling of HighDensity Polyethylene to Fuel. Resources. Conservation and Recycling Vol. 55 893– 910 Mujiarto, Iman. Sifat dan Karakteristik Material Plastik Bahan Aditif. 2005. Traksi. Vol. 3. No. 2 Mulyadi E. 2004. Termal Dekomposisi Sampah Plastik. Jurnal Rekayasa Perencanaan, ISSN 1829-913x, Vol-1 Patni N, Shah P, Agarwal S, Singhal P. Alternate Strategies for Conversion of Waste Plastik to Fuels. ISRN Renewable Energy; 2013. Vol 2013. Nurcahyo IF. 2005. Uji Aktivitas dan Regenerasi Katalis NiPd (4:1)/Zeolit Alam Aktif Untuk Hidrorengkah Sampah Plastik Polipropilena Menjadi Fraksi Bensin Dengan Sistem Semi Alir. Thesis Ilmu Kimia Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta Osueke, Ofundu. 2011. Conversion of Waste Plastiks (Polyethylene) to Fuel by Means of Pyrolysis. (IJAEST) International Journal of Advanced Engineering sciences and Technologies. Vol. No. 4, Issue No. 1, 021 – 024 Panda AK. 2011. Studies on Process Optimization for Production of Liquid Fuels from Waste Plastiks. Thesis. Chemical Engineering Department National Institute of Technology Rourkela
33
Pareira BC. 2009. Daur Ulang Limbah Plastik. Available from URL: http://www.ecoreccycle.vic.gov.au Ramadhan A, Ali M. 2012. Pengolahan Sampah Plastik Menjadi Minyak. Jurnal Ilmiah Teknik Lingkungan Vol. 4. No 1. Rodiansono, Trisunaryanti W, Triyono. 2007. Pembuatan, Karakterisasi dan Uji Aktivitas Katalis NiMo/Z Pada Reaksi Hidrorengka Menjadi Fraksi Bensin. Berkala MIPA, 17, 2. Santoso J. 2010. “Uji Sifat Minyak Pirolisis dan Uji Performansi Kompor Berbahan Bakar Minyak Pirolisis dari sampah Plastik”. Sarker M, Rashid MM, Rahman MS, Molla M. 2012. Envirnmentally Harmful Low Density Waste Plastik Conversion into Kerosene Grade Fuel. Journal of Environmental Protection. 2012, 3, 700 – 708. Siddiqui MN, Redhwi HH. 2009. Pyrolysis of mixed plastic for the recovery of useful products. Fuel Processing Technology. 90:545-552. doi: 10.1016/j.fuproc.2009.01.003. Tubnonghee R, Sanongraj S, Sanongraj W. 2010 Comparative Characteristics of Derived Plastik Oil and Commercial Diesel Oil. The 8th Asian-Pacific Regional Conference on Practical Environmental Technologies (APRC2010). Ubon Atchathani University. Ubonratchathani. Thailand
34
LAMPIRAN Lampiran 1 Sebaran suhu dan volume kondensasi pada ulangan 1 Air Air Gas Gas Waktu Tungku Reaktor masuk keluar masuk keluar (menit) (oC) (oC) (oC) (oC) (oC) (oC) 0 30 29 30 31 31 24 5 36 30 28 28 30 31 10 276 33 28 28 30 35 15 582 110 28 28 31 34 20 451 223 29 29 32 35 25 650 272 29 29 38 34 30 790 347 16 18 83 35 35 613 344 10 11 58 36 40 686 354 9 10 66 36 45 777 399 9 10 95 34 50 772 449 9 10 108 34 55 728 442 10 11 103 34 60 624 427 10 11 155 36 65 686 457 13 16 261 42 70 603 455 14 16 236 37 75 602 457 15 16 221 39 80 599 451 16 16 126 36 85 595 452 17 17 83 37 90 653 419 18 18 67 39 95 636 395 19 20 192 41 100 673 454 20 21 154 42 105 679 467 22 22 91 41 110 679 455 23 23 66 43 115 712 450 23 24 56 42 120 709 435 24 24 51 44 Lampiran 2 Hasil uji fisik minyak ulangan 1 Parameter Nilai Kondensat cair 0.7 Densitas (g/cm3) Kondensat padat 0.9 35.35 Kondensat cair 35.48 40.17 Nilai Kalor(MJ/kg) 33.08 Kondensat padat 37.19 33.81
Volume Kondensasi (ml) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 33.34 150.03 225.04 258.38 558.44 708.47 725.14 733.48 750.15 750.15 758.48 808.49 811.82 816.83 816.83 816.83
35
