OPTIMASI NILAI KALOR PEMBAKARAN BIOBRIKET CAMPURAN

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

OPTIMASI NILAI KALOR PEMBAKARAN BIOBRIKET CAMPURAN BATUBARA DENGAN ARANG TEMPURUNG KELAPA

Disusun oleh :

Sari M0206062

DRAF SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Fisika

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit to user Juli, 2011

i


digilib.uns.ac.id

HALAMAN PENGESAHAN Skripsi ini dibimbing oleh :

Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada : Hari : Selasa Tanggal : 26 Juli 2011 Anggota Tim Penguji : 1. Drs. Suharyana M.Sc NIP. 19611217198903 1003

(...................................)

2. Budi Legowo S.Si., M.Si NIP. 19730510199903 1 002

(...................................)

Disahkan oleh Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta

commit to user

ii


digilib.uns.ac.id

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “ OPTIMASI

NILAI

KALOR

PEMBAKARAN

BIOBRIKET

CAMPURAN

BATUBARA DENGAN ARANG TEMPURUNG KELAPA” belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Juli 2011

SARI

commit to user

iii


digilib.uns.ac.id

MOTTO

” Maka sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan. Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan ” (Qs. Al-Insyiroh: 5-6) ” Barangsiapa yang berjuang, sesungguhnya ia berjuang untuk dirinya sendiri, sesungguhnya Alloh maha kaya dari alam semesta” (Qs. Al-Ankabut: 6)

“ Semangatlah untuk meraih apa yang memberimu manfaat, mintalah pertolongan kepada Alloh, dan janganlah merasa lemah ” (HR. Muslim)

commit to user

iv


digilib.uns.ac.id

PERSEMBAHAN

Karya ini kupersembahkan kepada

Bapak-ku Sarno dan Ibu-ku Samijem tercinta My Older Sister Sarmini dan Martini Pembaca on The Future

commit to user

v


digilib.uns.ac.id

OPTIMASI NILAI KALOR PEMBAKARAN BIOBRIKET CAMPURAN BATUBARA DENGAN ARANG TEMPURUNG KELAPA

SARI Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret Surakarta

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian optimasi nilai kalor pembakaran biobriket campuran batubara dengan tempurung kelapa . Tempurung kelapa yang melimpah dan belum termanfaatkan secara optimal sehingga hanya menjadi permasalahan lingkungan dan batubara sub bituminous yang memiliki nilai kalor pembakaran rendah dalam penelitian ini dimanfaatkan untuk bahan pembuatan biobriket. Biobriket yang dihasilkan dapat meningkatkan kualitas tempurung kelapa dan batubara sub bituminous yang biasanya hanya langsung dibakar sebagai bahan bakar. Penelitian tahap pertama dilakukan pembuatan biobriket dengan mencampurkan semua bahan yang mempunyai komposisi campuran batubara dengan arang tempurung kelapa antara lain; (10%:90%); (20%:80%); (30%:70%); (40%:60%) dan (50%:50%). Nilai kalor pembakaran dan kadar air ditentukan menggunakan kalorimeter bom dan oven secara berurutan. Kadar abu dan kadar zat terbang ditentukan menggunakan furnace. Sementara inu kadar karbon terikat dihitung dari kadar air, kadar abu, dan kadar zat terbang. Didapatkan rasio campuran antara batubara 10% dan arang tempurung kelapa 90% sebagai biobriket dengan nilai kalor pembakaran paling optimum. Nilai kalor pembakaran yang dihasilkan (6,13±0,01)103Cal/gr, merupakan yang paling tinggi diantara komposisi yang lain. Kadar air paling rendah yaitu (7,6±0,1)%, kadar abu paling rendah (3,2±0,1)%, kadar karbon terikat paling tinggi 28,1% dan kadar zat terbang paling rendah (0,61±0,06)102%.

Kata kunci : biobriket, batubara, tempurung kelapa, nilai kalor pembakaran, kadar air, kadar abu, kadar zat terbang, kadar karbon terikat commit to user

vi


digilib.uns.ac.id

THE OPTIMATION OF BIOBRIQUETTE CALORIVIC VALUE FROM COAL WITH COCONUT SHELL CHARCOAL MIXTURES

SARI Physics Department, Science Faculty, Sebelas Maret University

ABSTRACT

It has been done a research to determine the optimation of biobriquette calorivic value from coal with coconut shell charcoal mixtures. Coconut shell are abundant and only become enviromental problems, sub bituminous coal has a low calorific value used for manufacture of biobriquette. Biobriquette produced can improve the quality of coconut shell and sub bituminous coal is direcly burned as fuel. The first step made biobriquette by pulverizing those mixture with composition of coal mixed with coconut shell charcoal, (10%:90%); (20%:80%); (30%:70%); (40%:60%); and (50%:50%). The calorivic value and total moisture content were determined using a bomb calorimeter and a oven respectively. The ash content and volatile matter content was measured using a furnace. Mean while the fixed carbon content was calculated from the total moisture content, ash content and volatile matter content. The most optimum of calorivic value biobriquette are mixture of 10% coal and 90% coconut shell. The highest calorivic value is (6.13±0.01)103 Cal/gr, the lowest total moisture content is (7.6±0.1)%, The lowest ash content is (3,2±0,1)%, the highest fixed carbon is 28.1% and the lowest volatile matter is (0.61±0.06)102%.

Keywords : biobriquette, coal, coconut shell choarcoal, calorivic value, total moisture content, ash content, volatil matter content, fixed carbon content

commit to user

vii


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR

Alahamdulillahirobbil’Alamin. Segala puji syukur penulis panjatkan kepada Alloh Azza wa Jala yang telah memberikan banyak rizki dan kasih sayang. Sholawat serta salam semoga tetap terlimpah kepada junjungan kita nabi agung Muhammad SAW, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul ” OPTIMASI NILAI KALOR PEMBAKARAN BIOBRIKET CAMPURAN BATUBARA DENGAN ARANG TEMPURUNG KELAPA ”. Laporan tugas akhir ini diajukan sebagai persyaratan memperoleh gelar Sarjana Sains dalam bidang Fisika pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta. Tugas ini dapat penulis selesaikan berkat bantuan dari berbagai pihak, baik tenaga, waktu maupun pikiran, karena ini tidak berlebihan jika pada kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada : 1. Bapak Ahmad Marzuki, S.Si.,Ph.D selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA UNS terimakasih telah memberikan kesempatan untuk mengikuti ujian skripsi pada bulan juli 2011. 2. Bapak Drs Harjana, M.Si, Ph.D, selaku pembimbing tugas akhir, atas kesabaran dalam membimbing meski penulis sering lupa, serta melengkapi perjalanan hidup penulis. 3. Bapak Ir. Ari Handono Ramelan, M.S.c, Ph.D, selaku pembimbing kedua tugas akhir atas kesediannya meluangkan waktu dalam membimbing, membantu, dan memberi saran serta masukan-masukan yang membangun kepada penulis. 4. Ibu Utari, M.Si, selaku pembimbing akademis, atas semua waktu, saran, perhatian, dan semagat sangat berarti bagi penulis. 5. Bapak Drs. Suharyana M.Sc dan Bapak Budi Legowo S.Si.,M.Si selaku penguji tugas akhir, atas masukan dan kerelaan waktu yang diberikan untuk menguji. commit to user

viii


digilib.uns.ac.id

6. Kedua orang tuaku tercinta ibu Samijem dan bp Sarno, mbak Sarmini, mbak Martini dan Kristy Handayani tersayang, yang selalu mendoakan dan memberikan dukungan dalam segala hal. 7. Kak Budi Hartono yang telah membantu dalam uji analisis sampel skripsi. 8. Keluarga besar Fisika 2006 semoga ukhuwah di antara kita senantiasa terjalin dan tetap kompak selalu. 9. Teman-teman luar biasa, Fajri, Dwi Lestiana, Herlina, dan Ryanti yang senantiasa mendo’akan dan banyak membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini. 10. Sumaryanti, Widi, Fika Maghfiroh, dan Ani yang telah meminjamkan laptopnya untuk pengerjaan draft laporan skripsi. 11. Hendri FT yang telah membantu membuatkan alat cetakan biobriket untuk penelitian ini. 12. Semua teman-teman seperjuangan di FOSHREMA (Forum Shilaturohim Remaja Muslim Jumapolo), terimakasih atas do’a dan dukungannya. 13. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu.

Atas dukungan dan doa yang diberikan, semoga Allah Yang Maha Melapangkan yang memberikan balasan jerih payah dan pengorbanan yang telah diberikan dengan balasan yang lebih baik. Amin Kekurangan dan kesalahan dalam penulisan bukanlah unsur kesengajaan, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran untuk menyempurnakan. Namun demikian, penulis berharap semoga ada manfaat dengan apa yang telah terjalani dan tertulis

Penulis

commit to user

ix


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL...................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN........................................................................

ii

HALAMAN PERNYATAAN ........................................................................

iii

MOTTO ........................................................................ .................................

iv

PERSEMBAHAN ..........................................................................................

v

HALAMAN ABSTRAK.................................................................................

vi

HALAMAN ABSTRACT.............................................................................

vii

KATA PENGANTAR...................................................................................

viii

DARTAR ISI .................................................................................................

x

DAFTAR TABEL......................................................................................... .

xiii

DAFTAR GAMBAR.....................................................................................

xiv

DAFTAR SIMBOL .......................................................................................

xv

DAFTAR LAMPIRAN...................................................................................

xvi

BAB I PENDAHULUAN...............................................................................

1

I.1. Latar Belakang Masalah ............................................................................

1

I.2. Perumusan Masalah...................................................................................

3

I.3. Tujuan Penelitian ......................................................................................

3

I.4. Manfaat Penelitian ....................................................................................

4

I.5. sistematika Penulisan…………………………………………………….

4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................

6

II.1. Bahan Bakar dan Pembakaran....................................................................

6

II.1.1. Bahan Bakar ................................................................................

6

II.1.2. Pembakaran…. ………………………………………………

6

II.2. Analisis Bahan Bakar Padat ..…….........................................................

7

II.2.1. Kadar Kalor ..................................................................................

7

II.2.1.1. Suhu dan Kesetimbangan Thermal….………………………

7

II.2.1.2. Konsep Kalor…………………………………………………

8

II.2.1.3. Kapasitas Panas………………………………………………

8

II.2.1.4. Jenis-Jenis proses Thermodinamik………………………….. commit to user II.2.1.5. Kalorimetri dan Asas Black………………………………….

