analisa karakteristik briket campuran arang...

Proseding Seminar Nasional Fisika dan Aplikasinya Sabtu, 19 November 2016 Bale Sawala Kampus Universitas Padjadjaran, Jatinangor

Kode Artikel: FE-03 ISSN: 2477-0477

ANALISA KARAKTERISTIK BRIKET CAMPURAN ARANG SEKAM PADI DAN ARANG TEMPURUNG KELAPA

DENGAN VARIASI KANJI

KHOIRIMA ULFI*, MARIAH KARTAWIDJAJA, SRI SURYANINGSIH

Ptodi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Padjadjaran

Jl. Raya Bandung-Sumedang Km 21, Jatinangor 45363

Abstrak. Sekam padi dan tempurung kelapa biasanya dibuang atau dibakar begitu saja. Padahal kedua bahan tersebut dapat ditingkatkan potensinya, yaitu dengan cara diarangkan dan digunakan sebagai bahan baku pembuatan biobriket. Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui energi kalor, mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi nilai energi kalor dan menentukan jenis briket yang memiliki energi kalor yang optimum dari briket campuran arang sekam padi dan arang tempurung kelapa. Tahapan penelitian yang dilakukan yaitu pengumpulan bahan, karbonisasi, pengecilan ukuran bahan, pembuatan briket dengan variabel tetap yaitu komposisi arang sekam padi : arang tempurung kelapa= 50:50 dan variabel bebas yaitu kadar kanji (4%,6%,8% dan 10%), pengepresan serta pengeringan briket dan uji karakteristik briket. Dari hasil penelitian semakin tinggi kadar air, kadar zat terbang dan kadar abu suatu briket akan membuat nilai energi kalornya rendah sedangkan semakin tinggi kadar karbon terikat nilai kalor akan semakin tinggi. Briket dengan energi kalor yang optimum yaitu 4966 kJ/kg memiliki kadar air 7.63%adb, kadar abu 20.21%adb, kadar zat terbang 23.12%adb dan kadar karbon terikat 49.04% adb.

Kata kunci : arang sekam padi, arang tempurung kelapa, kadar kanji, briket, kalor Abstract. Rice husks and coconut shells are usually thrown away or burned away. Though, the potency both of these materials can be enhanced by charred and used as a raw material for making bio-briquettes. This study was done experimentally with the aim is to determine the heat energy, knowing the factors that affect the value of heat energy and determine the type of briquette that have optimum heat energy from mixture of rice husk charcoal and coconut shell charcoal briquette. The study was carried out in several stages, namely collection of material, carbonization, size reduction, briquetting with fixed variables is the composition of rice husk: coconut shell charcoal = 50:50 and independent variables are starch concentration (4%, 6%, 8% and 10% ), pressing and drying the briquettes and test characteristics of briquettes. The results showed that the higher the water content, volatile matter content and ash content of briquette it will make a low calorific value of the briquette, while the higher levels of fixed carbon the calorific value of briquette will be higher. Briquettes with optimum heat energy is 4966 kJ / kg has water content of 7.63% adb, 20.21% adb ash content, volatile matter content of 23.12% adb and fixed carbon content 49.04% adb. Keywords : rice husk charcoal, coconut shell charcoal, starch consentration, briquettes, heat

* email : [email protected]

Khoirima Ulfi, dkk

38

1. Pendahuluan Kebutuhan akan energi sudah menjadi salah satu topik penting yang sering dibahas diseluruh dunia. Tiap tahunnya kebutuhan energi bertambah seiring dengan pertambahan populasi dan produktivitas manusia, terutama aktivitas yang menggunakan bahan bakar minyak yang diperoleh dari fosil. Sebagai contoh, total konsumsi energi final di negara-negara ASEAN masih didominasi oleh tingginya penggunaan BBM (Bahan Bakar Minyak) dengan pangsa pada tahun 2011 adalah sebesar 45% atau hampir setengah dari total konsumsi energi final [1]. Kebutuhan akan energi fosil ini tidak didukung oleh ketersediaannya di alam. Oleh karena itu dibutuhkan suatu energi alternatif yang dapat mengurangi penggunaan energi fosil atau bahkan menggantikan peran dari energi fosil ini. Salah satu jenis energi alternatif yang dapat digunakan adalah energi biomassa.

