15
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
Penelitian dilakukan di Laboratorium Proses Industri KimiaDepartemen Teknik Kimia dan Laboratorium Proses Manufaktur Departemen Teknik Industri,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan selama lebih kurang 1 bulan.
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
3.2.1 Bahan Penelitian
Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain: 1.
Pelepah aren Arenga pinnata sebagai bahan baku pembuatan briket. 2.
Tepung tapioka ditambah air dengan rasio 1:10sebagai bahan perekat. 3.
Kapursebagai penyerap air.
3.2.2 Peralatan Penelitian
Peralatan utama yang digunakan pada penelitian ini antara lain: 1.
Furnace 2.
Timbangan 3.
Oven 4.
Cawan porselen 5.
Desikator 6.
Ball Mill 7.
Moisture analyzer
16 8.
Universal Testing Machine 9.
Pencetak Briket diameter lubang 4,5 cm dan tinggi 5 cm
3.3 METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan Rancangan Acak Kelompok dengan dua variabel yang divariasikan, yaitu konsentrasi perekat tepung tapioka
T dan bahan tambahan kapur K.Rancangan penelitian dalam bentuk tabel adalah sebagai berikut :
Tabel 3.1 Rancangan Penelitian
Perlakuan ke- T
K
1 2
1 3
3 4
5 5
10 6
1 7
3 8
5 9
20 10
1 11
3 12
5 13
30 14
1 15
3 16
5
3.4 PROSEDUR PENELITIAN
3.4.1 Persiapan Bahan Baku
Tahap ini bertujuan untuk mempersiapkan bahan-bahan yang akan digunakan dalam percobaan sehingga mempunyai bentuk yang seragam dan dapat
dengan mudah digunakan dalam tahapan selanjutnya.Adapun tahap persiapan bahan baku dipotong menjadi ukuran yang lebih kecil dan dikeringkan dibawah
sinar matahari sampai kering.
3.4.2 Tahap Pengarangan
17 Bahan-bahan yang telah disiapkan diarangkan dengan cara dimasukkan
kedalamfurnace pada suhu 350
o
C selama 2 jam lalu dimasukkan ke desikator selama 30 menit. Setelah ituarang dihaluskan dengan cara digiling sampai halus
denganmenggunakan ball mill selama 4 jam. Kemudian diayak menggunakan ayakan 70 mesh sehingga serbuk arang seragam.
3.4.3 Tahap Pencetakan dan Pengeringan Briket
Serbuk bioarang pelepah aren sebanyak 20 gram dicampurkan dengan perekat berupa tepung tapioka yang telah ditambah air dengan perbandingan 1:10
dengan konsentrasi 0, 10, 20 dan 30dan juga ditambah kapur 0, 1, 3 dan 5 terhadap berat arang ww. Campuran kemudian dimasukkan ke dalam
alat pencetak yang mempunyai ukuran teknis diameter 4,5 cm kemudian ditekan dengan alat pengempa dengan kekuatan 80 kgcm
2
8,24 kPa. Briket yang sudah selesai dicetak dimasukkan ke dalam oven untuk dikeringkan dengan temperatur
105
o
C selama 2 jam.
3.4.4 Tahap Analisa 3.4.4.1 Analisa Kadar Air
Penentuan kadar air menggunakan moisture analyzer.Sampel sebanyak 5 gram ditimbang kemudian dikeringkan dalam moisture analyzer. Persentase kadar
air langsung muncul pada moisture analyzer dan dicatat.
