24 BAB III Metodologi Penelitian Bab ini membahas tentang asumsi dan metode yang digunakan untuk memodelkan proses ko-torefaksi batubara peringkat rendah dengan biomassa untuk menghasilkan batubara hibrida. Hal-hal yang berkaitan dengan metodologi penelitan model matematik dibahas pada bab ini. III.1 Prosedur Penelitian Pemodelan proses torefaksi batubara dan biomassa ini melalui beberapa tahapan, yaitu: 1. Melakukan identifikasi masalah dan studi literatur terkait dengan penelitian yang dilakukan. Studi literatur bertujuan untuk mempelajari fenomena-fenomena yang terjadi pada proses ko-torefaksi batubara hibrida. Sumber studi literatur utama yaitu jurnal ilmiah, kemudian membandingkan beberapa jurnal terkait dengan tema penelitian. Jurnal-jurnal yang menyajikan informasi yang sesuai menjadi rujukan utama. 2. Menentukan model neraca massa dan neraca panas yang sesuai dengan fenomena ko-torefaksi batubara hibrida yang digunakan dalam simulasi. Tahapan penentuan model dilakukan dengan beberapa langkah, yaitu: - Mengidentifikasi fenomena-fenomena yang terjadi dalam proses ko- torefaksi batubara hibrida. Identifikasi ini diperlukan untuk memahami peristiwa yang terjadi sehingga dapat dicocokkan dengan model yang telah disusun. - Menentukan parameter yang berhubungan dengan fenomena ko- torefaksi batubara hibrida tersebut. - Menentukan asumsi-asumsi yang digunakan dalam model. Penyusunan model matematik dilakukan berdasarkan informasi dari jurnal- jurnal ilmiah terkait. Model neraca massa yang digunakan pada penelitian ini merujuk pada model yang dikembangkan oleh Di Blasi dan Lanzetta (1997). Sedangkan model neraca panas merujuk pada model yang dikembangkan oleh Sasongko dkk. (2018). 25 3. Membangun script Model yang telah disusun sebelumya kemudian dibangun ke dalam sebuah script editor. Model tersebut dilengkapi dengan kondisi batas agar persamaan tersebut dapat diselesaikan. Penyelesaian model matematik yang telah dibangun dilakukan dengan bantuan software MATLAB. Persamaan yang didapat adalah berupa persamaan diferensial parsial simultan sehingga akan jauh lebih mudah jika diselesaikan dengan bantuan software. 4. Mengumpulkan data Data eksperimen sangat diperlukan untuk mengukur nilai error dari model yang telah dibangun. Pengumpulan data dilakukan dengan mencari jurnal ilmiah terkait dengan penelitian eksperimen batubara hibrida yang telah dilakukan serta melakukan percobaan di laboratorium kemudian diperoleh data hilang massa selama proses ko-torefaksi. Beberapa data yang diperlukan adalah data profil hilang massa terhadap temperatur dari TGA yang digunakan untuk validasi nilai parameter kinetika proses ko-torefaksi mikro. Selain itu perlu diketahui data massa partikel batubara hibrida sebelum dan sesudah proses ko-torefaksi. 5. Melakukan validasi model Validasi model yang telah dikembangkan dari penelitian ini dilakukan dengan cara membandingkan hasil prediksi model dengan data hasil analisis TGA untuk pemodelan ko-torefaksi mikro pada penelitian yang telah dilakukan sebelumnya oleh Ridha dan Prasetyo (2017) serta melakukan percobaan di laboratorium untuk mendapatkan data hilang massa untuk pemodelan proses ko-torefaksi makro. Untuk model proses ko-torefaksi mikro dapat dilakukan validasi dengan data hasil analisis TGA sedangkan untuk model proses ko-torefaksi makro dilakukan validasi dengan data percobaan di laboratorium. 