Biomassa adalah bahan yang dapat diperoleh dari tanaman baik secara langsung atau tidak langsung dan dimanfaatkan sebagai energi dalam jumlah yang besar [2]. Biomassa yang dijadikan sebagai energi alternatif harus lebih ramah lingkungan, mudah diperoleh dan dapat digunakan oleh masyarakat luas. Biomassa bisa didapatkan dari limbah pertanian, limbah industri, limbah rumah tangga, dll. Biasanya dalam rangka pemanfaatan sebagai sumber energi alternatif, terlebih dahulu limbah-limbah tersebut diubah menjadi briket [3].

Kriteria bahan yang dapat dijadikan suatu briket yang paling penting adalah bahan tersebut memiliki sifat termal tinggi dan memiliki emisi CO2 yang rendah [3]. Sekam padi dan tempurung kelapa adalah limbah biomassa yang memenuhi kriteria tersebut. Selain ketersediannya yang melimpah di alam, limbah tersebut juga memiliki nilai energi kalor yang cukup tinggi. Menurut penelitian, briket arang sekam padi dapat menghasilkan energi kalor berkisar 4000-4600 kJ/kg, sedangkan briket tempurung kelapa bisa menghasilkan energi kalor hingga 6500-7000 kJ/kg [3]. Dalam penelitian ini sekam padi terlebih dahulu di arangkan dengan tujuan agar kandungan air dalam sekam padi bisa berkurang atau hilang sehingga diharapkan akan menghasilkan nilai kalor yang lebih optimum lagi.

Produksi padi yang terus bertambah tiap tahun dan banyaknya industri kecil maupun rumah tangga yang menggunakan bahan dasar kelapa mengakibatkan limbah yang dihasilkan berupa sekam padi dan tempurung kelapa semakin banyak. Oleh karena itu dengan penggunaan limbah sekam padi dan tempurung kelapa sebagai bahan dasar pembuatan briket dapat mengatasi permasalahan limbah yang ada di masyarakat. Selain itu pemanfaatan limbah sekam padi dan tempurung kelapa sebagai bahan pembuatan briket dapat memperbaiki penampilan dan mutu dari limbah tersebut sehingga akan meningkatkan nilai ekonomisnya [3].

Perekat yang digunakan dalam pembuatan briket antara lain kanji, sagu, tanah liat, semen, natrium silikat dan tetes tebu [3]. Amilum atau dikenal juga dengan sebutan tepung kanji (cassava starch) digunakan sebagai bahan pengikat karena murah dan mudah di dapat. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan menunjukan bahwa perekat tepung kanji lebih baik daripada perekat tepung sagu karena perekat tepung kanji menghasilkan kalor yang tinggi dan cepat terbakar [4].

Analisa Karakteristik Briket Campuran Arang Sekam Padi dan .......

39

Briket yang dibuat harus memenuhi standar yang telah ditentukan. Sifat-sifat penting briket yang mempengaruhi kualitasnntya adalah sifat fisik dan sifat kimia seperti kadar air, kadar abu, kadar volatile matter, kadar fixed carbon dan nilai kalor [4]. Suatu briket diharapkan memiliki kadar air, kadar abu dan kadar volatile matter yang rendah, sedangkan nilai kalor dan kadar fixed carbon diharapkan setinggi mungkin, dengan begitu briket tersebut dapat dikatakan sebagai briket bermutu baik.