9

x

10


digilib.uns.ac.id

II.2.1.6. Prinsip dari alat kalorimeter bom merk LECO AC500 ...........

12

II.2.2. Kadar Air ..........................……………………………………..

15

II.2.3. Kadar Abu ...................……………………………………….

15

II.2.4. Bahan yang mudah menguap/zat terbang ......................……..

16

II.2.5. Kadar Karbon Terikat……………………………………………… 16 II.3. Bahan Baku……………………………………………………………….

16

II.3.1. Batubara…………………………………………………………

16

II.3.1.1. Klasifikasi……………………………………………………

16

II.3.1.2. Briket Batubara…………………………………………………

17

II.3.1.3. Manfaat Briket Batubara……………………………………….

18

II.3.1.4. Keunggulan Briket Batubara…………………………………..

18

II.3.2. Biomassa…………………………………………………………

19

II.3.2.1. Tempurung Kelapa……………………………………………..

20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN........................................................

21

III.1. Tempat dan Waktu Penelitian...................................................................

21

III.2. Peralatan Penelitian……......................................................................

22

III.3. Bahan Penelitian.......................................................................................

22

III.4. Prosedur dan Pengambilan Data................................................................

23

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .................................

34

VI.1. Analisa Nilai Kalor Pembakaran ..........................................................

34

VI.2. Analisa Kadar Air ......................................................................

36

VI.3. Hubungan Nilai Kalor Pembakaran dengan Kadar Air................................. 37 VI.4. Analisa Kadar Abu ...............................................................................

38

VI.5. Hubungan Nilai Kalor Pembakaran dengan Kadar Abu ................................ 39 VI.6. Analisa Kadar Zat Terbang ....................................................................

39

VI.7. Analisa Kadar Karbon Terikat ...............................................................

40

VI.8. Hubungan Nilai Kalor Pembakaran dengan Kadar Zat Terbang dan Kadar Karbon Terikat ...............................................................................................

41

BAB V SIMPULAN DAN SARAN................................................................

42

V.1. Simpulan ................................................................................................. commit to user V.2. Saran...................................................................................................... .

42

xi

42


digilib.uns.ac.id

DAFTAR PUSTAKA..................................................................................... LAMPIRAN – LAMPIRAN

commit to user

xii

43


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1. Syarat mutu briket batubara tanpa karbonisasi .......................................... 16

commit to user

xiii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Kesetimbangan thermal benda A dan B ………………………. 7

Gambar 2.2. Bagan kalorimeter ..........................................................................

11

Gambar 2.3. Sketsa kalorimeter bom merk LECO AC 500 ………………………

12

Gambar 3.1. Alat Pengepres .............................................................................

22

Gambar 3.2. Kalorimeter Bom merk LECO AC500 ........................................

23

Gambar 3.3. Skema Penelitian .................................................................................

24

Gambar 3.4. Tombol pada analytic balance merk Sartorius .............................

28

Gambar 3.5. Penempelan benang pada sampel batubara ...................................

28

Gambar 3.6. Pengisian gas oksigen pada vessel kalorimeter bom ......................

29

Gambar 4.1. Grafik analisis waktu pada saat pengujian sampel………………..

36

Gambar 4.2. Grafik antara nilai kalor pembakaran (Cal/gr) dan % komposisi batubara dalam bioriket ...................................................................................

36

Gambar 4.3. Grafik antara kadar air (%) dan % komposisi batubara dalam bioriket

..........................................................................................................

37

Gambar 4.4. Grafik antara kadar abu (%) dan % komposisi batubara dalam bioriket ............................................................................................................

39

Gambar 4.5. Grafik antara kadar zat terbang (%) dan % komposisi campuran biobriket ........................................................................................................

40

Gambar 4.6. Grafik antara kadar karbon terikat dan % komposisi campuran biobriket ………………………………………………………………………………

commit to user

xiv

41


digilib.uns.ac.id

DAFTAR SIMBOL

No. 1.

Simbol

Keterangan

A

volume HCl 0,1 mol/ liter yang digunakan untuk titrasi cairan didalam vessel kalorimeter bom hasil analisis (ml)

2.

B

volume Ba(OH)2 0,05 mol/ liter yang digunakan untuk titrasi cairan didalam vessel kalorimeter bom hasil analisis (ml)

3.

e1

nilai kalor benang atau kawat

4.

e2

nilai koreksi kalor asam sulfat (H2SO4)

5.

e3

nilai koreksi kalor asam nitrat (HNO3)

6.

m

massa (gr)

7.

Q

nilai kalor (Cal/gr)

8.

C

kapasitas panas (Cal/0C),

9.

ΔT

selisih temperatur (0C)

10.

W1

massa crusible (gr)

11.

W2

massa crusible+biobriket sebelum pemanasan (gr)

12.

W3

massa crusible+biobriket setelah pemanasan (gr)

13.

TM

Total Moisture (kadar air)

14.

AC

Ash Content (kadar abu)

15.

VM

Volatile Matter (kadar zat terbang)

16.

FC

Fixed Carbon (kadar karbon terikat)

17.

CV

Calorivic Value (Nilai kalor pembakaran)

commit to user

xv


digilib.uns.ac.id

BAB I PENDAHULUAN

I.1

Latar Belakang Masalah Di Indonesia memiliki cadangan batubara lebih dari 58,8 milyar ton,

tersebar dibeberapa wilayah khususnya di tiga wilayah yaitu di Kalimantan, Sumatra dan Sulawesi. Namun hanya sekitar 40% (28 juta ton pertahun) yang sudah termanfaatkan untuk keperluan pembangkit listrik dan sebagai bahan bakar primer penggunaannya lebih kecil lagi yaitu hanya sekitar 15% dari total energi nasional (Rajimah, 2009). Salah satu sumber energi terpenting terutama untuk negara berkembang adalah biomassa. Biomassa merupakan bahan energi organik yang berasal dari alam termasuk didalamnya tumbuhan dan hewan. Biomassa juga mengacu pada sampah yang dapat diurai melalui proses biologi (biodegradable waste). Bahan organik yang diproses melalui proses geologi seperti batubara dan minyak tidak digolongkan kedalam kelompok biomassa. Dibandingkan dengan bahan bakar lain, biomassa memiliki densitas yang rendah sehingga menyebabkan densitas energi yang rendah pula. Disamping itu, dari karakteristik densitas yang rendah dan berdebu dari biomassa juga menyebabkan masalah dalam transportasi, penanganan, penyimpanan dan pembakaran langsung. Salah satu teknologi yang menjanjikan adalah proses pembriketan (Suyitno, dkk., 2005). Tempurung kelapa adalah salah satu sumber energi alternatif yang dapat diperbaharui yang selama ini belum termanfaatkan secara optimal. Indonesia merupakan salah satu negara penghasil buah kelapa yang cukup melimpah. Produksi buah kelapa di Indonesia rat-rata 15,5 milyar butir/ tahun atau setara dengan 0,75 juta ton tempurung. Kelapa mempunyai nilai dan peran yang penting baik ditinjau dari aspek ekonomi maupun sosial budaya. Pemanfaatan buah kelapa umumnya hanya daging buahnya saja untuk dijadikan kopra, minyak dan santan untuk keperluan rumah tangga,commit sedangkan to userhasil sampingan lainnya seperti


2 digilib.uns.ac.id

tempurung kelapa belum begitu banyak dimanfaatkan. Bobot tempurung kelapa mencapai 12% dari bobot buah kelapa. Potensi produksi tempurung kelapa yang demikian besar tersebut belum dimanfaatkan sepenuhnya untuk kegiatan produktif yang dapat meningkatkan nilai tambah, sekaligus meningkatkan kesejahteraan masyarakat petani kelapa (Anonim, 2005). Biomassa merupakan bahan-bahan sisa hasil pertanian yang masih memiliki sumber energi. Sisa-sisa hasil pertanian tersebut merupakan sampah, sehingga diperlukan suatu ide untuk menguranginya dari pertanian dan memanfaatkannya sebagai sumber energi alternatif yang ramah lingkungan. Bahan sisa hasil pertanian seperti tempurung kelapa dan serbuk kayu sebenarnya bisa langsung digunakan sebagai bahan bakar namun biasanya bahan bakar tersebut memiliki kalor pembakaran yang rendah dan kadar air yang tinggi, selain itu juga ada permasalahan terkait pengangkutan yang sulit. Biobriket dapat didefinisikan sebagai bahan bakar padat dari batubara dengan biomassa. Ketika proses pembriketan menggunakan tekanan tertentu, agar partikel-partikel pada batubara dan material biomassa pada biobriket dapat menyatu satu sama lain. Sehingga campuran dua material tersebut tidak terpisahpisah selama pengangutan dan pembakaran. Selama pembakaran, biomassa akan mempermudah pembakaran jika dibandingkan dengan batubara yang mempunyai titik nyala rendah. Jika persentase biomassa pada biobriket memiliki titik nyala lebih rendah dibandingkan dengan persentase bahan lain, ini berarti kadar volatile matter pada biomassa rendah. Selain itu, titik nyala pada bahan bakar juga dipengaruhi oleh beberapa hal, seperti kandungan sulfur pada bahan biobriket (Wilaipon, 2008). Beberapa penelitian mengenai biobriket telah banyak dilakukan dengan bahan penyusun yang beraneka ragam. Dasar awal dalam penelitian ini adalah Bayuseno (2008) yang meneliti pengaruh sifat fisik dan struktur mineral batubara lokal terhadap sifat pembakaran, hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa kualitas batubara lokal yang ada di Indonesia tergolong dalam batubara kualitas rendah dan perlu penelitian lanjutan dalam meningkatkan kualitas batubara agar commitimpor. to userMay (2008) meneliti karakteristik bisa kompetitif dengan produk batubara

3 digilib.uns.ac.id


pembakaran briket batubara, hasil dari penelitian tersebut adalah pengurangan massa briket batubara dengan kadar air yang tinggi lebih lambat daripada briket batubara yang memiliki kadar air rendah. Sulistyanto (2006) meneliti karakteristik pembakaran biobriket campuran batubara dan sabut kelapa. Penelitian tersebut menghasilkan biobriket dengan karakteristik terbaik untuk kebutuhan sehari-hari yaitu biobriket dengan komposisi batubara 10% : biomassa 90% karena lebih cepat terbakar. Untuk kebutuhan industri dengan komposisi batubara 30% : biomassa 70% karena dapat mencapai temperatur tertinggi. Subroto (2006) meneliti karakteristik pembakaran biobriket campuran batubara, ampas tebu dan jerami. Dengan hasil komposisi biobriket terbaik yang dapat digunakan untuk kebutuhan sehari-hari adalah komposisi batubara 10% : biomassa 90% karena lebih cepat terbakar dan temperatur yang dicapai dapat optimal. Pada penelitian di sini dibuat biobriket dari campuran batubara dengan arang tempurung kelapa. Batubara yang digunakan adalah batubara yang berkualitas rendah yaitu batubara sub bituminous yang masih belum banyak termanfaatkan untuk energi. Limbah tempurung kelapa yang melimpah di Indonesia digunakan untuk campuran pembuatan biobriket. Selain itu dengan maksud untuk mengurangi jumlah batubara yang digunakan, karena batubara termasuk bahan bakar fosil yang tidak dapat diperbaharui.

