analisis sifat fisik dan kimia bahan bakar briket …eprints.ums.ac.id/66663/14/naskah...
TRANSCRIPT
ANALISIS SIFAT FISIK DAN KIMIA BAHAN BAKAR BRIKET JERAMI
PADI SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh:
ANA TRI PRASETYO
D 200 140 003
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2018
,s.dutr'I I'IS'olu8lllil\
Emqurrqurs4
uesoo
:qsp 1[np {nrun Infnps[p uup usryuedp qEeI
mtimzEffi
:qelo
HYIRITI ISY'TITflNd
.{IIYNUflITY ICUflNfl UtrflI,{NS tVCYflf,S IOY{ rR[YUflfTDTIUfl UY)TYfl TfiTHYfl YIn[DT NYO XISIf, IY.ilS SISITYNY
NYOfIlIflSUgd NVITYIYE
,: il :l
flh.n
'us{eC
(1[nEue4 ut,rreg I ap88uy)
';trft tS'o1ur,$qps upry .g
(1fn8ue4 rrurreq I Bfoff uy)
'Iru 615 (ouo;ru4 ButBd.Z
[[n8ue6 uri$eq unpy)
'r5'Errfl?tl .;g .opqft1tr .1
:g[n8ua6 uuiaeg
1elu,(s 1qrtrerueu qBlel urtlulu,tulp urpgI0Z snt$nEy g lumnf IrBq BpBd
cUBrIBrnS qu,{pruuuqnl^i srllsJe^lun{Iu{el sBtln{Bf,
;[nEue6 uB,rle( uedep Ip uu{uuqqredlp TIBIoI
f00 0?I 002 (I
OAIf,SVUd IUI YNV
nf,To
.{IIYNUflITY ICUflNtr Uf,flI{rrs IYCYUf,S IOYd IIAN/UflfIDTIUfl UYXYg I{YIIYfl YINMT NYO XISI.{ IYf,IS SISITV}SY
(""""""""""'.'.)
NYHYS fl ENf, d NY}riY,TrrE
€00 0?r 002(Iffi
wsllnuad
gl0z snNn8v ?|Ju{ams
'efmpuedas uopemeElun8tuqrsd r.,(rs u- u:pul 'szts rp &(us ueuledtued urutep rruruueel€ppe{ €pts 1p1nqret {Ee{ upqedy
us{$qes,o u"p rln,t$su rrrsl'p nc?lp s{qrel ar,ces Ipoca{ .orrr rm
s{qrp qsured Eue[ pdspued nup ufrer1pdupre11ep4 uEnf u,{us uenqqeguedfuCnup fEull usrun8red nlnns Ip uueuufreseq releE qeloraduew {n$n uuqntup qwndftltedlg:t t'odzprel rypp lul I{?Iu{l Is?{llqnd ruqsp ur,rtl"q urqupdueru edes ro, ueao
NYYIYANUf,d
1
ANALISIS SIFAT FISIK DAN KIMIA BAHAN BAKAR BRIKET JERAMI PADI SEBAGAI SUMBER ENERGI ALTERNATIF
Abstrak
Penelitian ini bermaksud untuk mengetahui kandungan briket jerami dengan variasi
bahan pengikat ketika dilakukan pengujian proximate, mengetahui rapat massa dan Berat
Jenis, dan mengetahui nilai kalor yang terkandung dalam briket. Bahan utama dalam
penelitian ini adalah jerami dengan ukuran mesh 20. Bahan pengikat yang digunakan
adalah tar tempurung kelapa, kanji, dan oli. Berat briket dengan campuran bahan pengikat
adalah 120 gram. Pencetakan briket menggunakan tekanan sebesar 100 kg/cm2 .
Perbandingan jemari dengan bahan pengikat dalam penelitian ini 1:1. Dalam pengujian
briket jerami yang dilakukan meliputi pengujian kadar abu yang mengikuti standar
ASTM D-3174, kadar air dengan standar ASTM D-3175, volatile matter dengan standar
ASTM D-3175, fixed carbon dengan standar ASTM D-3172, spesific gravity standar
ASTM D-2395, rapat massa, dan nilai kalor dengan menggunakan standar ASTM D-
2015. Bahan pengikat oli mendominasi nilai tertinggi dalam beberapa pengujian
diantaranya nilai kadar abu 18,45%, volatile matter 72,77%, kadar air 7,82%, spesific
gravity 0,74, rapat massa 0,62 gr/cm3 ,dan nilai kalor 6361,543 kal/gram. Namun dalam
pengujian karbon terikat nilai tertinggi didapatkan 18,39% pada bahan pengikat tar.