Lampiran 3 Sebaran suhu dan volume kondensasi pada ulangan 2 Air Air Gas Gas Volume Waktu Tungku Reaktor masuk keluar masuk keluar Kondensasi (menit) (oC) (oC) (oC) (oC) (oC) (oC) (ml) 0 29 27 17 27 22 30 0 5 741 386 20 32 24 31 0 10 629 258 7 16 23 32 0 15 787 379 6 11 25 30 0 20 811 358 6 10 25 32 0 25 526 349 6 9 15 32 0 30 763 362 7 10 14 24 0 35 739 406 6 11 4 23 0 40 595 389 8 11 12 32 0 45 552 342 8 12 15 41 0 50 624 399 10 13 15 29 33.34 55 597 423 12 16 139 38 216.71 60 706 426 16 18 202 30 300.06 65 808 425 17 21 218 30 533.44 70 709 425 18 22 204 33 650.13 75 595 413 19 23 151 34 666.80 80 552 415 20 24 106 35 716.81 85 527 407 20 24 84 39 716.81 90 643 402 21 24 78 43 816.83 95 764 451 22 28 242 52 900.18 100 641 451 24 27 205 43 1041.88 105 603 437 24 27 120 49 1108.56 110 551 431 26 28 81 49 1175.24 115 521 425 27 30 60 40 1175.24 120 507 423 28 30 54 61 1175.24 Lampiran 4 Hasil uji fisik minyak ulangan 2 Parameter Nilai Kondensat cair 0.7 Densitas (g/cm3) Kondensat padat 0.9 39.56 Kondensat cair 32.62 35.64 Nilai Kalor(MJ/kg) 36.55 Kondensat padat 25.04 33.50
36
Lampiran 5 Sebaran suhu dan volume kondensasi pada ulangan 3 Air Air Gas Gas Volume Waktu Tungku Reaktor masuk keluar masuk keluar Kondensasi (menit) (oC) (oC) (oC) (oC) (oC) (oC) (ml) 0 34 51 25 37 35 44 0 5 28 47 13 16 33 48 0 10 260 47 8 13 32 43 0 15 495 55 8 11 33 44 0 20 740 131 8 10 65 44 0 25 731 294 8 10 74 43 0 30 635 363 9 11 79 38 25.01 35 798 370 9 11 81 29 66.68 40 825 413 11 14 110 29 250.05 45 742 432 11 14 145 29 450.09 50 681 425 12 16 155 29 575.12 55 518 402 14 15 114 40 641.80 60 743 455 16 13 295 92 791.83 65 654 470 19 21 141 51 1091.89 70 649 472 19 21 99 51 1091.89 75 615 475 20 21 80 52 1091.89 80 631 463 21 22 63 50 1091.89 85 613 473 23 24 57 42 1091.89 90 576 436 25 24 55 40 1091.89 95 473 371 25 26 50 40 1091.89 Lampiran 6 Hasil uji fisik minyak ulangan 3 Parameter Nilai Kondensat cair 0.7 Densitas (g/cm3) Kondendsat padat 0.9 34.43 Kondensat cair 33.27 32.04 Nilai Kalor(MJ/kg) 31.60 Kondensat padat 26.37 31.47
37
Lampiran 7 Gambar teknik reaktor
38
Lampiran 8 Gambar teknik kondensor
39
Lampiran 9 Gambar teknik tungku
Lampiran 10 Contoh perhitungan suhu pengembunan Ulangan 1 Suhu rata-rata gas
=
Suhu rata-rata air
=
Suhu penegembunan =
𝑇𝑖𝑛 +𝑇𝑜𝑢𝑡 2 𝑇𝑖𝑛 +𝑇𝑜𝑢𝑡
= =
261+24 2 30+10
= 142.5 = 20
2 2 𝑆𝑢ℎ𝑢 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝐺𝑎𝑠+𝑢ℎ𝑢 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑎𝑖𝑟 2
=
142.5+20 2
= 81.25
40
RIWAYAT HIDUP Fathurrahman Naufan dilahirkan di Palembang, 2 April 1992, merupakan anak pertama dari Bapak Soewarso dan Ibu Elly Herlina. Penulis menempuh pendidikan sekolah dasar di SDIT Ummul Quro Bogor pada tahun 1998-2004. Penulis lulus dari SMPIT Ummul Quro pada tahun 2007 dan SMA PU Al Bayan pada tahun 2010. Penulis pernah menempuh pendidikan di Teknik Mesin, Universitas Gadjah Mada pada tahun 2010, akan tetapi pindah ke Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor pada tahun 2011 melalui jalur Ujian Tulis Mandiri. Selama menjadi mahasiswa penulis pernah terlibat dalam beberapa kepengurusan organisasi. Penulis pernah menjadi wakil ketua Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian pada tahun 2013, lalu menjadi ketua Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian pada tahun 2014. Penulis melaksanankan praktik lapang pada tahun 2014 di PTPN IX dengan judul Proses Pengeringan Biji Kopi di Kebun Ngobo, PTPN IX, Semarang.
