STEAM Engineering (Journal of Science, Technology, Education And Mechanical Engineering) p-ISSN 2686-4673, e-ISSN 2686-4517, Artikel 5, pp. 28 – 33, 2021
PENGARUH ARAH ALIRAN AIR PENDINGIN TERHADAP HASIL MINYAK DAN LAJU PERPINDAHAN PANAS PADA ALAT PENYULINGAN LIMBAH PLASTIK
Hasan, Harie Satiyadi Jaya & Wiyogo
Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Universitas Palangka Raya E-mail: hasan12albanjari@gmail.com
Abstrak: Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui serta memahami pengaruh variasi arah aliran air pendingin pada  kondensor  terhadap  minyak  hasil  penyulingan  limbah  plastik  tipe polypropylene (PP)  sebagai  bahan  ajar fisika pada materi suhu dan kalor. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, menunjukkan bahwa arah aliran berlawanan (counter flow) lebih tinggi terhadap hasil minyak plastik yang dihasilkan, karena pada tipe ini terjadi aliran air bertemu dengan aliran uap minyak yang lebih dingin terlebih dahulu menuju aliran uap minyak yang lebih panas sehingga dapat menjaga penurunan panas yang perlahan dan perbedaan panas antara dua fluida yang kecil.
Kata Kunci : Arah Aliran , Penyulingan , Plastik
Abstract: This study aims to determine and understand varian effect of the direction of flow of cooling water in the condenser on the distillation of oil from polypropylene (PP) plastic waste as a physics teaching material in the temperature and heat. Based on research that has been done, shows that the opposite flow direction (counter flow) is higher to the result of plastic oil produced, because in this type of water flow meets the colder oil vapor flow  first  towards  the  hotter  oil  vapor  flow  so  as  to  maintain  a  slow  decrease  in  heat  and  heat  difference between two small fluids.
Keywords: Flow Direction, Distillation, Plastic

## PENDAHULUAN
Permasalahan  global  yang  hingga  kini  belum  terselesaikan  adalah  v olume  sampah  yang jumlahnya  terus  meningkat  seiring  dengan  bertambahnya  jumlah  penduduk  (Syamsiro  dkk.,  2014). BPS  (Badan  Pusat  Statistik)  memperkirakan jumlah  penduduk  Indonesia  pada  tahun  2015  mencapai 260.000 jiwa, maka dapat diperkirakan bahwa jumlah sampah yang ditimbulkan adalah 130 ton/hari. Menurut  Asosiasi  Industri  Olefin  Aromatik  dan  Plastik  Indonesia  (INAPLAS),  konsumsi  plastik  di Indonesia pada tahun 2017 mencapai 64 juta ton pertahun. Sedangkan menurut Menteri Lingkungan Hidup  dan  Kehutanan  (LKH)  Indonesia  Siti  Nurbaya  Bakar  pada  tahun  2020  tumpukan  sampah mencapai 67,8 juta ton. Jumlah yang lebih besar ditemukan pada negara Jepang yang volume sampah plastiknya mencapai 10 juta ton per tahun (Nishino dkk., 2003).
Sampah  plastik  di  Indonesia  pada  tahun  2014  mencapai  5,4  juta  ton  per  tahun. Indonesia Solid  Waste  Association (InSWA)  mengajak  masyarakat  untuk  menggunakan  plastik  ramah lingkungan  karena  keberadaan  plastik  saat  ini  sangat  mengkhawatirkan.  Ketua  umum Indonesian Solid Waste Association (InSWA) Sri Bebassari mengatakan dari waktu ke waktu, penggunaan plastik meningkat secara signifikan melampaui penggunaan bungkus berbahan kertas. “Butuh waktu ratusan, bahkan  ribuan  tahun  agar  bisa  terurai,  maka  plastik  dianggap  sebagai  bahan  yang  sangat  merusak lingkungan”. Saat ini berdasarkan data statistik persampahan domestik indonesia, jenis sampah plastik menduduki peringkat kedua yaitu sebesar 5,4 juta ton per tahun atau 14% dari total produksi sampah. Sementara  data  dari  Dinas  Cipta  Karya,  Tata  Ruang  dan  Perumahan  (Disciptarum)  Palangka  Raya pada tahun 2017, timbunan sampah di Kota Palangka Raya  mencapai 119,1 ton per hari dan sekitar 8% dari jumlah tersebut berupa sampah plastik.
Plastik  yang  pada  dasarnya  memiliki  banyak  kelebihan  menyebabkan  permintaan  terhadap plastik  terus  meningkat.  Bahan  baku  plastik  umumnya  memiliki  kelebihan  seperti  lebih  ringan, bersifat isolator, dan proses pembuatannya lebih murah. Dibalik kelebihannya, bahan plastik memiliki dampak  setelah  barang  tersebut  tidak  lagi  digunakan.  karena  limbah  plastik  tidak  dapat  membusuk, tidak  bisa  menyerap  air serta  diperkirakan  membutuhkan  waktu  100  hingga  500  tahun  hingga  dapat terurai dengan sempurna (Karuniastuti, 2003).
Untuk  mengatasi  hal  ini  tentu  saja  diperlukan  cara  untuk  mengolah  limbah  plastik  tersebut menjadi hal yang lebih berguna dan juga memiliki manfaat bagi manusia, salah satu caranya dengan mendaur  ulang  limbah  plastik  tersebut  menjadi  bahan  bakar  berupa  minyak.  Karena  penggunaan bahan  bakar  minyak  saat  ini  yang  semakin  meningkat  seiring  perkembangan  zaman,  semakin bertambahnya  penduduk  dan  perkembangan  industri,  hal  ini  muncul  suatu  pemikiran  untuk mengembangkan potensi sumber bahan bakar alternatif. Hal ini bisa dilakukan karena pada dasarnya plastik berasal dari minyak bumi, sehingga tinggal dikembalikan ke bentuk semula. Selain itu plastik juga mempunyai nilai kalor cukup tinggi, setara dengan bahan bakar fosil seperti bensin dan solar.
Rancang  bangun prototype pengolah  limbah  sampah  plastik  menjadi  bahan  bakar  cair alternatif terdiri dari dua komponen utama, antara lain reactor sebagai tempat terjadinya pemanasan sampah  plastik  menjadi  uap  polimer  tanpa  udara  atau  dengan  udara  yang  terbatas  ( pirolisis )  dan kondensor  yaitu  tempat  terjadinya  proses  pengembunan  dari  uap  menjadi  cair  (kondensasi).  Selain proses pemanasan, proses pengembunan juga sangat penting untuk menghasilkan kualitas bahan bakar yang baik.
Berdasarkan  permasalahan  yang  telah  dipaparkan,  maka  penelitian  ini  bertujuan  untuk membuat prototype alat penyulingan guna meminimalisir adanya limbah plastik. Kemudian dianalisis pengaruhnya  terhadap  hasil  minyak  dan  laju  perpindahan  panas  dengan  variasi  yang  berbeda  yaitu arah aliran air berlawanan (counter flow) dan arah aliran air searah (parallel flow) .