I.2

Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah di atas, dibuat rumusan masalah

dalam penelitian ini adalah: 1. Berapa rasio campuran antara batubara dengan tempurung kelapa yang mempunyai nilai kalor pembakaran paling optimum dalam pembuatan biobriket? 2. Berapa nilai kalor pembakaran, kadar abu, kadar air, kadar zat terbang, dan kadar karbon terikat pada setiap sampel biobriket yang dibuat?

commit to user

4 digilib.uns.ac.id


I.3

Tujuan Penelitian Adapun untuk tujuan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Menentukan rasio campuran antara batubara dengan arang tempurung kelapa yang mempunyai nilai kalor pembakaran paling optimum dalam pembuatan biobriket. 2. Mengetahui nilai kalor pembakaran, kadar abu, kadar air, kadar zat terbang, dan kadar karbon terikat pada setiap sampel biobriket yang dibuat.

I.4

Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah memberikan informasi kepada

masyarakat mengenai manfaat lain dari batubara dan tempurung kelapa untuk dimanfaatkan sebagai biobriket serta pengaruh dari rasio campuran batubara dan tempurung kelapa terhadap kualitas biobriket yang dihasilkan.

I.5

Sistematika Penulisan Penulisan laporan Tugas Akhir (TA) ini mengikuti sistematika penulisan

sebagai berikut; BAB I . Pendahuluan Bab ini berisi latar belakang Tugas Akhir (TA), tujuan, manfaat pelaksanaan Tugas Akhir (TA), perumusan masalah, dan terdapat pula sistematika penulisan laporan. BAB II . Tinjauan Pustaka Bab ini berisi tentang beberapa teori yang mendukung mengenai bahan bakar dan pembakaran, analisis bahan bakar padat yang meliputi kadar kalor, kadar (total moisture), kadar abu (ash content), bahan yang mudah menguap/ zat terbang (volatil matter), fixed carbon, bahan baku yang meliputi batubara, biomassa, dan tempurung kelapa.

commit to user

5 digilib.uns.ac.id


BAB III. Metodologi Penelitian Dalam bab ini membahas tentang tempat dan waktu pelaksanaan penelitian, peralatan dan bahan yang digunakan pada penelitian serta prosedur dan pengambilan data penelitian. BAB IV. Pembahasan Bab ini berisi tentang pembahasan hasil dan analisa dari Tugas Akhir (TA) yang disesuaikan berdasarkan tujuan dari penulisan Tugas Akhir (TA) ini. BAB V . Penutup Pada bab ini memuat beberapa kesimpulan dan saran dari seluruh uraian yang telah dibuat pada bab-bab sebelumnya.

commit to user

6 digilib.uns.ac.id


BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Bahan Bakar dan Pembakaran II.1.1 Bahan Bakar Ditinjau dari segi teknis dan ekonomi, bahan bakar diartikan sebagai bahan yang apabila dibakar dapat meneruskan proses pembakaran tersebut dengan sendirinya, disertai dengan pengeluaran kalor. Bahan bakar dibakar dengan tujuan untuk mendapatkan kalor yang dapat digunakan secara langsung maupun tidak langsung. Contoh penggunaan kalor secara langsung antara lain : untuk memasak di dapur-dapur rumah tangga, instalasi pemanas. Sedangkan contoh penggunaan kalor secara tidak langsung antara lain : kalor diubah manjadi energi mekanik misalnya pada motor, kalor diubah menjadi energi listrik misalkan pada pembangkit listrik tenaga diesel dsb. Bahan bakar konvensional ditinjau dari keadaannya dan wujudnya dapat berupa gas, padat dan cair. Sedangkan ditinjau dari cara terjadinya dapat alamiah dan non alamiah. Termasuk bahan bakar padat alamiah antara lain: antrasit, batubara bitumen, lignit, kayu, sisa tumbuhan. Termasuk bahan bakar padat non alamiah antara lain: kokas, semi kokas, arang briket, bahan bakar nuklir.

II.1.2 Pembakaran Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar, disertai dengan timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor. Pembakaran spontan adalah pembakaran dimana bahan mengalami oksidasi perlahan-lahan sehingga kalor yang dihasilkan tidak dilepaskan, akan tetapi dipakai untuk menaikkan suhu bahan secara pelan-pelan sampai mencapai suhu nyala. Pembakaran sempurna adalah pembakaran dimana semua konstituen yang dapat terbakar didalam bahan bakar membentuk gas CO2, H2O dan SO2 sehingga tak ada lagi bahan yang dapat terbakar tersisa (Anonim, 2006). commit to user

7 digilib.uns.ac.id


II.2 Analisis Bahan Bakar Padat II.2.1 Nilai Kalor Pembakaran II.2.1.1 Suhu dan Kesetimbangan Thermal Konsep suhu temperatur berakar dari ide kualitatif panas dan dingin yang berdasarkan pada indera sentuhan kita. Suatu benda yang terasa panas umumnya memiliki suhu yang lebih tinggi daripada benda serupa yang dingin. Untuk mengukur suhu sebuah benda, sentuhkan termometer dengan benda tersebut. Jika kita ingin mendapatkan suhu secangkir kopi panas, masukkan termometer kedalam kopi; saat keduanya berinteraksi, termometer menjadi lebih panas dan kopi sedikit menjadi lebih dingin. Setelah termometer mencapai nilai tunaknya, baca suhunya. Sistem telah mencapai kondisi kesetimbangan, dimana interaksi antara termometer dan kopi tidak menyebabkan perubahan lebih jauh pada sistem. Kita menyebut keadaan ini sebagai kesetimbangan thermal (thermal equilibrium). Pada dasarnya, dua benda dikatakan berada dalam keseimbangan termal, jika setelah bersentuhan, kedua benda tersebut mencapai suhu yang sama. Misalnya terdapat 2 benda, sebut saja benda A dan benda B. Pada mulanya benda A memiliki suhu tinggi (benda A panas) sedangkan benda B memiliki suhu rendah (Benda B dingin). Setelah bersentuhan cukup lama, kedua benda tersebut mencapai suhu yang sama. Dalam hal ini, benda A dan benda B dikatakan berada dalam keseimbangan termal (Halliday dan Resnick, 1991).

Benda A

Benda B

Gambar 2.1. Kesetimbangan thermal benda A dan B (Halliday dan Resnick, 1991) commit to user


8 digilib.uns.ac.id

II.2.1.2 Konsep Kalor Istilah kalor dipergunakan untuk menyatakan energi yang berpindah. Aliran kalor terjadi karena adanya perbedaan suhu, dan kalor mengalir dari suatu tempat yang suhunya tinggi ke tempat lain yang suhunya rendah. Kalor diberi simbol Q. Suatu sistem yang tidak terisolasi akan menyerap kalor dari lingkungannya jika suhu sistem lebih rendah dari suhu lingkungan, dan sebaliknya sistem akan melepaskan kalor ke lingkungannya jika suhu sistem lebih tinggi dari suhu lingkungan. Sebagai konvensi, kalor pada sistem berharga positif apabila sistem menyerap kalor dari lingkungan, dan berharga negatif apabila sistem melepas kalor ke lingkungannya (Mulyatno, dkk., 1992).

II.2.1.3 Kapasitas Panas Satuan dari kapasitas panas berdasarkan perubahan suhu pada bahan tertentu antara lain adalah Kalori (disingkat kal) didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu gram air dari 14,5 0C menjadi 15,5 0C. Kilokalori (kkal), setara dengan 1000 kal, juga digunakan; nilai kalori makanan umumnya adalah kilokalori. Satuan yang berkaitan dengan panas yang menggunakan derajat Farenheit dan satuan Inggris adalah Btu, atau British thermal unit (satuan termal Inggris). Satu Btu adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu pound (berat) air 1 0F dari 63 0F menjadi 64 0F. Panas adalah energi yang berpindah, maka harus ada hubungan pasti antara satuan kuantitas panas dan satuan energi mekanik, misalnya joule, seperti terlihat dibawah ini. 1 kal = 4,186 J 1 kkal = 1000 kal = 4186 J 1 Btu = 778 ft.lb = 252 kal = 1055 J Kalori bukanlah satuan dasar SI. Komite Internasional Bobot dan Pengukuran merekomendasikan penggunaan Joule sebagai satuan dasar energi dalam semua commit to user bentuk, termasuk panas.


9 digilib.uns.ac.id

Kapasitas panas diberi simbol Q. Ketika dihubungkan dengan perubahan suhu yang sangat kecil dT, kita menyebutnya dQ. Kapasitas panas Q yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu massa m dari bahan tertentu dari T1 menjadi T2 kira-kira setara dengan perubahan suhu ∆T= T2 - T1. Kapasitas panas juga berbanding lurus dengan massa bahan m. Saat memanaskan air untuk membuat teh, dibutuhkan dua kali panas lebih banyak untuk dua cangkir, dibandingkan untuk satu cangkir dengan interval suhu yang sama. Kapasitas panas yang dibutuhkan tergantung pada sifat alami bahan, untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1 0C diperlukan panas 4190 J, tapi hanya diperlukan 910 J untuk menaikkan suhu 1 kg aluminium sebesar 1 0C. Dengan menyatukan seluruh hubungan tersebut, diperoleh: Q = mc ∆T

(2.1)

Dimana Q adalah panas yang dibutuhkan untuk perubahan suhu pada massa m, nilai c berbeda untuk setiap bahan yang berlainan, dan disebut sebagai kapasitas panas spesifik (spesific heat capasity) atau terkadang disebut panas spesifik bahan tersebut. Kapasitas panas spesifik air adalah sekitar 4190 J/kg.K, 1 kal/g. 0C, atau 1 Btu/lb. 0F (Young, 2002).