3.4.4.2 Analisa Kadar Abu
Cawan kosong dipanaskan dalam oven didinginkan dalam desikator selama 30 menit dan ditimbang beratnya. Sampel ditimbang sebanyak 5 gram, dan
diletakkan dalam cawan, kemudian dimasukkan dalam furnace. Pengabuan dilakukan pada suhu 550
o
C sekitar 2 jam. Cawan kemudian didiinginkan dalam desikator, setelah dingin cawan kemudian ditimbang. Persentase kadar abu dapat
dihitung dengan rumus: Kadar abu =
�������� � ����������� �
x 100
18
3.4.4.3 Analisa Kadar Bahan Volatil
Sampel ditimbang sebanyak 5 gram, dan diletakkan dalam cawan, kemudian dimasukkan dalam furnace. Pengabuan dilakukan pada suhu 990
o
C sekitar 7 menit. Cawan kemudian didinginkan didalam desikator dan ditimbang
Kadar VCM = D-C x 100 D
Dimana : D = Berat sampelawal gram C = Berat sampel setelah didinginkan di desikator gram
VCM = Volattile Combustion Matterzat volatil
3.4.4.4 Analisa Kadar Karbon Terikat Fixed Carbon
Analisa kadar karbon terikat dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut :
FC + VCM + Kadar air + Kadar abu = 100 FC = 100 - VCM - Kadar air - Kadar abu .
3.4.4.5 Analisa Nilai Kalor
Analisa nilai kalor ditentukan dengan menggunakan Calorimeter Combustion Bomb. Prosedurnya sebagai berikut :
- Disiapkan alat dan bahan.
- Ditimbang briket sebanyak 0,15 gram untuk setiap perlakuan.
- Disiapkan kawat penyala, digulung dan dipasang pada tangkai penyala.
- Ditempatkan cawan berisi briket pada ujung tangkai penyala.
- Ditutup bom dengan kuat setelah dipasang ring-O dengan memutar
penutup tersebut. -
Diisi oksigen ke dalam bom dengan tekanan 30 bar. -
Ditempatkan bom yang telah terpasang ke dalam kalorimeter. -
Dimasukkan air pendingin sebanyak 1250 ml. -
Ditutup kalorimeter dengan penutupnya. -
Dihidupkan pengaduk air pendingin selama 5 menit sebelum penyalaan dilakukan.
- Dibaca dan dicatat suhu air pendingin.
- Dihidupkan penyalaan.
19 -
Diaduk air pendingin selama 5 menit setelah penyalaan berlangsung. -
Dibaca dan dicatat kembali suhu air pendingin. -
Pengaduk dimatikan [31]. Dari data suhu air pendingin, dapat dihitung nilai kalor pembakaran briket
HHV = High Heating Value HHV kJkg = T
2
– T
1
– T
kp
x c
v
[32] dimana :
T
1
= suhu air pendingin sebelum dinyalakan
o
C T
2
= suhu air pendingin setelah dinyalakan
o
C T
kp
= kenaikan suhu kawat penyala
o
C c
v
= panas jenis alat = 73529,6 kJkg.
o
C
3.4.4.6 Analisa Keteguhan Tekan
Analisa keteguhan tekan menggunakan alat Universal Testing Machine di Laboratorium Penelitian Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara.
3.5 FLOWCHART PENELITIAN 3.5.1 Persiapan Bahan Baku
Gambar 3.1 Flowchart Persiapan Bahan Baku
3.5.2 Tahap Pengarangan
Mulai Pelepah aren dipotong menjadi ukuran yang lebih kecil
Dikeringkan dibawah sinar matahari sampai kering Selesai
Mulai Dimasukkan pelepah aren kedalam furnace dengan suhu
350 Cselama 2 jam
Dimasukkan cawan kedalam desikator selama 30 menit Dihaluskan menggunakan ball mil selama 4 jam
Diayak menggunakan ayakan 70 mesh
20 Gambar 3.2 Flowchart Tahap Pengarangan
3.5.3 Tahap Pencetakan dan Pengeringan Briket
Gambar 3.3 Flowchart Tahap Pencetakan dan Pengeringan
3.5.4 Tahap Analisa
3.5.4.1 Analisa Kadar Air
Mulai Dibuat bahan perekat dengan mencampurkan tepung tapioka
dengan rasio 1:10 terhadap air Dicampur perekat dengan serbuk arang dengan konsentrasi
perekat 0, 10 , 20 dan 30 ww terhadap arang Ditambahkan kapur konsentrasi 0, 1, 3 dan 5
