15

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Alasan Melakukan Penelitian

Energi biomassa merupakan salah satu energi alternatif yang terus dikembangkan

penggunaanya karena dapat mensubsitusi energi dari fosil seperti minyak bumi, gas dan

lain-lain. Energi biomassa sebagai energi alternatif bersumber dari biomassa yang

tersedia banyak di seluruh pelosok tanah air Indonesia. Hal yang terpenting dari

biomassa ini ialah bahan bakarnya dapat dibaharui atau dalam istilah populernya yaitu

terbarukan (renewable).

Kayu bakar merupakan salah satu dari energi biomassa dengan nilai kalori 4320

Kkal/kg (Yudanto dan Kusumaningrum, 2011). Kayu bakar dapat ditemukan di seluruh

pelosok Indonesia dan dapat dengan mudah diperoleh. Kayu mengandung selulosa dan

hemiselulosa. Pada kedua unsur ini tersimpan energi kimia yang merupakan energi

potensial yang bila dibakar akan menghasilkan energi panas yang dapat dimanfaatkan

untuk kegiatan rumah tangga dan usaha-usaha lain yang bersifat mekanis seperti mesin

perbangkit listrik bertenaga biomassa.

Beribu-ribu tahun lalu energi biomassa sudah banyak dimanfaatkan terutama untuk

rumah tangga seperti masak-memasak bahkan dengan perkembangan teknologi energi ini

digunakan pada mesin uap yang menggerakan kereta api. Setelah itu energi biomassa

diganti dengan energi fosil yaitu bensin, solar, minyak tanah, gas, dan lain-lain. Energi

yang berasal dari fosil dewasa ini candangannya makin menipis sehingga pengunaan

energi biomassa kembali mendapat perhatian karena energi ini bersifat terbarukan.

Dalam pemanfaatannya energi biomassa yang salah satu bentuknya yaitu kayu bakar

sampai saat ini masih bertahan pada cara-cara tradisional mengunakan tungku yang

efisiensinya kira-kira 10% bahkan kurang. Angka ini sangat memprihatinkan karena

16

banyak energi panas yang terbuang (Sugianto, 2009).

Kompor biomassa telah dibuat oleh UB dan dipasarkan dengan nama “kompor

biomassa UB-03”. Namun karena ada perasaan akan kurang optimalnya suhu dan umur

bahan bakar sehingga saya memutuskan untuk memodifikasinya. Berdasarkan

permasalahan di atas maka dipandang masih perlu penelitian untuk pengembangan

kompor biomassa mengunakan bahan bakar kayu bakar sebagai sumber energi

3.1.1 Eksperimen Penelitian

Eksperimen dalam penelitian bertujuan untuk mendapatkan hasil

pembakaran yang sempurna yaitu perbandingan jumlah bahan bakar dan udara

seimbang sehingga didapat kestabilan suhu. Gasifier yang digunakan sebagai prinsip

dari perancangan kompor dalam penelitian ini merupakan jenis gasifier yang sesuai

dengan karakteristik biomassa yang memiliki volatile matter tinggi, di mana

kompor yang dirancang diperuntukkan bahan bakar kayu. Prinsip tersebut

memanfaatkan perpindahan kalor dari api ke kayu di bawahnya sehingga kayu

mengalami flaming pyrolisis terlebih dahulu dibandingkan glowing pyrolisis.

Sebagai akibatnya, terjadi peristiwa devolatilisasi yang menyebabkan pelepasan

volatile matter dan pembentukan char dari biomassa. Volatile matter yang

dilepaskan oleh kayu tersebut kemudian dibakar dengan udara devolatilisasi (udara

primer) dalam jumlah terbatas sehingga menghasilkan gas pirolisis yang selanjutnya

mengalami proses pembakaran karena berkontakan dengan udara pembakaran (udara

sekunder).

3.2 Variabel Penelitian

Variabel penelitian yang digunakan dalam pengujian ini meliputi variabel tetap dan

variabel tidak tetap.