II.2.1.4 Jenis-jenis Proses Termodinamik a). Proses Adiabatik Sebuah proses adiabatik (adiabatic process) didefinisikan sebagai proses tanpa perpindahan panas yang masuk atau keluar dari sistem : Q=0. Kita dapat mencegah panas mengalir, baik dengan membungkus sistem dengan bahan isolator termal, maupun dengan melakukan proses secara sangat cepat sehingga tidak ada waktu cukup untuk terjadinya aliran panas. Dari hukum pertama thermodinamika kita temukan bahwa untuk setiap proses adiabatik U2-U1 = ∆U = -W (proses adiabatik)

(2.2)

Ketika sistem berekspansi secara adiabatik, W adalah positif (sistem melakukan kerja terhadap lingkungannya), maka ∆U adalah negatif dan energi dalam berkurang. Ketika sistem dikompresi secara adiabatik, W adalah negatif (kerja commit to user dilakukan terhadap sistem oleh lingkungan) dan U meningkat. Pada banyak (tapi

10 digilib.uns.ac.id


tidak seluruhnya) sistem kenaikan energi dalam terjadi bersamaan dengan kenaikan suhu. Penekanan kompresi pada mesin pembakaran-dalam adalah sebuah pendekatan proses adiabatik. Suhu naik ketika campuran udara-bensin dalam silinder dikompresi. Ekspansi bensin yang terbakar selama tekanan daya juga merupakan sebuah pendekatan proses ekspansi adiabatik dengan penurunan suhu. b). Proses isokhorik Sebuah proses isokhorik (isochoric process) adalah proses volume konstan. Ketika volume suatu sitem termodinamik konstan, sistem tidak melakukan kerja pada lingkungannya. Maka W = 0, dan U2-U1 = ∆U = Q (proses isokhorik)

(2.3)

c). Proses isobarik Sebuah proses isobarik (isobaric process) adalah proses tekanan konstan. Secara umum, tidak satupun dari ketiga kuantitas ∆U, Q, dan W adalah nol pada proses isobarik, tapi menghitung W adalah sangat mudah. W = p(V2 –V1) (proses isobarik)

(2.4)

d). Proses isotermal Sebuah proses isotermal (isothermal process) adalah proses suhu konstan. Agar proses menjadi isotermal, setiap aliran panas yang masuk atau keluar sistem harus berlangsung dengan cukup lambat sehingga kesetimbangan termal terjaga. Secara umum, tidak satupun kuantitas ∆U, Q, dan W adalah nol pada proses isothermal (Young, 2002).

II.2.1.5 Kalorimetri dan Asas Black Apabila pada kondisi adiabatis dicampurkan 2 macam zat yang suhunya mula-mula berbeda, maka pada saat tercapai kesetimbangan, banyaknya kalor yang dilepas oleh zat yang suhunya mula-mula tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diserap oleh zat yang suhu mula-mulanya rendah. Pernyataan ini dikenal sebagai asas Black. Menurut asas Black berlaku : Q lepas = Q isap Atau,

(2.5) commit to user



(

)

m1c1 T1 - T ' = m2 c 2 (T '-T2 )

(2.6)

Dimana c1 dan c2 menyatakan kalor jenis zat 1 dan zat 2. Apabila diketahui harga kalor jenis sutu zat, maka dapat ditentukan harga kalor jenis zat yang lain berdasarkan asas Black. Prinsip pengukuran seperti ini disebut kalorimetri. Alat pengukur kalor jenis zat berdasarkan prinsip kalorimetri disebut kalorimeter. Bagan dari kalorimeter ditunjukkan oleh gambar berikut : Logam

T2

Termometer

pengaduk

T1 Air

Gambar 2.2. Bagan kalorimeter (Halliday dan Resnick, 1991)

Tabung bagian dalam kalorimeter terbuat dari logam (biasanya alumunium atau tembaga) dan sudah diketahui kalor jenisnya. Tabung tersebut diisi air hingga penuh, logam yang akan diukur panas jenisnya dipanaskan dulu dan kemudian dimasukkan ke dalam kalorimeter (Mulyatno, dkk., 1992). Kalorimetri berarti mengukur panas, prinsip dasarnya adalah sangat sederhana, ketika aliran panas terjadi antara dua benda yang terisolasi dari lingkungannya, jumlah panas yang hilang dari satu benda harus setara dengan jumlah yang diperoleh benda lainnya. Panas adalah energi yang berpindah, jadi prinsip ini sebetulnya merupakan prinsip kekekalan energi. Kita mengambil kuantitas panas yang ditambahkan pada suatu benda sebagai positif dan setiap commit to user kuantitas yang meninggalkan benda sebagai negatif. Ketika sejumlah benda



berinteraksi, jumlah aljabar dari setiap kuantitas panas yang dipindahkan pada semua benda harus sama dengan nol (Young, 2002).

II.2.1.6 Prinsip dari alat kalorimeter bom merk LECO AC500 Kalorimeter bom otomatis merk LECO AC500 merupakan suatu alat untuk mengukur kandungan kalor

dari berbagai material organik seperti batubara,

batuan , dan bahan bakar minyak. Nilai kalor suatu sampel ditentukan oleh pembakaran pada suatu lingkungan yang terkontrol. Kalor yang

dilepaskan

sebanding dengan nilai kalor dari sampel yang diuji. Berikut adalah gambar sketsa dari alat kalorimeter bom :

stirrer

termometer elektroda

Water jacket benang kawat

Cawan kalor Vessel

Sampel

Gambar 2.3. Sketsa kalorimeter bom merk LECO AC 500

commit to user



Di dalam kalorimeter bom otomatis merk LECO AC500 terdiri dari bejana (combustion vessel). Vessel ini berfungsi untuk mereaksikan sampel yang akan dianalisis. Vessel dibenamkan kedalam air pada water jacket, didalam kalorimeter bom dilengkapi dengan stirrer kipas pengaduk dan thermometer elektronik. Temperatur dari

air diukur dengan thermometer elektronik. Selama analisis,

kecepatan kipas pengaduk diatur untuk meratakan temperatur sistem sehingga dapat mengendalikan temperatur air didalam water jacket. Water jacket berisi air yang digunakan untuk perpindahan kalor yang dapat diukur dengan melihat perubahan temperatur (ΔT). Sampel yang akan dianalisis nilai kalor totalnya ditimbang dengan menggunakan alat analytic balance merk Sartorius. Massa sampel 1 gram diletakkan di dalam cawan khusus untuk kalorimeter bom, kemudian dimasukkan kedalam vessel. Setelah itu vessel ditutup dan diisi dengan gas Oksigen, dimana gas Oksigen ini berfungsi untuk membantu proses pembakaran, gas Oksigen diisi sampai pada tekanan antara 28 bar s/d 30 bar. Syarat terjadinya pembakaran adalah ada titik api yang bersumber dari arus listrik, bahan bakar dan Oksigen. Pada vessel terdapat kawat yang dihubungkan dengan sumber arus listrik untuk membakar sampel. Dua kawat elektroda dihubungkan dengan menggunakan kawat, kemudian dari kawat tersebut dipasang sehelai benang, dimana benang tersebut berfungsi sebagai sumbu pembakaran yang bersumber dari arus listrik sehingga sampel dapat terbakar. Pemasangan benang harus mengenai sampel batubara, jika benang tidak mengenai sampel maka sampel batubara tersebut tidak akan terbakar. Selain itu benang juga tidak boleh menempel body / bagian dari cawan, jika menempel maka analisa tidak dapat berjalan karena sumber arus listrik tidak langsung membakar sampel. Temperatur sebelum proses pembakaran adalah sebagai temperatur awal (T1), dan temperatur setelah sampel habis terbakar dicatat sebagai temperatur akhir (T2). Sehingga ΔT adalah selisih dari temperatur akhir dengan temperatur awal. ΔT ini sudah tercatat nilainya oleh thermometer elektronik, sehingga hasilnya akan muncul di komputer. commit to user



Setelah sampel sudah terbakar maka temperatur dan kalor di dalam vessel kalorimeter bom sangat tinggi. Sehingga kalor akan mengalir dari dalam vessel menuju air di dalam water jacket yang temperaturnya lebih rendah dari temperatur vessel. Aliran kalor akan terhenti setelah temperatur dari vessel dengan air didalam water jacket mencapai temperatur yang sama, sehingga dapat mencapai kesetimbangan thermal. Dan kalor yang dilepaskan oleh vessel adalah sama dengan kalor yang diterima oleh air didalam water jacket. Metode perhitungan nilai kalor menggunakan BS 1016 Part 105 : 1992 pada volume konstan. Volume konstan ini merujuk pada volume wadah yang tidak berubah selama reaksi atau analisis berlangsung. Hal ini dapat dilihat bahwa wadah tersebut konstan utuh setelah proses analisis selesai dilakukan. Perhitungan nilai kalor suatu sampel dengan menggunakan bom kalorimeter dapat dihitung dari kenaikan temperatur air di dalam vessel kalorimeter bom (ΔT) dan kapasitas panas (C) dari sistem. Penentuan ini juga dipengaruhi oleh nilai kalor benang (e1), nilai kalor asam sulfat H2SO4 (e2), nilai kalor asam nitrat HNO3 (e3), serta berat sampel. Nilai kalor total dihitung dengan menggunakan rumus : Q=

[C.DT ] - e1 - e2 - e3 (Cal / gr ) ...............................................................(2.7) m

Keterangan : Q = Nilai kalor sampel ( Calorific Value) (Cal/gr) C = kapasitas panas dari vessel bom kalorieter (Cal/ 0C) m = massa sampel batubara (gr) ΔT= selisih temperatur (T2-T1), dimana T1 adalah temperatur air didalam water jacket sebelum sampel terbakar dan T2 adalah temperatur setelah sampel habis terbakar e1 = Nilai kalor benang = (berat benang (gr) x nilai kalor benang) (Cal/ gr) e2 = Nilai koreksi kalor asam sulfat = [(A+B-20) x 15,1 : 4,187 (Cal), dengan B adalah volume Ba(OH)2 0,05 mol/ liter yang digunakan untuk titrasi cairan didalam vessel kalorimeter bom hasil analisis dan A adalah volume HCl 0,1 mol/ liter yang digunakan untuk titrasi cairan didalam vessel kalorimeter bom hasil commit user analisis. Nilai 20 merupakan volume Nato 2CO3 0,05 mol/ liter yang ditambahkan



pada hasil titrasi, nilai 15,1 merupakan jumlah kalor tiap ml dari asam sulfat dalam satuan joule yaitu 15,1 J/ ml dan nilai 4,187 merupakan konversi dari satuan joule ke satuan Cal, dimana 1 Cal= 4,187 joule. e3 = Nilai koreksi kalor asam nitrat = [(20-A) x 6,0 ] : 4,187 (Cal), dengan nilai 6,0 adalah jumlah kalor tiap ml dari asam nitrat dalam satuan joule yaitu 6,0 J/ ml (British Standard, 1996)

II.2.2 Kadar Air Air yang terdapat dalam bahan bakar padat dapat berupa: a. Kandungan air internal atau air kristal, yaitu air yang terikat secara kimiawi. b. Kandungan air eksternal atau air bawaan, yaitu air yang menempel pada permukaan bahan dan terikat secara fisis atau mekanis. Penentuan kadar air dilakukan dengan menempatkan sampel yang dihaluskan dalam crus yang terbuka, kemudian dipanaskan dalam oven pada suhu 105oC. Sampel kemudian didinginkan dan hingga suhu kamar dan ditimbang lagi. Kehilangan massa merupakan kadar airnya.