2. Metode Penelitian Metode penelitian terdiri dari tiga tahapan utama, di antaranya persiapan bahan briket, proses pembuatan briket dan uji karakteristik briket. 2.1 Persiapan Bahan Briket

Pada tahap penyediaan arang sekam padi, sebelum dilakukan proses karbonisasi, sekam padi terlebih dahulu di jemur selama 10-15 jam dengan tujuan menghilangkan kadar air yang ada pada sekam padi tersebut. Lama waktu penjemuran sekam padi tergantung dengan keadaan cuaca pada saat itu. Setelah di jemur, sekam padi dikarbonisasi. Arang tempurung kelapa yang digunakan adalah arang tempurung kelapa yang sudah berada di pasaran. Sebelum dibuat menjadi briket, kedua bahan tersebut dihaluskan hingga mencapai ukuran 120 mesh. 2.2 Proses Pembuatan Briket

Dalam pembuatan adonan briket dibutuhkan perbandingan antara bahan kering dan air supaya adonan briket yang dihasilkan tidak terlalu encer atau terlalu kering. Perbandingan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Air:Massa Bahan Total = 3:4. Massa bahan total terdiri dari massa kanji ditambah massa arang sekam padi dan massa termpurung kelapa. Massa kanji divariasikan, yaitu 4%, 6%, 8% dan 10% dari massa bahan total. Untuk komposisi bahan utama yaitu arang sekam padi:arang tempurung kelapa adalah (50:50). Adapaun perlakuan pada proses pencampuran dengan bahan perekat terdapat pada tabel 1.

Tabel 1. Perlakuan Proses Pencampuran dengan Bahan Perekat

Perlakuan

Massa Bahan Total (𝑚#.%&'#(*#+, +

𝑚#..&(*/0/12'&3#*# +𝑚'#14,)(gr)

Massa Arang

Sekam Padi (gr)

Massa Arang Tempurung Kelapa (gr)

Massa Kanji (gr)

Air (ml)

4%

80

38.4 38.4 3.2

60 6% 37.6 37.6 4.8 8% 36.8 36.8 6.4

10% 36 36 8 Proses pembuatan briket diawali dengan pembuatan lem kanji dengan cara melarutkan tepung kanji ke dalam air lalu dimasak hingga mengental. Lem kanji yang sudah terbentuk selanjutnya dicampur dengan serbuk arak dan di aduk hingga merata. Hasil adonan yang sudah merata dicetak menggunakan cetakan

Khoirima Ulfi, dkk

40

dengan ukuran diameter 2 cm dan dipadatkan/dipress dengan menggunakan mesin kompresi hidrolik. Besar tekanan yang diberikan adalah 3 ton. Briket yang sudah dicetak dikeringkan dalam oven dengan suhu 55°C selama 25 jam 30 menit. 2.3 Uji Karakteristik

a. Uji Proksimat

Terdiri dari uji kandungan air, uji kandungan volatile matter, uji kandungan Abu dan uji kandungan fixed carbon. Uji Kandungan Air (ASTM D.3137-11)

Uji kandungan air dilakukan dengan cara menimbang sampel ±1 gram dan meletakkan pada cawan. Lalu cawan dimasukkan ke dalam furnace yang telah dipanaskan hingga mencapai 100°C selama 1 jam. Cawan dikeluarkan dari furnace dan didinginkan. Lalu menimbang massa akhirnya. Prosedur tersebut diulang sebanyak dua kali. Persamaan yang digunakan untuk menghitung kadar air:

𝑴 % = 𝒎𝟐 ; 𝒎𝟑𝒎𝟐 ; 𝒎𝟏

×𝟏𝟎𝟎% (1)

dimana 𝑚@ adalah massa cawan ditambah massa sample sebelum dipanaskan (gr), 𝑚A adalah massa cawan ditambah massa sample setelah dipanaskan (gr), dan 𝑚B adalah massa cawan kosong (gr). Uji Kandungan Volatile Matter (ASTM D.3175-10)