Variabel tetap pengujian berupa :

17

Massa air pada panci

Penetapan suhu stabil

Massa media bahan bakar (kayu lamtoro)

Berat bahan bakar

Variabel tidak tetap berupa :

Rasio antara laju alir devolatilisasi (udara primer) laju alir udara pembakaran (udara

sekunder)

3.3 Tempat dan Waktu penelitian

A. Tempat Penelitian

Tempat penelitian dilaksanakan di kontrakan peneliti, bertempat di gang manunggal,

desa mulyoagung kecamatan dau. Adapun alas an penelitian dilakukan di kontrakan

karena dekat dengan lokasi sumber bahan bakar utama, yaitu kayu lamtoro.

B. Waktu Penelitian

Waktu penelitian kurang lebih 3 bulan, dengan 27 kali pengujian. mulai Oktober sampai

November 2016.

3.4 Metode Modifikasi Kompor

Dalam modifikasi kompor biomassa UB-03 tetap mengutamakan pemodifikasian

pada saluran primer serta penggunaan metode aliran Primary Combustion dan Secondary

Combustion, yaitu

primary Combustion untuk menyalakan awal bahan bakar sehingga udara bersirkulasi

secara kontinu sehingga menghasilkan aliran udara turbulen dan membakar secara

kontinu. (Anonymous, 2015).

Secondary Combustion yaitu memanfaatkan sirkulasi udara panas didalam tungku

untuk mendapatkan efisiensi pembakaran dan menjadikan gas CO dan CO2

minimalisir. (Anonymous, 2012)

18

Berikut skema gambar kompor biomassa :

Gambar 3.1: Skema Kompor Biomassa

3.5 Tahap Preparasi Alat dan Bahan

Dalam tahap ini, prosedur yang dilakukan ialah menentukan dan menyediakan

berbagai alat dan bahan yang dipergunakan dalam penelitian mencakup:

Menentukan dan menyediakan alat dan bahan untuk tahap preparasi bahan bakar.

3.5.1 Alat:

a) Penjepit ( untuk mengambil kayu )

penjepit berfungsi untuk memasukkan potongan kayu kedalam tungku bakar

dan mengatur posisi potongan kayu didalam tungku.

Secondary

Combustion

Primary

Combustion

19

Gambar 3.2: Penjepit

b) Korek api

korek api digunakan untuk menyalakan kayu yang sudah di beri spirtus.

Gambar 3.4: Korek api

20

c) Thermokopel Type K

Alat ini digunakan untuk mengetahui temperatur api dan air untuk

mendapatkan titik nyala api dan titik didih air

Gambar 3.5: Thermokopel Type K

d) Parang / Perkul

parang/perkul digunakan untuk memotong kayu sesuai ukuran yaitu ±15cm

agar bisa masuk kedalam tungku.

Gambar 3.6: Parang / Perkul

21

e) Tungku kompor Primer

Tungku kompor merupakan ruang pembakaran paling utama pada kompor

biomassa.

Gambar 3.7: Tungku pembakaran Primer

f) Saluran Udara Primer

Salura udara primer merupakan saluran utama penyuplai udara pada

kompor biomassa.

Gambar 3.8: Saluran Udara Primer

22

g) Timbangan digital

Timbangan digital digunakan untuk menimbang bahan bakar agar berat dari

bahan bakar kayu yang dimasukkan sama massanya.

Gambar 3.9: Timbangan Digital

h) Trypot Kamera

Trypot kamera berfungsi untuk stand kamera yang digunakan untuk

merekam setiap pengujian.

Gambar 3.10: Trypot Kamera

23

i) Panci

Digunakan untuk memasak air pada pengujian yang dilakukan untuk

mengetahui waktu air mendidih.

Gambar 3.11: Panci

j) Spirtus

Spirtus berfungsi sebagai pemantik awal untuk penyalaan bahan bakar yang

ada pada kompor biomassa.