## METODE
Penelitian  ini  merupakan  penelitian  eksperimen  laboratorium.  Pendekatan  kuantitatif  dipilih untuk  memperoleh  gambaran  data  dari  hasil  uji  coba  alat  penyulingan.  Sampel  pada  penelitian  ini adalah  limbah  plastik  tipe polypropylene (PP)  masing-masing  seberat  7,5  kg  sebagai  bahan  baku penyulingan  limbh  plastik  menjadi  bahan  bakar  alternatif.  Data  penelitian  diperoleh  dari  analisis penggunaan  alat  penyulingan  sederhana,  yakni  pada  saat  proses  perubahan  plastik  menjadi  minyak dan  perbandingan  hasil  minyak  dari  penyulingan  limbah  plastik  tipe High  Density  Polyethylene (HDPE)  dan  tipe  plastik Low  Density  Polyethylene (LDPE).  Untuk  alat  dan  bahan  serta  proses penelitian dijelaskan pada subbagian berikut:

## Alat dan Bahan Penelitian
Alat Penelitian a. Penyulingan Sederhana b. Thermometer
c. Kompor d. Toolset e. Gelas Ukur f. Stopwatch g. Timbangan h. Pompa Air
Bahan Penelitian a. Plastik Tipe Polypropylene (PP)
b. Gas LPG 3 Kg ( Liquefied Petroleum Gas) . c. Air.

## Proses Penelitian
Proses  penelitian  yang  akan  dilakukan  oleh  peneliti  melalui  beberapa  tahapan.  Proses percobaan  dilakukan  dengan  dua  variasi  arah  aliran  air  yaitu  berlawanan  dengan  arah  laju  uap ( counter flow ) dan searah laju uap ( parallel flow ). Perbandingan tahapan pada proses percobaan dapat dilihat pada Tabel 1.
Setelah  semua  sampel  minyak  berhasil  didapatkan  maka  akan  dilakukan  perhitungan perbandingan  banyaknya  minyak  plastik  yang  dihasilkan  antara  variasi  arah  aliran  air  berlawanan (counter flow) dengan variasi arah aliran air searah (parallel flow).