Uji kandungan volatile matter dilakukan dengan cara menimbang sampel ±1 gram dan meletakkan pada cawan. Lalu cawan dimasukkan ke dalam furnace yang telah dipanaskan hingga mencapai 900°C selama 7 menit. Cawan dikeluarkan dari furnace dan didinginkan. Lalu menimbang massa akhirnya. Prosedur tersebut diulang sebanyak dua kali. Persamaan yang digunakan untuk menghitung kadar volatile matter:

𝑽𝑴 % = 𝒎𝟐 ; 𝒎𝟑𝒎𝟐 ; 𝒎𝟏

×𝟏𝟎𝟎% −𝑴(%) (2)

dimana 𝑚@ adalah massa cawan ditambah massa sample sebelum dipanaskan (gr), 𝑚A adalah massa cawan ditambah massa sample setelah dipanaskan (gr), dan 𝑚B adalah massa cawan kosong (gr). Uji Kandungan Abu (ASTM D.3174-12)

Uji kandungan abu dilakukan dengan cara menimbang sampel ±1 gram dan meletakkan pada cawan. Cawan dimasukkan ke dalam furnace bersuhu ruang ±27°C lalu dipanaskan hingga mencapai suhu 800°C . Proses ini memakan waktu selama ±3 jam. Cawan dikeluarkan dari furnace dan didinginkan. Lalu menimbang massa akhirnya. Prosedur tersebut diulang sebanyak dua kali. Persamaan yang digunakan untuk menghitung kadar abu:


41

𝑨𝑪 % = 𝒎𝟑 ; 𝒎𝟏

𝒎𝟐 ; 𝒎𝟏×𝟏𝟎𝟎% (3)

dimana 𝑚@ adalah massa cawan ditambah massa sample sebelum dipanaskan (gr), 𝑚A adalah massa cawan ditambah massa sample setelah dipanaskan (gr), dan 𝑚B adalah massa cawan kosong (gr). Uji Kandungan Fixed Carbon (ASTM D.2172-12)

Uji kandungan fixed carbon di tentukan dengan cara mengurangi 100% terhadap jumlah presen dari kandungan air, kandungan volatile matter dan kandungan abu. Persamaannya adalah:

𝑭𝑪 % = 𝟏𝟎𝟎% − 𝑽𝑴 % +𝑴 % + 𝑨𝑪 % (4) Uji Nilai Energi Kalor (ASTM D.5865-13)

Uji ini dilakukan di Lab. Batubara PUSLITBANG TekMIRA Bandung. Alat yang digunakan adalah kalorimeter bom yang terkoneksi dengan program komputer.

Gambar 1. Kalorimeter Bom Pertama sampel briket berbentuk silinder dihancurkan hingga menjadi serbuk berukuran 60 mesh. Selanjutnya sampel ditimbang ±1 gram kemudian dimasukkan ke dalam cawan dan cawan diletakkan pada kerangka bom. Sebelum diletakkan di dalam kalorimeter bom, terlebih dahulu dipasangkan filament pada kerangka bom yang diposisikan menyentuh sampel. Ini bertujuan agar sampel terbakar akibat filament yang panas terkena aliran arus listrik. Selanjutnya kerangka bom dimasukan ke dalam bom dan ditutup lalu diberi oksigen hingga tekanan dalam bom mencapai 400 psi. Bom diletakkan pada bucket yang berisi 2L air, setelah itu memasangkan ignition wires pada slot yang terdapat pada kerangka bom dan langkah terakhir mengeset parameter yang diperlukan untuk perhitungan. Lalu menekan tombol start dan menunggu ±10 menit hingga hasilnya keluar.