6. Melakukan percobaan ko-torefaksi Agar model yang telah dibangun dapat diketahui relevansinya terhadap fenomena yang sebenarnya terjadi maka perlu dilakukan perbandingan terhadap data percobaan yang dilakukan. Pada percobaan ko-torefaksi ini dimulai dari persiapan bahan baku yaitu dengan menyiapkan serbuk gergaji 26 dan batubara peringkat rendah. Serbuk gergaji diperoleh dari limbah indusri mebel yang ada di dalam kawasan Kota Bandung. Serbuk gergaji disiapkan dengan melakukan pengeringan menggunakan oven pada temperatur 110°C selama 1 jam. Proses pengeringan dilakukan untuk mengurangi kandungan air dan mempermudah dalam pengecilan ukuran. Serbuk gergaji yang sudah menjadi lebih kering digerus menjadi ukuran yang lebih kecil berkisar antara 50-100 mesh. Batubara peringkat rendah diambil dari Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara (Puslitbang tekMIRA). Batubara disiapkan dengan menggerus batubara hingga memiliki ukuran 30-100 mesh. Kedua bahan baku ini dicampur dengan komposisi tertentu kemudian dicetak menjadi bentuk bola (granul) dengan diameter yang telah ditentukan. Setelah itu dicatat diameter dan massa awal granul tersebut sebelum dilakukan proses ko-torefaksi. Proses ko-torefaksi dilakukan pada suhu rendah (300 o C) dan dilakukan pada reaktor tungku tubular. Kondisi oksigen terbatas dibuat dengan cara mengalirkan gas nitrogen ke dalam reaktor. Granul campuran batubara dan biomassa ditorefaksi pada waktu tinggal dan laju alir gas nitrogen tertentu sesuai yang telah ditetapkan. Setelah proses torefaksi selesai dilakukan penimbangan agar didapat nilai massa akhir setelah proses ko-torefaksi. Kondisi proses pada percobaan yang dilakukan dalam penelitian tersebut terdapat pada Tabel III.1 Algoritma pelaksanaan penelitian dapat dilihat pada Gambar III.1dan III.2 Tabel III.1 Kondisi proses data penelitian batubara hibrida Parameter Nilai Diameter granul 2 cm Temperatur torefaksi 300 o C Waktu tinggal 30 dan 60 menit Komposisi umpan 20% dan 30% biomassa 27 Gambar III.1 Algoritma pelaksanaan penelitian untuk DAEM. 28 Gambar III. 2 Algoritma pelaksanaan penelitian untuk model simple Arrhenius. 29 Gambar III. 3 Skema alat percobaan ko-torefaksi batubara dan biomassa III.2 Perangkat Penelitian Pada penelitian ini digunakan perangkat lunak MATLAB yang digunakan untuk menyelesaikan persamaan diferensial dari model yang dibangun dari neraca massa dan neraca panas. Untuk melakukan tabulasi, pembuatan grafik dan perhitungan digunakan aplikasi Microsoft Excel. III.3 Asumsi-asumsi yang Digunakan Asumsi yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1. Partikel berbentuk bola untuk mempermudah perhitungan distribusi temperatur sebagai fungsi posisi arah radial. 2. Distribusi partikel batubara dan biomassa dalam granul seragam sehingga dapat dilakukan perhitungan sifat-sifat fisik yang sama untuk setiap titik posisi. 3. Pada torefaksi mikro, partikel dianggap sangat kecil sehingga distribusi temperatur arah radial dapat diabaikan. Valve pengatur Tekanan keluaran (regulator) Pengatur suhu heater Aliran gas buang Indikator temperatur rotameter Tangki gas nitrogen Valve pengatur laju keluaran gas Indikator tekanan Aliran gas nitrogen reaktor 30 III.4 Pemodelan Bagian ini membahas tentang model, persamaan, kondisi batas dan parameter penting yang digunakan dalam penelitian ini. Model dibangun dengan koordinat bola karena partikel batubara hibrida dianggap berbentuk bola. Pada penelitian ini digunakan model simple Arrhenius dengan mengintegrasikan persamaan (II.10). Hasil integrasi persamaan tersebut diplot dengan data hasil analisis TGA kemudian dilakukan optimasi nilai parameter agar hasil integrasi persamaan ini menghasilkan nilai error sekecil mungkin (R 2 mendekati 1). Setelah didapat nilai R 2 mendekati 1 maka model tersebut dapat dikatakan sesuai dengan hasil percobaan yang dilakukan. Hal yang sama juga dilakukan untuk DAEM hingga didapat nilai error yang kecil pula. Kemudian kedua nilai R 2 dari model simple Arrhenius dan DAEM dibandingkan dan dipilih model mana yang lebih baik dan lebih cocok untuk menggambarkan proses torefaksi batubara hibrida..