## Tabel 1. Variasi Percobaan Berdasarkan Arah Aliran Uap
Tahap Berlawanan arah dengan aliran uap (counter flow) Searah dengan aliran uap (parallel flow) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Mengatur komponen sistem pendingin ke tipe aliran fluida berlawanan arah atau counter flow.
Memasang seluruh perlengkapan alat penyulingan yang terdiri dari reaktor, pipa penghantar, kondensor, penampung minyak plastik, dan saluran air pendingin beserta kelengkapanya.
Memasukkan sampah plastik tipe polypropylene (PP) ke dalam reaktor penyulingan.
Memanaskan reaktor dengan menggunakan gas LPG 90 menit.
Menghidupkan aliran air pendingin. Mengamati, mencatat dan perikasa suhu masuk air pendingin.
Mengamati mencatat dan periksa suhu keluar air pendingin.
Setelah proses selesai ambil minyak plastik yang berhasil diembunkan. Mematikan aliran air, pemanas LPG, bersihkan reaktor dan persiapkan untuk proses selanjutnya.
Setelah semua sampel minyak pirolisis berhasil didapatkan maka akan dilakukan perhitungan kapasitas minyak plastik yang dihasilkan dengan menggunakan arah aliran pendingin variasi arah aliran air berlawanan dengan aliran uap (counter flow)
Mengatur komponen sistem pendingin ke tipe aliran fluida searah atau parallel flow. Memasang seluruh perlengkapan alat penyulingan yang terdiri dari reaktor, pipa penghantar, kondensor, penampung minyak plastik, dan saluran air pendingin beserta kelengkapanya.
Memasukkan sampah plastik tipe polypropylene (PP) ke dalam reaktor penyulingan.
Memanaskan reaktor dengan menggunakan gas LPG 90 menit. Menghidupkan aliran air pendingin. Mengamati, mencatat dan perikasa suhu masuk air pendingin.
Mengamati mencatat dan periksa suhu keluar air pendingin.
Setelah proses selesai ambil minyak plastik yang berhasil diembunkan.
Mematikan aliran air, pemanas LPG, bersihkan reaktor dan persiapkan untuk proses selanjutnya.
Setelah semua sampel minyak pirolisis berhasil didapatkan maka akan dilakukan perhitungan kapasitas minyak plastik yang dihasilkan dengan menggunakan arah aliran pendingin variasi arah aliran air berlawanan dengan aliran uap (counter flow)

## HASIL DAN DISKUSI
Berikut adalah data hasil penelitian pengaruh variasi arah aliran air pendingin pada kondensor prototipe reaktor pirolisis sampah plastik. Variasi arah aliran air pendingin dalam penelitian ini yaitu arah aliran air berlawanan arah dengan laju uap ( counter flow ) dan arah aliran searah dengan laju uap ( parallel  flow )  dengan  bahan  baku  plastik  tipe  PP  ( Polypropylene )  dari  plastik  air  mineral  kemasan gelas.

## Pengaruh Arah Aliran Air Pendingin terhadap Hasil Minyak

## Arah Aliran Counter Flow
Tabel 2. Pengaruh arah aliran air pendingin terhadap jumlah minyak plastik yang didapatkan pada jenis plastik PP jenis aliran counter flow . Percobaan Arah Aliran Air Pendingin Debit Air Pendingin (liter/menit) Berat Plastik (Kg) Lama Proses Penyulingan (menit) Volume Minyak (ml) 1 Counter Flow 6 1 120 300 2 7 1 120 311 3 8 1 120 321 4 9 1 120 344 5 10 1 120 360 Jumlah Volume Minyak 1636
Tabel  2  menunjukkan  bahwa  hasil  volume  minyak  terbesar  untuk  jenis  aliran counter  flow didapatkan pada debit 10 liter/menit dengan jumlah hasil minyak 360 ml.

## Arah Aliran Parallel Flow
Tabel 3. Pengaruh arah aliran air pendingin terhadap jumlah minyak plastik yang didapatkan pada jenis plastik PP jenis aliran parallel flow .
Tabel  3  menunjukkan  bahwa  hasil  volume  minyak  terbesar  untuk  jenis  aliran parallel  flow didapatkan pada debit 10 liter/menit dari jenis plastik PP dengan jumlah hasil minyak 305 ml.

## Pengaruh Arah Aliran Air Terhadap Laju Perpindahan Panas
Nilai laju perpindahan panas yang terjadi di dalam kondensor akan dihitung berdasarkan hasil pengamatan  dalam  penelitian  ini  dan  kemudian  akan  dikorelasikan  dengan  hasil  minyak  yang diperoleh dalam setiap proses kondensasi. Dalam penelitian ini laju transfer panas hanya dihitung dari proses transfer energi panas yang diterima oleh air pendingin.