3. Hasil dan Pembahasan Uji Kandungan Air

Khoirima Ulfi, dkk

42

Dari gambar 2 terlihat semakin besar kadar kanjinya maka kadar air nya semakin tinggi. Tetapi nilai kandungan air pada sample 1B menurun lalu meningkat lagi pada sample 1C, ini disebabkan oleh proses pengepresan berulang yang dilakukan pada saat proses pencetakkan briket. Penambahan perekat yang semakin tinggi menyebabkan air yang terkandung dalam perekat akan masuk dan terikat dalam pori arang, selain itu penambahan perekat yang semakin tinggi akan menyebabkan briket mempunyai kerapatan yang semakin tinggi pula sehingga pori-pori briket semakin kecil dan pada saat dikeringkan air yang terperangkap di dalam pori briket sukar menguap [3].

Gambar 2. Grafik Kandungan Air Briket Campuran Arang Sekam Padi Dan Arang Tempurung

Kelapa

Kadar air yang dihasilkan dari penelitian ini memenuhi standar yang telah ditentukan oleh pemerintah dimana menurut Permen ESDM RI No. 047 Tahun 2006 yaitu kadar air maksimal yang boleh dimiliki briket arang adalah 20%. Uji Kandungan Volatile Matter

Gambar 3. Grafik Kandungan Volatile Matter Briket Campuran Arang Sekam Padi Dan Arang Tempurung Kelapa

21.70

23.12 23.4024.46

19.0020.0021.0022.0023.0024.0025.0026.0027.00

4% 6% 8% 10% KadarV

olatileMatter(%adb

)

KadarKanji

7.927.63

8.52 8.52

6.006.507.007.508.008.509.00

4% 6% 8% 10%

KadarA

ir(%

adb

)

KadarKanji


43

Dari grafik perbandingan kadar volatile matter terhadap kadar kanji telihat semakin besar kadar kanji semakin besar pula kadar volatile matternya. Artinya penambahan kadar kanji dapat membuat kadar volatile matter pada briket bertambah. Ini disebabkan oleh adanya zat-zat menguap yang dikandung oleh perekat, seperti CO, CO2, H2 dan CH4

[3]. Semakin tinggi kadar kanjinya jumlah zat-zat tersebut pun semakin bertambah. Kadar volatile matter yang dihasilkan dari penelitian ini tidak memenuhi standar yang telah ditentukan oleh pemerintah dimana menurut Permen ESDM RI No. 047 Tahun 2006 yaitu kadar volatile matter maksimal yang boleh dimiliki briket arang adalah 15%. Uji Kandungan Abu

Gambar 4. Grafik Kandungan Abu Briket Campuran Arang Sekam Padi Dan Arang Tempurung Kelapa

Kadar abu ini sangat berpengaruh terhadap kualitas briket yang dibuat. Semakin tinggi kadar abu yang dimiliki briket kalor yang dihasilkan pun akan semakin rendah [3]. Gambar 4 menunjukkan penambahan kadar kanji mengakibatkan penurunan kadar abu. Menurut hasil penelitian yang sudah dilakukan oleh Maryono pada tahun 2013, penambahan kadar kanji menyebabkan bertambahnya kadar abu, karena penambahan kadar kanji akan mengakibatkan penambahan jumlah zar anorganik pada briket, seperti silika, Fe, MgO, dan Fe2O3 [3]. Sehingga dapat dikatakan bahwa pada penelitian ini tidak membuktikan hasil penelitian yang sudah dilakukan tersebut yang mengatakan bahwa semakin tinggi kadar kanji akan mengakibatkan semakin tingginya kadar abu yang dihasilkan. Perlu dilakukan penelitian ulang terhadap uji kandungan abu ini. Kadar abu yang dihasilkan dari penelitian ini tidak memenuhi standar yang telah ditentukan oleh pemerintah dimana menurut Permen ESDM RI No. 047 Tahun 2006 yaitu kadar abu maksimal yang boleh dimiliki briket arang adalah < 5%.