Gambar 3.12: Spirtus

24

3.5.2 Bahan:

1. Kayu Lamtoro (dipotong ± 15cm)

Gambar 3.12: Potongan kayu lamtoro

Kandungan

Nilai kalori : 19.250 kJ/kg

Nilai kalori arang : 48.400 kJ/kg

Kecepatan pembakaran : Waktu pembakaran menjadi abu

terlama yaitu 71,05 menit dengan kecepatan pembakaran terendah

yaitu 206,4 gram/detik.

3.6 Tahap Pengujian

A. Tahap preparasi bahan bakar

Tahap preparasi bahan bakar merupakan tahap persiapan sedemikian rupa

untuk biomassa yang digunakan.

25

1. Memotong kayu lamtoro sepanjang kurang lebih 15cm.

2. Menjemur potongan-potongan kayu selama 3 hari.

3. Memasukkan kedalam kantong kayu untuk disimpan.

B. Tahap Pengujian Kompor Biomassa

1. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan untuk tahap pengujian.

2. Menyiapkan dan menimbang air sebanyak 1 L atau setara 1 kg air (suhu

ambien).

3. Menyiapkan kompor pada suhu ruang.

4. Menimbang dan memasukkan potongan kayu yang sudah diukur dan

ditimbang seberat 0.45kg

5. Meneteskan beberapa tetes cairan spirtus ke pucuk-pucuk kayu bagian atas

dan menyalakan api

6. Menyiapkan dan menjalankan alat pengukur waktu pada skala 00:00

untuk

menghitung waktu start up, dan merekamnya menggunakan kamera.

7. Mengatur pembukaan udara primer dan sekunder hingga lidah api stabil

dan tidak ada asap yang banyak keluar.

8. Meletakkan panci yang berisi air dan meletakkan termokopel ke bagian

tengah dalam api yang terbentuk.

9. Menghentikan perekaman video setelah api mati.

10. Mengulangi prosedur di atas dengan mendinginkan kompor hingga

kembali pada suhu ruang untuk rasio antara laju alir udara devolatilisasi

(udara primer) dan laju alir udara pembakaran (udara sekunder)

divariasikan.

26

3.7 Metode Penelitian

3.7.1 Pengambilan data

Metode pengambilan data dilakukan sesuai standar pengambilan data untuk

desain modifikasi, yaitu hasil dari modifikasi yang dilakukan terhadap saluran

primer pada kompor biomassa UB-03 yang mendapatkan 9 kategori modifikasi

yaitu (A1, A2, A3 / B1, B2, B3 / C1, C2, C3 ), dari kategori-kategori tersebut

kemudian di uji sebanyak 27 kali uji dengan variasi pencampuran dari 9 kategori

tersebut.

3.7.2 Analisis Data Menggunakan Metode RSM

RSM (Response Surface Method) merupakan metode Metode permukaan

respon (Response Surface Methodology) adalah suatu kumpulan dari teknik-

teknik statistika dan matematika yang berguna untuk menganalisis permasalahan

tentang beberapa variabel bebas yang mempengaruhi variabel tak bebas dari

respon, serta bertujuan mengoptimumkan respon. Dengan demikian, metodologi

permukaan respon dapat dipergunakan oleh peneliti untuk mencari suatu fungsi

pendekatan yang cocok untuk meramalkan respon yang akan datang dan

menentukan nilai-nilai variabel bebas yang mengoptimumkan respon yang telah

dipelajari (Gasperz, 1992).

Pada dasarnya analisis permukaan respon bertujuan untuk membantu peneliti

dalam melakukan improvisasi untuk mendapatkan hasil optimum secara tepat dan

efisien. Setelah daerah percobaan ditemukan, model respon dengan tingkat

ketepatan lebih tinggi dapat digunakan untuk mendapatkan nilai variabel

sebenarnya yang akan menghasilkan respon optimum. Metode ini memberikan

kemudahan dalam menentukan kondisi proses optimum baik pada sistem maupun

pada jarak faktor yang dibutuhkan untuk mendapatkan hasil yang sangat

27

memuaskan (Montgomery, 2001).