II.2.3 Kadar Abu Abu yang terdapat pada bahan bakar padat adalah mineral yang tidak dapat terbakar yang tertinggal setelah proses pembakaran dan perubahan-perubahan serta reaksi-reaksi yang menyertainya selesai. Didalam dapur atau generator gas, abu dapt meleleh pada suhu tinggi, menghasilkan massa yang disebut dngan slag. Sifat kandungan abu dapat ditandai oleh perubahan-perubahan yang terjadi saat suhunay naik. Jika suhu diberi lambang t, maka : t1 adalah suhu pada saat abu mulai deformasi, t2 adalah suhu pada saat abu mulai lunak dan t3 adalah suhu pada saat abu mulai mencair. Jika t3<1300oC maka abu bertitik leleh rendah, jika 1300oC 1425oC maka abu bertitik leleh tinggi. commit to user



II.2.4 Bahan yang mudah menguap/zat terbang Bahan yang mudah menguap antara lain berupa metan, hidrokarbon, hidrogen, karbonmonoksida, dan gas-gas yang tidak mudah terbakar seperti karbondioksida dan nitrogen. Bahan yang mudah menguap merupakan indeks dari kandungan bahan bakar bentuk gas.

II.2.5 Kadar Karbon Terikat Kadar Karbon Terikat merupakan bahan bakar padat yang tertinggal dalam tungku setelah bahan yang mudah menguap di destilasi. Kandungan utamanya adalah karbon tetapi juga mengandung hidrogen, oksigen, sufur dan nitrogen yang tidak terbaw gas. Kadar Karbon Terikat memberikan perkiraan kasar terhadap nilai kalor. Kadar Karbon Terikat dihitung dari pengurangan nilai 100 dengan kadar air, bahan mudah menguap dan abu (Anonim, 2006).

II.3 Bahan Baku II.3.1 Batubara Batubara (coal) adalah sumber energi fosil yang paling banyak kita miliki di dunia ini. Batubara sendiri merupakan campuran yang sangat kompleks dari zat kimia organik yang mengandung karbon, oksigen, dan hidrogen dalam sebuah rantai karbon serta sedikit nitrogen dan sulfur. Pada campuran ini juga terdapat kandungan air dan mineral. Pembentukan batubara. Kondisi yang baik pada proses pembentukan batubara adalah lingkungan yang berawa dangkal. Kondisi tersebut terdapat pada cekungan sedimen yang terbentuk sepanjang pantai, daerah delta dan danau. Batubara terbentuk oleh adanya perubahan secara fisik dan kimia yang dipengaruhi oleh bakteri pengurai, tekanan, temperatur, serta waktu.

II.3.1.1 Klasifikasi Klasifikasi batubara didasarkan pada derajat dan kualitas adalah sebagai berikut: a. Gambut commit to user



Golongan ini sebenarnya belum termasuk jenis batubara, tapi merupakan bahan bakar. Hal ini disebabkan karena masih merupakan fase awal dari proses pembentukan batubara. Endapan ini masih memperlihatkan sifat asal dari bahan dasarnya (tumbuh-tumbuhan). b. Lignit Golongan ini sudah memperlihatkan proses selanjutnya berupa struktur kekar dan gejala pelapisan. Apabila dikeringkan maka gas dan airnya akan keluar. Endapan ini bisa dimanfaatkan secara terbatas untuk kepentingan yang bersifat sederhana, karena panas yang dikeluarkan sangat rendah. c. Sub-Bituminous Golongan ini memperlihatkan ciri-ciri tertentu yaitu warna yang kehitamhitaman dan sudah mengandung lilin. Ciri lain adalah sisa bagian tumbuhtumbuhan tinggal sedikit dan berlapis. Endapan ini dapat digunakan untuk pemanfaatan pembakaran yang cukup dengan temperatur rendah. Nilai CV (Calorific Value) antara 3000- 6300 cal/gr d. Bituminous Golongan ini dicirikan dengan sifat-sifat yang padat, hitam, rapuh (brittle) dengan membentuk bongkah-bongkah prismatik. Berlapis dan tidak mengeluarkan gas dan air bila dikeringkan. Endapan ini dapat digunakan antara lain untuk kepentingan transportasi dan jenis industri kecil. Nilai CV antara 6300 – 7300 cal/gr. e. Antrasite Merupakam kelas batubara yang tinggi, warna hitam sangat mengkilap, keras, dan kompak. Nilai CV lebih dari 7300 cal/gr.

II.3.1.2 Briket Batubara Briket batubara adalah bahan bakar padat dengan bentuk dan ukuran tertentu yang tersususn dari butiran batubara halus yang telah mengalami proses pemampatan dengan daya tekan tertentu agar bahan bakar tersebut lebih mudah ditangani dan menghasilkan nilai tambah dalam pemanfaatannya. Beberapa dasar commit to user



pemikiran mengapa briket perlu mendapat perhatian yang serius dalam pengembangan diversifikasi energi di Indonesia antara lain: 1. Semakin menipisnya cadangan miyak bumi. 2. Potensi dan kualitas batubara cukup tersedia dan dapat menghasilkan briket yang mempunyai persyaratan. 3.

Tersedianya teknologi sederhana yang memungkinkan batubara dapat dibentuk menjadi briket.

4. Dapat menggantikan penggunaan kayu bakar yang meningkat konsumsinya dan berpotensi merusak ekologi hutan.

II.3.1.3 Manfaat briket batubara: 1. Pemasok bahan bakar yang potensial dan dapat dihandalkan untuk rumah tangga dan industri kecil. 2. Sumber daya energi yang mampu menyuplai dalam jangka panjang. 3. Pengganti BBM/kayu bakar dalam industri kecil dan rumah tangga. 4. Merupakan tempat penyerapan tenaga kerja yang cukup berarti baik di pabrik briketnya, distributor industri tungku, dan mesin briket dan sebagainya. 5. Merupakan bahan bakar yang harganya terjangkau bagi masyarakat pada daerah-daerah terpencil.

II.3.1.4 Keunggulan Briket batubara: 1. Mempunyai suhu pembakaran yang tetap dalam jangka waktu yang cukup panjang. 2. Tidak beresiko meledak. 3. Tidak mengeluarkan bising dan berjelaga. 4. Sedikit menimbulkan asap dan tidak berbau pada saat pembakaran. 5. Mempunyai kekuatan tertentu sehingga tidak mudah pecah pada waktu diangkat dan dipindah-pindahkan. Namun demikian briket memiliki keterbatasan yaitu waktu penyalaan awal commit to user memakan waktu yang cukup lama sehingga diperlukan sedikit bahan pemantik



sebagai penyalaan awal. Briket batubara juga memiliki faktor kesulitan yaitu bahwa sekali briket batubara dibakar maka harus digunakan sampai habis karena ia sulit dipadamkan atau dihidupkan kembali. Briket batubar hanya efisien jika digunakan sebagai bahan bakar industri-industri kecil, menengah maupun besar (Rajimah, 2009). Tabel 2.1. Syarat mutu briket batubara tanpa karbonisasi (Surat Keputusan Direktur Jenderal Pertambangan Umum, 1993) No.

Parameter Uji

Persyaratan

1.

Kadar kalor (Calorivic Value)

> 4000 Cal/gr

2.

Kadar air (Total moisture)

< 20%

3.

Kadar abu (Ash content)

14% - 20%

4.

Zat terbang (Volatil mater)

Tergantung bahannya

II.3.2 Biomassa Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintesis baik berupa produk maupun buangan. Contoh biomassa antara lain adalah tanaman, pepohonan rumput, limbah pertanian, limbah hutan, tinja dan kotoran ternak. Selain digunakan untuk tujuan primer serat, bahan pangan, pakan ternak, minyak nabati, bahan bangunan, dan sebagainya. Biomassa juga digunakan sebagai sumber energi (bahan bakar). Yang digunakan adalah bahan bakar biomassa yang nilai ekonomisnya rendah atau merupakan limbah setelah diambil produk primernya. Energi biomassa dapat menjadi sumber energi alternatif pengganti bahan bakar fosil (minyak bumi) karena beberapa sifatnya yang menguntungkan yaitu, dapat dimanfaatkan secara lestari karena sifatnya yang dapat diperbaharui, relatif tidak mengandung unsur sulfur sehingga tidak menyebabkan polusi udara dan juga dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan sumber daya hutan dan pertanian. Potensi biomassa di Indonesia adalah cukup tinggi. Dengan hutan tropis Indonesia yang sangat luas, setiap tahun diperkirakan terdapat limbah kayu sebanyak 25 juta ton yang terbuang dan belum dimanfaatkan. Demikian juga commit to user



dengan tempurung kelapa yang merupakan limbah pertanian dan perkebunan yang memiliki potensi yang besar sekali (Suyitno, dkk., 2005).