20.75 20.21 20.16 19.92

19.0021.0023.0025.0027.0029.0031.00

4% 6% 8% 10%

KadarA

bu(%

adb

)

KadarKanji

Khoirima Ulfi, dkk

44

Uji Kandungan Fixed Carbon

Gambar 5. Grafik Kandungan Fixed Carbon Briket Campuran Arang Sekam Padi Dan Arang Tempurung Kelapa

Dari grafik perbandingan kadar fixed carbon terhadap variasi kanji dapat disimpulkan semakin besar kadar kanjinya semakin kecil kandungan karbon terikat yang terdapat pada briket tersebut. Ini karena semakin besar kadar kanjinya semakin tinggi kadar airnya. Kadar karbonnya akan rendah jika kadar airnya semakin tinggi [3]. Salah satu karakteristik briket yang baik adalah memiliki nilai fixed carbon yang tinggi, karena senyawa karbon ini lah yang jika dibakar akan menghasilkan panas/kalor. Kadar fixed carbon yang dihasilkan dari penelitian ini tidak memenuhi Standar Nasional Indonesia (SNI) No. 1/6235/2000 yaitu briket harus mempunyai kadar fixed carbon minimal 77 %. Uji Kandungan Energi Kalor

Gambar 5. Grafik Kandungan Energi Kalor Briket Campuran Arang Sekam Padi Dan Arang Tempurung Kelapa

49.63 49.0447.92 47.10

36.0038.0040.0042.0044.0046.0048.0050.0052.00

4% 6% 8% 10% KadarFixedCarbo

n(%

adb

)

KadarKanji

4955 4966 4886 4860

4000

4200

4400

4600

4800

5000

4% 6% 8% 10% Nilaiene

rgikalor(cal/g)

KadarKanji


45

Dari grafik di atas dapat terlihat bahwa penambahan kadar kanji akan menyebabkan menurunnya nilai energi kalor. Ini disebabkan oleh semakin tingginya kadar air yang ada pada briket seiring dengan pertambahan kadar kanji, sehingga panas yang dihasilkan terlebih dahulu digunakan untuk menguapkan air dalam briket. Kandungan energi kalor yang dihasilkan dari penelitian ini memenuhi standar yang telah ditentukan oleh pemerintah dimana menurut Permen ESDM RI No. 047 Tahun 2006 yaitu kandungan energi kalor minimal yang boleh dimiliki briket arang adalah 4000 cal/g

4. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa kandungan energi kalor yang paling optimum dimiliki oleh briket dengan kadar kanji 6% yaitu sebesar 4966 cal/g, sedangkan yang minimum dimiliki briket dengan kadar kanji 10% yaitu 4860 cal/g.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kandungan nilai energi kalor dari sebuah briket adalah kadar air, kadar volatile matter, kadar abu dan kadar fixed carbon yang masing-masing faktor ini juga di pengaruhi oleh pengkondisian yang dilakukan selama penelitian, seperti kadar kanji yang diberikan dan lama proses karbonisasi.

Ucapan terima kasih Penulis mengucapkan terimakasih kepada dosen-dosen Jurusan Fisika dan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjadjaran yang telah memeberikan dukungan finansial dan meluangkan untuk berdiskusi dengan penulis untuk keberlangsungan penelitian ini.

Daftar Pustaka 1. Farida Zed, dkk, Dewan Energi Nasional Republik Indonesia-Outlook Energi

Indonesia 2014, Desember 2014.

2. Shinya Yokoyama (ed.), Panduan untuk Produksi dan Pemanfaatan Biomassa, Januari 2008.

3. Maryono, Sudding dan Rahmawati, Jurnal Chemica Vol. 14, 74-83, Juni 2013

4. Jalal Rosyidi Soelaiman, Perbandingan Karakteristik antara Briket-Briket Berbahan Dasar Sekam Padi sebagai Energi Terbarukan, Skripsi Jurusan Fisika FMIPA Universitas Jember, April 2013.

analisa karakteristik briket campuran arang...

Documents