Diaduk bahan secara merata dan dituangkan dalam cetakandan dikempa Briket kemudian dikeringkan didalam oven pada suhu 105
C selama 2 jam
Selesai
Mulai
Dikeringkan dalam moisture analyzer
Dicatat kadar airnya Sampel ditimbang sebanyak 5 gram
21 Gambar 3.4 Flowchart Analisa Kadar Air
3.5.4.2 Analisa Kadar Abu
Gambar 3.5 Flowchart Analisa Kadar Abu
3.5.4.3 Analisa Kadar Bahan Volatil
Mulai Sampel ditimbang sebanyak 5 gram
Sampel dimasukkan ke dalam cawan porselen Sampel dipanaskan dalam furnace hingga
suhu 550
o
C selama 2 jam
Selesai Cawan porselen didinginkan dalam desikator
selama 30 menit lalu ditimbang
Mulai Sampel ditimbang sebanyak 5 gram
Sampel dimasukkan ke dalam cawan porselen Sampel dipanaskan dalam furnace hingga
suhu 990
o
C selama 7menit Cawan porselen didinginkan dalam desikator
selama 30 menit lalu ditimbang Selesai
22 Gambar 3.6 Flowchart Analisa Kadar Bahan Volatil
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 PENGARUH KONSENTRASI PEREKAT TEPUNG TAPIOKA DAN PENAMBAHAN KAPUR TERHADAP NILAI KALOR BRIKET
PELEPAH AREN
Berikut ini adalah grafik yang menunjukkan hubungan konsentrasi perekat tepung tapioka dan penambahan kapur terhadap nilai kalor briket pelepah aren.
Gambar 4.1 Grafik Pengaruh Konsentrasi Perekat Tepung Tapioka dan Penambahan Kapur Terhadap Nilai Kalor Briket Pelepah Aren
Nilai bakar atau nilai kalor merupakan nilai yang menunjukkan kandungan energi dalam bahan bakar. Nilai kalor adalah karakteristik bahan bakar biomassa
yang bergantung pada komposisi kimiawi dan kadar air moisture content [33]. 5800
6000 6200
6400 6600
6800 7000
1 2
3 4
5 6
N ilai
K al
or k
al g
Konsentrasi Kapur
Tapioka 0 Tapioka 10
Tapioka 20 Tapioka 30
23 Dari gambar 4.1 terlihat bahwa hubungan konsentrasi perekat tepung
tapioka dan nilai kalor adalah sebanding. Ini ditunjukkan dengan meningkatnya konsentrasi perekat tepung tapioka yang digunakan menyebabkan nilai kalor
cenderung meningkat pada setiap konsentrasi kapur yang sama. Pada grafik tapioka 0, 10 dan 20, tampak kenaikan harga nilai kalor
seiring dengan naiknya konsentrasi kapur yang digunakan. Namun pada grafik tapioka 30, harga nilai kalor justru menurun pada penambahan kapur 5.
Penyimpangan ini dapat disebabkan oleh karena konsentrasi air pada perekat yang semakin tinggi. Seperti diketahui, pembuatan perekat dilakukan
dengan memanaskan tapioka dan air dimana perbandingan tapioka dan air adalah 1:10 [34], sehingga untuk konsentrasi perekat 30 bb misal arang digunakan
sebanyak 20 gram maka tapiokanya sebanyak 6 gram dan air sebanyak 60 ml. Sementara itu, kapur yang digunakan hanya 5 bb dari 20 gram arang yaitu
sebanyak 1 gram. Akibatnya kapur ini tidak mampu banyak mengikat air dan menurunkan nilai kalor.
Nilai kalor perlu diketahui dalam pembuatan briket, karena untuk mengetahui nilai panas pembakaran yang dapat dihasilkan oleh briket sebagai
bahan bakar. Semakin tinggi nilai kalor suatu briket, maka semakin baik kualitasnya. Kualitas nilai kalor briket akan meningkat seiring dengan
bertambahnya bahan perekat dalam briket tersebut [30]. Bahan perekat memiliki sifat dapat meningkatkan nilai kalor karena
mengandung unsur C [35]. Menurut Kalinauskaite 2012, briket dengan penambahan kapur memiliki nilai kalor yang lebih tinggi [36].
4.2 PENGARUH KONSENTRASI PEREKAT TEPUNG TAPIOKA DAN PENAMBAHAN KAPUR TERHADAP KADAR AIR BRIKET