II.3.3 Tempurung Kelapa Tanaman kelapa (Cocos nucifera L) disebut juga tanaman serbaguna, karena dari akar sampai ke daun kelapa bermanfaat. Buah kelapa terdiri dari beberapa komponen yaitu sabut kelapa, tempurung kelapa, daging buah kelapa, dan air buah kelapa. Daging buah adalah komponen utama yang dapat diolah menjadi berbagai produk bernilai ekonomi tinggi. Sedangkan air, tempurung dan sabut sebagai hasil samping (by product) dari buah kelapa juga dapat diolah menjadi berbagai produk yang niali ekonominya tidak kalah dengan daging buah. Tempurung kelapa merupakan salah satu bagian dari buah kelapa dengan persentase 17% dari buah kelapa yang berumur 12 bulan. Dapat diamati bahwa tempurung kelapa memiliki jumlah yang melimpah dan mudah diperoleh di pasarpasar tradisional bahkan banyak yang menjadi limbah. Jika limbah tidak diolah dan dibiarkan menumpuk atau dibakar dapat menimbulkan hal yang negatif terhadap lingkungan. Salah satu usaha adalah memanfaatkan limbah menjadi produk yang memiliki nilai tambah dengan teknologi aplikasi dan kerakyatan (Supenos, 2005). Tempurung kelapa merupakan lapisan keras dari buah kelapa yang terdiri dari lignin, selulosa, metoksil dan berbagai mineral. Kandungan bahan-bahan tersebut beragam sesuai dengan jenis kelapanya. Struktur yang keras disebabkan oleh silikat (SiO2) yang cukup tinggi kadarnya pada tempurung. Berat tempurung sekitar 15-19 % dari berat keseluruhan buah kelapa (Hasbullah, 2001). Berat dan tebal tempurung kelapa sangat ditentukan oleh jenis tanaman kelapa. Kelapa Dalam mempunyai tempurung yang lebih berat dan tebal dari tempurung kelapa Hibrida dan kelapa Genjah. Tempurung beratnya sekitar 1519% bobot buah kelapa dengan ketebalan 3-5 mm. Komposisi kimia tempurung terdiri atas ; Selulosa 26,60%, Pentosan 27,70%, Lignin 29,4%, Abu 0,60%, Solvent ekstraktif 4,20%, Uronat anhidrat 3,50%, Nitrogen 0,11%, dan air 8,00% commit userY., 2001). (Ibnusantoso dalam Mahmud, Zainal dan to Ferry,



BAB III METODOLOGI PENELITIAN

III.1

Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan selama 3 bulan dari bulan September 2010 sampai

November 2010. Tempat : Laboratorium Pusat FMIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta.

III.2

Peralatan Penelitian Pada penelitian ini digunakan peralatan sebagai berikut:

1. Media cetak biobriket berbentuk silinder dengan ukuran diameter 1,5 cm dan tinggi 1,75 cm. 2. Alat pengepress biobriket yang mempunyai kekuatan tekan 10 ton.

Gambar 3.1. Alat Pengepres

commit to user



3. Seperangkat peralatan kalorimeter bom merk LECO AC500

Gambar 3.2 Kalorimeter Bom merk LECO AC500 4. Nobertherm furnace controller S 27, made in Germany 5. Oven 6. Timbangan analitik merk Ohauss 7. Neraca AX-GENEXSUS dengan ketelitian 0.1g 8. Stopwatch/ timer 9. Baskom

III.3

Bahan Penelitian Pada penelitian ini digunakan bahan sebagai berikut:

1. Batubara kualitas rendah (Sub bituminous) Batubara jenis ini apabila dikeringkan maka gas dan airnya akan keluar. Endapan ini bisa dimanfaatkan secara terbatas untuk kepentingan yang bersifat sederhana, karena panas yang dikeluarkan sangat rendah. Batubara yang digunakan pada penelitian ini berasal dari PT.Bukit Asam (Persero) Tbk unit pelabuhan Tarahan Bandar Lampung. 2. Tempurung kelapa yang berasal dari limbah pertanian di sekitar daerah Karanganyar 3. Bahan perekat yaitu tepung pati kanji to user commit



III.4

Prosedur dan Pengambilan Data

Prosedur kerja dalam penelitian ini dideskripsikan dalam skema seperti pada berikut: Mulai Penyiapan bahan baku

Pengarangan tempurung kelapa

Pembuatan serbuk batubara

Pembuatan biobriket

Pencampuran bahan baku (batubara, arang tempurung kelapa, pati kanji) Pencetakan Pengepressan

Uji karakteristik biobriket : -Uji nilai kalor pembakaran -Uji kadar air Uji kadar abu -Uji kadar zat terbang -Uji kadar karbon terikat

Analisa Data

Kesimpulan

Gambar 3.3. Skema Penelitian

commit to user

Pembuatan bahan perekat



Penjelasan Skema diagram di atas : 1. Penyiapan bahan baku Tahapan ini meliputi : a. Pengarangan tempurung kelapa Tempurung kelapa yang digunakan adalah tempurung kelapa yang sudah tua karena mempunyai kadar air yang lebih rendah daripada tempurung kelapa muda. Sebelum digunakan untuk pengarangan, tempurung kelapa dibersihkan dari kotoran lalu dikeringkan dengan cara dijemur dibawah sinar matahari atau diangin-anginkan, hal ini bertujuan untuk mengurangi kadar air yang terkandung didalam tempurung kelapa sehingga mempermudah dan mempercepat proses pengarangan. Proses pengarangan dengan cara sederhana yaitu tempurung kelapa yang sudah dipotong-potong menjadi kecil dimasukkan ke dalam sebuah wadah yang diberi beberapa lubang untuk aliran udara dan dibakar dengan Oksigen minimum. b. Pembuatan serbuk batubara Batubara yang digunakan untuk penelitian adalah batubara kualitas rendah (sub bituminous). Batubara tersebut digerus hingga mendapatkan serbuk batubara kemudian diayak. Proses pengayakan dengan menggunakan ayakan biasa, tidak menggunakan ayakan mesh karena ukuran mesh dari bahan biobriket pada penelitian ini tidak diukur parameternya dan dianggap homogen. c. Penyiapan bahan perekat bahan perekat Bahan perekat yang digunakan adalah tepung pati kanji, tepung pati kanji dilarutkan ke dalam air dingin kemudian larutan pati kanji tersebut dimasukkan kedalam air yang mendidih. Lalu diaduk hingga pati kanji menjadi transparan dan lengket. Rasio penggunaan tepung kanji dengan air adalah 1 bagian massa pati kanji dan 16 bagian massa air.

2. Pembuatan biobriket a. Pencampuran bahan baku Batubara, arang tempurung kelapa dicampurkan hingga rata dengan rasio to user 10%:90%; 20%:80%; 30%:70%;commit 40%:60%; dan 50%:50% serta perekat berupa



pati kanji. Selain itu juga menyiapkan untuk sampel yang berbahan batubara tanpa campuran dan berbahan tempurung kelapa tanpa campuran. b. Pencetakan Bahan baku yang telah tercampur rata dimasukkan kedalam cetakan yang berbentuk silinder dengan ukuran diameter 1,5 cm dan tinggi 1,75 cm. c. Pengepressan Bahan baku yang telah dimasukkan kedalam cetakan kemudian ditekan dengan menggunakan alat pengepress dan didiamkan selama 10 menit. Setelah itu biobriket dikeluarkan dari cetakan dan dikeringkan ditempat yang tidak terkena sinar matahari secara langsung.

3. Uji Karakteristik biobriket Tahap ini bertujuan untuk menguji dan menganalisa karakteristik dasar dari biobriket yang dihasilkan. Karakteristik dasar itu antara lain nilai kalor, nilai kadar air, nilai kadar abu, kadar zat terbang, dan karbon terikat.

a. Uji nilai kalor pembakaran Peralatan yang digunakan : a). Seperangkat peralatan kalorimeter bom merk LECO AC500 b). Timbangan analitik merk Sartorius Bahan : a). Sampel biobriket campuran 10% batubara dengan 90% arang tempurung kelapa b). Sampel biobriket campuran 20% batubara dengan 80% arang tempurung kelapa c). Sampel biobriket campuran 30% batubara dengan 70% arang tempurung kelapa d). Sampel biobriket campuran 40% batubara dengan 60% arang tempurung kelapa e). Sampel biobriket campuran 50% batubara dengan 50% arang tempurung commit to user kelapa



f). Sampel briket batubara g). Sampel biobriket tempurung kelapa

Sebelum dilakukan pengujian sampel, dilakukan standarisasi dari bom kalorimeter untuk mengetahui kondisi alat apakah masih baik atau tidak. Sampel yang digunakan adalah Asam Benzoat standar yang sudah diketahui nilai kalornya. Nilai kapasitas panas didapat dari standarisasi kalorimeter bom dengan menggunakan sampel Asam Benzoat. Digunakan rumus C=

(mb. Qb ) + e1 + e3 DT

.........................................................(3.1)

dengan C = kapasitas panas (Cal/0C), mb = massa Asam Benzoat (gram), Qb = nilai kalor Asam Benzoat (Cal/gram) e1 = koreksi kalor kawat e3 =koreksi kalor HNO3 ΔT= selisih temperatur (0C) Analisa nilai kalor pembakaran biobriket pada penelitian ini menggunakan metode BS 1016 part 105 tahun 1992. a) Menghidupkan komputer dan membuka program AC500. b) Menimbang massa biobriket dengan menggunakan timbangan analitik. c) Menempatkan biobriket pada cawan kalor di dalam vessel kalorimeter bom. d) Menulis jenis sampel yang digunakan pada tabel name. e) Menekan tombol print pada analytic balance, sehingga massa sampel masuk pada tabel mass.

commit to user



Gambar 3.4. Tombol pada analytic balance merk Sartorius

f) Menghubungkan

dua

elektroda

pada

kalorimeter

bom

dengan

menggunakan kawat dan memasang sehelai benang pada kawat tersebut. g) Menghubungkan benang dengan sampel biobriket.