## Arah Aliran Counter Flow
Tabel 4. Pengaruh arah aliran air pendingin terhadap nilai laju perpindahan panas
dengan arah aliran counter flow Arah Aliran Air Pendingin Debit Aliran Air Pendingin (liter/menit) Nilai Laju Perpindahan Panas (watt) T c1 T c2 q Counter Flow 6 30.5 28 627 7 30.8 28 877.8 8 31.4 28 1338 9 32.1 28 1944 10 32.9 28 2717
Tabel 5. Pengaruh nilai laju perpindahan panas terhadap hasil minyak plastik
untuk arah aliran counter flow Nilai laju perpindahan panas (watt) Kapasitas minyak plastik (ml) 627 300 877.8 311 1338 321 1944 344 2717 360
Tabel 4 menunjukkan bahwa nilai laju perpindahan panas tertinggi untuk jenis aliran counter flow terjadi pada debit 10 liter/menit dengan nilai laju perpindahan panas sebesar 2717 Watt dan nilai laju  perpindahan  panas  terendah  terjadi  pada  debit  6  liter/menit  dengan  nilai  laju  perpidahan  panas sebesar 627 Watt.
Percobaan Arah Aliran Air Pendingin Debit Air Pendingin (liter/menit) Berat Plastik (Kg) Lama Proses Penyulingan (menit) Volume Minyak (ml) 1 Parallel Flow 6 1 120 267 2 7 1 120 275 3 8 1 120 289 4 9 1 120 296 5 10 1 120 305 Jumlah Volume Minyak 1432

## Arah Aliran Paralel Flow
Tabel 6. Pengaruh arah aliran air pendingin terhadap nilai laju perpindahan panas dengan arah aliran parallel flow . Arah Aliran Air Pendingin Debit Aliran Air Pendingin (liter/menit) Nilai Laju Perpindahan Panas (watt) T c1 T c2 q Paralel Flow 6 28.7 28 293 7 29 28 487.7 8 29.2 28 669 9 295 28 941 10 29.8 28 1254
Tabel 7. Pengaruh nilai laju perpindahan panas terhadap hasil minyak plastik
dengan arah aliran parallel flow . Nilai laju perpindahan panas (watt) Kapasitas minyak plastik (ml) 293 267 487.7 275 669 289 941 296 1254 305
Tabel 7 menunjukkan bahwa nilai laju perpindahan panas tertinggi untuk jenis aliran parallel flow terjadi pada debit 10 liter/menit dengan nilai laju perpindahan panas sebesar 1254 Watt dan nilai laju  perpindahan  panas  terendah  terjadi  pada  debit  6  liter/menit  dengan  nilai  laju  perpidahan  panas sebesar 293 Watt.
Hubungan  antara  variasi  arah  aliran  air  pendingin  dengan  jumlah  minyak  plastik  yang didapatkan kondensor pada penyulingan limbah plastik akan dijelaskan dalam grafik gambar berikut:
300 311 321 344 360 267 275 289 296 305 50 100 150 200 250 300 350 400 6 7 8 9 10 K ap as it as M in ya k (m l) Debit Air (liter/menit) Counter Flow Paralel Flow
Gambar 1. Jumlah minyak plastik yang diperoleh dengan variasi arah aliran air pendingin.
Grafik  pada  Gambar  1  menunjukkan  jumlah  minyak  plastik  yang  diperoleh  dengan memasukkan  nilai  debit  dengan  rentang  debit  6  -10  liter/menit.  Untuk  mengetahui  seberapa  kuat pengaruh arah aliran air pendingin terhadap hasil minyak yang diperoleh maka dapat dinterpretasikan nilai R Squre dari grafik dengan tabel interpretasi nilai R menurut Sugiyono (2017).
Tabel 8. Interprestasi Koefisiean Korelasi
Interval Koefisien
Tingkat Hubungan 0,00 – 0,199 0,20 – 0,399 0,40 – 0,599 0,60 – 0,799 0,80 – 1,000 Sangat rendah Rendah Sedang Kuat Sangat kuat
Nilai  R  Squre  yang  didapatkan  dari  grafik  pada  gambar  1  untuk  arah  aliran  air  pendingin counter flow R² = 0,976 dan parallel flow R² = 0,989 yang dari keseluruhannya berada pada rentang
nilai  R  Squre  antara  0,900  sampai  1,000.  Maka  dapat  disimpulkan  pengaruh  hubungan  antara  arah aliran  air  pendingin counter  flow dan parallel  flow terhadap  jumlah  minyak  plastik  yang  diperoleh adalah sangat kuat.
Gambar 1 juga menunjukkan bahwa ada perbedaan hasil untuk plastik yang dikondensasikan dengan  variasi  arah  aliran air  pendingin.  Untuk  jenis  aliran counter  flow hasil  maksimal  didapatkan pada debit air pendingin 10 liter/menit dengan jumlah minyak 360 ml dan hasil minimal didapatkan pada debit air pendingin 6 liter/menit dengan jumlah minyak 300 ml. Untuk jenis aliran parallel flow , hasil maksimal didapatkan pada debit 10 liter/menit dengan jumlah minyak 305 ml dan hasil minimal didapatkan pada debit 6 liter/menit dengan jumlah minyak 267 ml.
Jika nilai laju perpindahan panas yang diperoleh dikorelasikan dengan jumlah minyak plastik yang  dihasilkan,  maka  dapat  disimpulkan  bahwa  nilai  laju  perpindahan  panas  yang  terjadi  di  dalam kondensor mempengaruhi jumlah minyak plastik yang didapatkan. Hubungan antara keduanya adalah sangat  kuat  dan  jika  dilihat  dari  grafik  pada  gambar  1  nilai  laju  perpindahan  panas  dengan  jumlah minyak  plastik  yang  didapatkan  berbanding  lurus.  Dengan  nilai  laju  perpindahan  panas  yang  tinggi didapatkan jumlah  minyak  yang  lebih  banyak  dan  dengan  nilai  laju  perpindahan  panas  yang  rendah akan didapatkan jumlah minyak yang lebih rendah pula.

## SIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat diambil simpulan  yaitu pada plastik yang diteliti  dengan  2  tipe  plastik  yaitu  tipe  plastik  HDPE  dan  tipe  plastik  LDPE Polyethylene terjadi perubahan bentuk dari padat ke gas lalu ke bentuk cair. Dapat diambil kesimpulan bahwa untuk tahap mengeluarkan  uap paling  cepat pada  kondensor 2  (jenis  minyak  solar),  tahap  mengeluarkan  minyak paling cepat pada kondensor 2 (jenis minyak solar), dan untuk berhenti mengeluarkan minyak paling awal berhenti adalah kondensor 3 (jenis minyak bensin). Kedua tipe plastik tersebut memiliki siklus perubahan yang hampir sama, namun tipe plastik LDPE lebih cepat dibandingkan tipe plastik HDPE.
Volume minyak hasil penyulingan dari sampah plastik tipe HDPE diperoleh sebanyak 798 ml dari sampah plastik tipe HDPE sebanyak 7,5 kg dengan variasi berat yang berbeda saat pembakaran dan  dilakukan  dalam  5  kali  pembakaran  dengan  lama  waktu  pembakaran  120  menit.  Sedangkan volume  minyak  hasil  penyulingan  dari  sampah  plastik  tipe  LDPE diperoleh  sebanyak  1856  ml  dari sampah plastik tipe LDPE sebanyak 7,5 kg dengan variasi berat saat pembakaran dan dilakukan dalam 5 kali pembakaran dengan lama waktu pembakaran 120 menit.

## DAFTAR RUJUKAN
Badan Pusat Statistik, (BPS). (2015). Proyeksi Penduduk Berdasarkan Hasil Sensus Penduduk 2010 . Diakses 20 Juli 2021.
Haris,  Winelda  Mahfud  Zaidan.  2020. Palastik .  Online,  (https://indonesiadevelopmentforum.com/), diakses pada 1 Juni 2021.
Nishino,  J.,  Itoh,  M.,  Ishinomori,  T.,  Kubota,  N.,  dan  Uemichi,  Y.  (2003).  Development  of  a Catalytic  Cracking  Process  for  Converting  Waste  Plastiks  to  Petrochemicals. Journal  of Material .
Karuniastuti,  Nurhenu.  (2013).  Bahaya  plastik  terhadap  kesehatan  dan  lingkungan. Swara  Patra , 3(1).
Syamsiro, M., Saptoadi, H., Norsujianto, T., Noviasri, P., Cheng, S., Alimuddin, Z., dan Yoshikawa, K.  (2014). Fuel  Oil  Production  from  Municipal  Plastik  Wastes  in  Sequential  Pyrolisis  and Catalytic Reforming Reactors . Conference and Exhibition Indonesia Renewable Energy and Energy Conservation.
Sugiyono. (2017). Statistika Untuk Penelitian . Bandung: Alfabeta.