Pada dasarnya analisis permukaan respon adalah serupa dengan analisis

regresi yaitu menggunakan prosedur pendugaan parameter fungsi respons

berdasarkan kuadrat terkecil (Least Square Method). Perbedaanya dengan regresi

linear adalah dalam analisis respon diperluas dengan menerapkan teknik-teknik

metematik untuk menentukan titik-titik optimum agar dapat ditentukan respon

yang optimum (maksimum atau minimum) (Montgomery, 2001).

Pada metodologi permukaan respon, variabel bebas didefinisikan sebagai X1,

X2, ..., XK dan diasumsikan sebagai variabel kontinyu, sedangkan respon

didefinisikan sebagai variabel tak bebas Y yang merupakan variabel acak

(Montgomery, 2001). Pada kebanyakan permasalahan metode ini, hubungan

matematika menggambarkan respon percobaan dan variabel-variabel bebas tidak

diketahui, sehingga langkah pertama yang harus dilakukan adalah menentukan

perkiraan yang sesuai untuk hubungan matematika tersebut. Jika hubungan

matematika diketahui, maka dapat digunakan untuk menentukan kondisi operasi

paling efisien (Garsia and Philips,1995).

Menurut Garsperz (1992), biasanya tahap awal dirumuskan model regresi

polinomial dengan ordo yang rendah, misal berordo satu yang tidak lain

merupakan model regresi linier, dengan persamaan berikut :

Seringkali dalam kebanyakan masalah percobaan, tidak diketahui secara pasti

dimana lokasi maksimum yang diharapkan berada. Dengan demikian dapat

terjadi bahwa dugaan awal tentang kondisi optimum dari sistem akan berbeda

Y = β0 + β1x1 + β2x2 + … + β0xk + E

28

jauh dari kondisi optimum yang aktual. Untuk membantu kondisi tersebut dapat

digunakan prosedur dakian tercuram untuk mencari daerah respon maksimum dan

mendapatkan titik-titik optimum. Percobaan dibangkitkan sepanjang lintasan

dakian tercuram sampai tidak diperoleh lagi peningkatan respon yang diamati

(Gasperz,1992).

Rancangan komposit pusat merupakan salah satu rancangan percobaan di

dalam statistik. Pada metode permukaan respon, rancangan komposit pusat

digunakan untuk membangun model (polinomial) suatu fungsi matematis dari

variabel – variabel bebas(X1, X2, X3... Xn) terhadap respon (y) yang terbentuk

(Montgomery, 2001).Suatu rancangan percobaan untuk membangun model

polinomial harus memiliki paling sedikit tiga taraf dari setiap faktor yang

dicobakan agar parameter model dapat diduga. Pada Tabel disajikan beberapa

parameter rancangan komposit pusat.

3.8 Mencari Nilai Furnace Loading

Furnace Loading merupakan kemampuan suatu ruang bakar melepaskan kalor.

Berikut rumus untuk mencari Furnace Loading.

FL : Heat liberation : B x LHV

3.9 Diagram Alir

Secara garis besar tahapan-tahapan pelaksanaan peneliti yang dilakukan oleh peneliti

adallah seperti diagram alir sebagai berikut :

𝑱𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉 𝑩𝑩 x GCV

Waktu Pembakaran

29

Pemotongan

Bahan Bakar kayu

Lama air mendidih

Preparasi Alat dan

Bahan

Modifikasi saluran primer dan sekunder

Pengujian

Suhu Waktu

Analisis dan Evaluasi Hasil

Penarikan Kesimpulan

Mulai

Data yang diperoleh sesuai yang diharapkan

( suhu dan efisiensi waktu lebih baik dari kompor UB-03) atau

tidak?

Selesai