Gambar 3.5. Penempelan benang pada sampel batubara

h) Mengisi 10 ml aquades kedalam vessel kalorimeter bom. i) Menutup vessel kalorimeter bom, lalu mengalirkan oksigen. Seperti terlihat pada gambar berikut :

commit to user



Gambar 3.6. Pengisian gas oksigen pada vessel kalorimeter bom

j) Memasukkan vessel bom kalorimeter ke dalam water jacket yang terdapat pada kalorimeter bom merk LECO AC500 dan menutupnya. k) Meletakkan cursor komputer pada tabel analysis date kemudian klik F5 untuk menganalisis nilai kalor. l) Setelah analisa selesai, membuka penutup kalorimeter bom merk LECO AC500 dan mengeluarkan vessel kalorimeter bom. m) Memutar penutup gas yang ada di dalam vessel kalorimeter bom dan membiarkan gas hasil pembakaran keluar dari vessel kalorimeter bom. n) Memanaskan air tersebut sampai hangat untuk menghilangkan Karbondioksida, kemudian titrasi dengan larutan Ba(OH)2 0,05 mol/liter dengan menggunakan 2 tetes larutan indikator Phenolphtalein (Nilai B, ml) hingga terjadi satu kali perubahan warna, untuk koreksi e2. o) Hasil titrasi ditambahkan 20 ml larutan Na2CO3 0,05 mol/ liter, endapan yang terbentuk disaring. p) Hasil saringan dititrasi dengan larutan HCl 0,1 mol/ liter dengan menggunakan 2 tetes larutan indikator Screened Methyl Orange (Nilai A, ml) hingga terjadi dua kali perubahan warna, untuk koreksi e2 dan e3. q) Setiap sampel diulangi sebanyak 5x. r) Perhitungan Hasil Pengujian commit to user Metode British Standar 1016; part 105; 1992



1. Koreksi kalor benang = berat benang (gr) x nilai kalor (Cal/ gr)...............e1 2. Koreksi

Kalor

H2SO4

=

[(A+B-20)

x

15,1

:

4,187

[(20-A)

x

6,0

:

4,187

(Cal)............................e2 3. Koreksi

Kalor

HNO3

=

(Cal)]................................e3 Rumus nilai Kalor: Q=

[C.DT ] - e1 - e2 - e3 (Cal / gr ) ………………………………..(3.2) m

Dengan Q = nilai kalor per gram (Cal/gr) C = kapasitas panas (Cal/0C) △T = perubahan suhu (0C) m = massa sampel (gr)

e1 = Nilai koreksi kalor benang e2 = nilai koreksi kalor H2SO4 e3 = nilai koreksi kalor HNO3

b. Uji kadar air Peralatan yang digunakan : a). Oven b). Crusible c). Timbangan analitik merk Ohauss Bahan : a). Sampel biobriket campuran 10% batubara dengan 90% arang tempurung kelapa b). Sampel biobriket campuran 20% batubara dengan 80% arang tempurung kelapa c). Sampel biobriket campuran 30% batubara dengan 70% arang tempurung kelapa d). Sampel biobriket campuran 40% batubara dengan 60% arang tempurung commit to user kelapa



e). Sampel biobriket campuran 50% batubara dengan 50% arang tempurung kelapa f). Sampel briket batubara g). Sampel biobriket tempurung kelapa

Analisa uji kadar air biobriket pada penelitian ini menggunakan metode BS 1016 section 104.1 tahun 1999. a) Menimbang crusible+tutup b) Memasukkan biobriket kedalam crusible kemudian ditimbang. c) Memasukkan biobriket dan crusible kedalam oven pada suhu 1100C selama 1 jam. d) Kemudian dikeluarkan dan didinginkan lalu ditimbang. e) Setiap sampel diulangi sebanyak 5x.

Rumus kadar air Kadar Air Total (TM ) =

W2 - W3 x100% ..............................................(3.3) W2 - W1

Dengan : W1 = massa crusible (gr) W2 = massa crusible+biobriket sebelum pemanasan (gr) W3 = massa crusible+biobriket setelah pemanasan (gr)

c. Uji kadar abu Peralatan yang digunakan : a). Furnace b). Crusible c). Timbangan analitik Ohauss Bahan : a). Sampel biobriket campuran 10% batubara dengan 90% arang tempurung kelapa b). Sampel biobriket campuran 20% batubara dengan 80% arang tempurung commit to user kelapa



c). Sampel biobriket campuran 30% batubara dengan 70% arang tempurung kelapa d). Sampel biobriket campuran 40% batubara dengan 60% arang tempurung kelapa e). Sampel biobriket campuran 50% batubara dengan 50% arang tempurung kelapa f). Sampel briket batubara g). Sampel biobriket tempurung kelapa

Analisa uji kadar abu biobriket pada penelitian ini menggunakan metode BS 1016 section 104.4 tahun 1998. a) Menimbang crusible tanpa tutup b) Memasukkan biobriket kedalam crusible kemudian ditimbang. c) Memasukkan biobriket dan crusible kedalam furnace, furnace di set pada suhu pertama 5500C dan ditahan selama 30 menit, kemudian suhu dinaikkan ke 8150C dan ditahan selama 75 menit. d) Kemudian dikeluarkan dan didinginkan lalu ditimbang. e) Setiap sampel diulangi sebanyak 5x. Rumus kadar abu: Kadar Abu ( A C ) =

W3 - W1 x100% .....................................................(3.4) W2 - W1

Dengan: W1 = massa crusible (gr) W2 = massa crusible+biobriket sebelum pemanasan (gr) W3 = massa crusible+biobriket setelah pemanasan (gr)

d. Uji kadar zat terbang Peralatan yang digunakan : a). Furnace b). Crusible c). Timbangan analitik Ohauss Bahan :

commit to user



a). Sampel biobriket campuran 10% batubara dengan 90% arang tempurung kelapa b). Sampel biobriket campuran 20% batubara dengan 80% arang tempurung kelapa c). Sampel biobriket campuran 30% batubara dengan 70% arang tempurung kelapa d). Sampel biobriket campuran 40% batubara dengan 60% arang tempurung kelapa e). Sampel biobriket campuran 50% batubara dengan 50% arang tempurung kelapa f). Sampel briket batubara g). Sampel biobriket tempurung kelapa

Analisa uji kadar zat terbang biobriket pada penelitian ini menggunakan metode BS 1016 section 104.3 tahun 1998. a) Menimbang crusible+tutup b) Memasukkan biobriket kedalam crusible kemudian ditimbang c) Memasukkan biobriket dan crusible kedalam furnace, furnace di set pada suhu 9000C dan ditahan selama 7 menit. d) Kemudian dikeluarkan dan didinginkan lalu ditimbang e) Setiap sampel diulangi sebanyak 5x. Rumus kadar abu:

Kadar Zat Terbang (VM ) =

W2 - W1 - W3 + W2 x100% .........................(3.5) W2 - W1

Dengan: W1 = massa crusible (gr) W2 = massa crusible+biobriket sebelum pemanasan (gr) W3 = massa crusible+biobriket setelah pemanasan (gr) e. Uji kadar karbon terikat Analisa uji kadar karbon terikat menggunakan SNI 13.3479 tahun 1994 dengan rumus: commit to user Kadar karbon terikat (FC)= 100 % - TM - VM - AC ................................ (3.6)



Dengan : FC = kadar karbon terikat (Fixed Carbon) % TM = kadar air (Total Moisture) % VM = kadar zat terbang (Volatile Moisture) % AC = kadar abu (Ash Content) %

commit to user



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Analisa Nilai Kalor Pembakaran Analisis nilai kalor dilakukan untuk mengetahui nilai kalor yang terkandung dalam setiap produk biobriket. Nilai kalor adalah nilai yang menyatakan jumlah panas yang terkandung dalam bahan bakar. Nilai kalor tersebut merupakan kualitas utama untuk suatu bahan bakar. Analisa nilai kalor pemakaran biobriket dilakukan menggunakan bom calorimeter.

Setelah sampel sudah terbakar maka temperatur dan kalor di dalam vessel bom kalorimeter sangat tinggi. Sehingga kalor akan mengalir dari dalam vessel menuju air di dalam water jacket yang temperaturnya lebih rendah dari temperatur vessel. Aliran kalor akan terhenti setelah temperatur dari vessel dengan air didalam water jacket mencapai temperatur yang sama, sehingga dapat mencapai kesetimbangan thermal. Kalor yang dilepaskan oleh vessel adalah sama dengan kalor yang diterima oleh air didalam water jacket. Sistem pada kalorimeter bom ini merupakan sistem yang terisolasi. Dalam sistem yang terisolasi ini maka tidak ada energi yang mengalir ke dalam atau keluar sistem. Proses ini sesuai dengan bunyi asas black bahwa “Apabila pada kondisi adiabatik dicampurkan dua macam zat yang temperaturnya awalnya berbeda, maka pada saat kesetimbangan, banyak kalor yang dilepas oleh zat yang temperaturnya tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diserap oleh zat yang temperaturnya rendah.” Setiap analisa satu sampel waktu yang diperlukan adalah ± 7 menit, dimana 2 menit pertama adalah proses equilibration dan 5 menit selanjutnya adalah proses pembakaran sampel. Proses equilibration ini adalah proses mengkonstankan air didalam water jacket agar nilai ∆T yang terukur adalah ∆T yang murni. Sampel mulai terbakar setelah menit kedua. Pada saat proses equilibration belum terlihat adanya kenaikan temperatur karena sampel belum terbakar, sedangkan setelah menit kedua mulai terjadi kenaikan temperatur karena sampel batubara didalam commit to user vessel bom kalorimeter sudah mulai terbakar. Pada saat menit keempat sampai



menit kelima temperatur sudah mulai konstan karena sudah terjadi kesetimbangan thermal dimana temperatur didalam vessel sudah sama dengan temperatur air didalam water jacket. Grafik tersebut dapat dilihat seperti berikut :

Gambar 4.1. Grafik analisis waktu pada saat pengujian sampel

Hubungan antara % komposisi batubara dalam biobriket dengan nilai kalor pembakaran biobriket dapat dilihat pada gambar 4.1. dibawah ini :

Gambar 4.2. Grafik antara nilai kalor pembakaran (Cal/gr) dan % komposisi batubara dalam biobriket commit to user



Dari gambar 4.2. dapat dijelaskan bahwa nilai kalor pembakaran bervariasi tergantung pada komposisi campuran biobriket. Nilai kalor pembakaran yang tertinggi adalah pada komposisi campuran biobriket dari batubara (10%) : arang tempurung kelapa (90%) yaitu 6,13x103 Cal/gr. Semakin banyak komposisi batubara yang digunakan pada campuran biobriket maka semakin rendah nilai kalor pembakaran biobriket yang dihasilkan. Hal ini disebabkan pada analisa awal nilai kalor pembakaran briket batubara

nilainya lebih rendah yaitu hanya

3

5,35x10 Cal/gr jika dibandingkan dengan briket arang tempurung kelapa yaitu 7,21x103 Cal/gr. Karena jenis batubara yang digunakan pada penelitian ini adalah jenis batubara kualitas rendah (Sub bituminous) yaitu jenis batubara muda yang hanya memiliki nilai kalor pembakaran 3000-6300 Cal/gr, yang biasanya digunakan

untuk

pemanfaatan

pembakaran

dengan

temperatur

rendah.

Berdasarkan Surat Keputusan Direktur Jenderal Pertambangan Umum tahun 1993 standar spesifikasi pada briket batubara tanpa karbonisasi nilai kalor pembakaran yaitu >4000 Cal/gr. Hasil pengujian nilai kalor pembakaran untuk lima jenis komposisi campuran biobriket telah memenuhi spesifikasi briket batubara tanpa karbonisasi.

IV.2 Analisa Kadar Air

Gambar 4.3. Grafik antara kadar air (%) dan % komposisi batubara commit to user dalam biobriket



Analisis kadar air digunakan untuk mengetahui kandungan air yang terdapat dalam biobriket. Berdasarkan Surat Keputusan Direktur Jenderal Pertambangan Umum tahun 1993, standar spesifikasi pada briket batubara tanpa karbonisasi kadar air maksimal adalah < 20%. Dari gambar 4.3. dapat dijelaskan bahwa semakin banyak komposisi batubara yang digunakan pada campuran biobriket maka semakin tinggi kadar air biobriket yang dihasilkan. Hal ini disebabkan pada analisa awal kadar air briket nilainya lebih tinggi yaitu 20,86 % jika dibandingkan dengan briket arang tempurung kelapa yaitu hanya 6,51 %. Hasil pengujian nilai kadar air untuk lima jenis komposisi campuran biobriket telah memenuhi spesifikasi briket batubara tanpa karbonisasi.

IV.3 Hubungan Nilai Kalor Pembakaran dengan Kadar Air Nilai kalor pembakaran dan kadar air sangat berpengaruh pada kualitas biobriket yang dihasilkan. Nilai kalor pembakaran pada biobriket bergantung pada komposisi kimia pada bahan dan kadar air. Semakin rendah nilai kadar air maka nilai kalor pembakaran biobriket semakin tinggi (Aina, dkk., 2009). Kadar air yang meningkat mengakibatkan dibutuhkannya energi awal yang lebih untuk membakar biobriket (menurunkan titik nyala) dan mengurangi nilai kalor pembakaran yang dihasilkan oleh biobriket (Nukman, dkk., 2010). Kadar air pada biobriket dipengaruhi oleh air bawaan dan air bebas pada bahan biobriket. Air bawaan merupakan air yang secara fisik tertambat secara kimiawi didalam ruang atau rongga pada pori-pori bahan biobriket yaitu pada batubara dan tempurung kelapa. Sedangkan air bebas yaitu air yang menempel pada permukaan bahan dan terikat secara fisis atau mekanis. Air bebas ini dapat berasal dari air ketika pencampuran bahan baku biobriket. Kadar air pada biobriket diharapkan serendah mungkin agar nilai kalor pembakarannya semakin tinggi dan mempermudah penyalaan (Budiman, dkk., 2006). Salah satu cara untuk mengurangi kadar air pada biobriket adalah dengan cara pengeringan biobriket. Pada penelitian ini dilakukan dengan cara mengaginanginkan biobriket yang selesai dibuat selama minimal 3 hari dengan tanpa commit to user terkena sinar matahari secara langsung, karena jika dijemur dibawah sinar



matahari langsung dapat menyebabkan biobriket mengalami keretakan. Selain itu cara untuk mengurangi kadar air biobriket juga dilakukan dengan proses pengarangan pada bahan biobriket yaitu pengarangan tempurung kelapa. Kadar air yang tinggi akan berpengaruh pada biaya pengangkutan yang semakin berat maka biaya angkut akan lebih mahal.

IV.4 Analisa Kadar Abu Analisis kadar abu dilakukan untuk mengetahui jumlah bagian yang tidak terbakar setelah terjadinya pembakaran sempurna. Kadar abu yang tinggi dapat mempersulit proses operasi dan pemeliharaan alat pembakaran (Budiman, dkk.,

2006). Hubungan antara % komposisi batubara dalam biobriket dengan kadar abu dapat dilihat pada gambar 4.4. dibawah ini :

Gambar 4.4. Grafik antara kadar abu (%) dan % komposisi batubara dalam biobriket Semakin banyak komposisi batubara yang digunakan pada campuran biobriket maka semakin tinggi kadar abu biobriket yang dihasilkan. Hal ini disebabkan pada analisa awal kadar abu briket batubara nilainya lebih tinggi yaitu 5,3% jika dibandingkan dengan briket arang tempurung kelapa yaitu 3,2%. commit to user



IV.5 Hubungan Nilai Kalor Pembakaran dengan Kadar Abu Kadar abu juga sangat berpengaruh pada kualitas biobriket yang dihasilkan. Dari hasil penelitian bahwa semakin rendah nilai kadar abu maka nilai kalor pembakaran biobriket semakin tinggi. Abu yang terkandung dalam biobriket berupa mineral yang tidak dapat terbakar yang tertinggal setelah proses pembakaran dan perubahan-perubahan atau reaksi-reaksi yang menyertai proses pembakaran. Kadar abu pada biobriket dipengaruhi oleh abu inherent dan abu extraneous yang terdapat pada bahan biobriket, khususnya pada batubara. Abu inherent merupakan abu yang berasal yang berhubungan dengan tumbuhan asal pembentukan batubara, abu ini tidak dapat dihilangkan atau dicuci. Sedangkan abu extraneous merupakan abu yang terdapat diantara lapisan batubara yang berupa batu pasir, lempung atau batu gamping. Kadar abu merupakan unsur pengotor sehingga kadar abu yang tinggi akan berpengaruh pada tingkat korosi alat-alat yang digunakan sehingga alat akan cepat rusak (Nukman, dkk., 2010).

IV.6 Analisa Kadar Zat Terbang

Gambar 4.5. Grafik antara kadar zat terbang (%) dan % komposisi batubara dalam biobriket commit to user



Analisis kadar zat terbang dilakukan untuk mengetahui bagian yang hilang menjadi gas atau uap pada saat proses pembakaran dengan suhu sebesar 900oC. Dari

gambar 4.5. dapat dijelaskan bahwa semakin banyak komposisi batubara yang digunakan pada campuran biobriket maka semakin tinggi kadar zat terbang biobriket yang dihasilkan. Kadar zat terbang yang tinggi disebabkan pada analisa awal kadar zat terbang briket batubara tanpa arang tempurung kelapa nilainya lebih tinggi yaitu 0,69x102 % jika dibandingkan dengan briket arang tempurung kelapa yaitu hanya 0,59x102%.

IV.7 Analisa Kadar Karbon Terikat

Gambar 4.6. Grafik antara kadar karbon terikat dan % komposisi batubara dalam biobriket Dari gambar 4.6. dapat dijelaskan bahwa semakin banyak komposisi batubara yang digunakan pada campuran biobriket maka semakin rendah kadar karbon terikat biobriket yang dihasilkan. Hal ini disebabkan pada analisa awal kadar karbon terikat briket batubara tanpa arang tempurung kelapa nilainya lebih commit to user



tinggi yaitu 31,2% jika dibandingkan dengan briket arang tempurung kelapa yaitu hanya 4,2%.

IV.8 Hubungan Nilai Kalor Pembakaran dengan Kadar Zat Terbang dan Kadar Karbon Terikat Kadar zat terbang dan kadar karbon terikat juga sangat berpengaruh pada kualitas biobriket yang dihasilkan. Dari hasil penelitian bahwa semakin tinggi kadar zat terbang meyebabkan nilai kalor pembakaran biobriket semakin rendah. Kadar zat terbang yang tinggi maka kadar karbon semakin rendah sehingga nilai kalor pembakaran yang dihasilkan semakin rendah. Semakin tinggi kadar karbon terikat, maka nilai kalor pembakaran biobriket semakin tinggi (Nukman, dkk., 2010). Tingginya kadar zat terbang dan rendahnya kadar karbon biobriket juga dikarenakan biobriket yang tidak melalui proses karbonisasi (Westra, 2001). Proses karbonisasi menyebabkan kadar zat terbang didalam biobriket menguap. Bahan yang mudah menguap antara lain berupa metan, hidrokarbon, hidrogen, karbonmonoksida, dan gas-gas yang tidak mudah terbakar seperti karbondioksida dan nitrogen. Tetapi sebaliknya, semakin tinggi kadar zat terbang pada biobriket lebih menguntungkan dalam hal mempermudah titik nyala pembakaran biobriket, karena zat terbang terdiri dari berbagai macam gas yang mudah terbakar, sehingga jika zat terbangnya rendah akan berakibat sulitnya biobriket untuk membara (Uzoma, dkk., 2010).

commit to user



BAB V PENUTUP

V.1. Simpulan Dari penelitiaan yang telah dilakukan dapat diambil simpulan, rasio campuran antara batubara dengan arang tempurung kelapa yang mempunyai nilai kalor pembakaran paling optimum dalam pembuatan biobriket pada penelitian ini adalah komposisi campuran biobriket dari batubara (10%) : arang tempurung kelapa (90%), dengan nilai kalor pembakaran biobriket paling tinggi yaitu (6,13±0,01)103Cal/gr. Nilai kadar air, kadar abu, kadar zat terbang dan kadar karbon terikat paling optimum dari setiap sampel biobriket pada penelitian ini adalah komposisi campuran biobriket dari batubara (10%) : arang tempurung kelapa (90%). Kadar air paling rendah yaitu (7,6±0,1)%, kadar abu paling rendah yaitu (3,2±0,1)%, kadar karbon terikat paling tinggi yaitu 28,1%, dan kadar zat terbang paling rendah yaitu (0,61±0,06)102%.

V.2. Saran Hal-hal yang perlu disarankan untuk penelitian selanjutnya adalah: 1. Penelitian lebih lanjut terkait penambahan bahan tertentu yaitu bahan yang mudah terbakar (seperti bahan pada korek api atau kembang api) pada biobriket untuk mempermudah dalam penyalaan awal pembakaran biobriket. 2. Pada saat pembuatan biobriket tidak perlu ditambahkan perekat pati kanji, karena air pada perekat pati kanji tersebut dapat berpengaruh mengurangi nilai kalor pembakaran biobriket. 3. Penambahan variasi komposisi campuran bahan biobriket.

commit to user

OPTIMASI NILAI KALOR PEMBAKARAN BIOBRIKET CAMPURAN

Recommend Documents