Kata Kunci : Briket, Jerami, Analisis Proximate, Spesific Gravity, Rapat Massa, Nilai
Kalor
Abstract
The aim of this research are to study the content of briquettes of straw with variation of
binder when tested proximate, to know mass density and specific gravity, and to know
the calorific value contained in briquettes. The main ingredients in this research are straw
with mesh size 20. The binding materials used are coconut shell tar, starch, and oil. The
weight of the briquette with the binder mixture is 120 grams. Bricket printing using
pressure of 100 kg /cm2. Comparison of fingers with binder in this study 1: 1. In testing
of the straw briquettes, it was carried out that included ASTM D-3174 as ASTM D-3175,
ASTM D-3175 standard, volatile matter with ASTM D-3175 standard, fixed carbon with
ASTM D-3172 standard specificity standard ASTM D-2395, mass meetings, and heating
value using ASTM D-2015 standards. The oil binder material dominates the highest
values in some test such as ash content of 18.45%, volatile matter 72.77%, water content
7.82%, specificity gravity 0.74, 0.62 gr/cm3 mass density, and value caloric 6361,543
cal/gram. However, in the test the highest bound carbon value obtained 18.39% in tar
binder.
Keywords: Briquette, Straw, Proximate Analysis, Specific Gravity, Mass Meeting, Heat
Value
2
1. PENDAHULUAN
Dewasa ini tingkat pemakaian bahan bakar terutama bahan bakar fosil di Indonesia
semakin meningkat seiring dengan semakin bertambahnya populasi manusia,
meningkatnya laju industri dan teknologi. Hal tersebut menimbulkan kekhawatiran akan
terjadinya krisis bahan bakar, disamping itu tingkat kesadaran manusia akan penggunaan
bahan bakar yang bersih dan ramah lingkungan semakin meningkat. Beberapa jenis
energi yang dapat dimanfaatkan antara lain energi matahari, energi angin, dan energi
biomasa. Berdasarkan data di Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM),
potensi biomasa Indonesia dapat dikonversi menjadi listrik sebesar 49810 MW sementara
yang baru dimanfaatkan sekitar 1618,40 MW atau kurang dari 4% (Indonesia Energy
Outlook, 2015).
Jerami padi merupakan salah satu limbah pertanian yang paling banyak tersedia di
Indonesia. Berdasarkan data Badan Pusat Statistik (2014) dalam Puspa (2014), produksi
padi di Indonesia pada tahun 2014 sebesar 70,83 juta ton gabah kering giling (GKG),
sedangkan produksi jerami padi yang dihasilkan dapat mencapai 50% dari produksi gabah
kering panen atau sekitar 35,46 juta ton. Namun, pemanfaatan jerami padi oleh petani
masih rendah.
Tujuan Penelitian Mengetahui kandungan abu, volatile matter, fixed carbon briket
jerami dilihat dari pengujian proximate kadar air, berat jenis atau spesific gravity, rapat
massa, nilai kalor dari briket jerami.
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen. Pada
penelitian ini menggunakan limbah jerami padi. Bahan ini dipilih sebagai bahan pembuat
briket karena dapat mengurangi limbah jerami padi yang sudah tidak digunakan lagi
hingga tidak mencemari lingkungan. Bahan jerami padi akan dihaluskan dengan proses
crushing dan penyaringan menggunakan ukuran mesh 20. Bahan ini akan dicampur
menggunakan 3 jenis perekat briket yaitu tar tempurung kelapa, kanji, dan oli atau grece.
Briket akan dicetak menggunakan alat pencetak briket hidraulik dengan tekanan 100
kg/cm2 dengan perbandingan mesh jerami dan perekat 1:1.
Adinda mutiara (2015), menguji limbah jerami dengan ukuran 40 mesh dan 80
mesh, dengan campuran perekat kanji 2%, 4%, dan 6% dan tekanan 20 ton. Menghasilkan
kadar arang 0,0084%, kadar abu 6,705%, kadar zat yang menguap 3,330%, kadar karbon
3
terikat 89,960% dengan rapat massa 0,202 g/cm3 , keteguhan tekan 91,561 kg/cm2 , dan
nilai kalor bakar 5041,3 kal/g.
Subroto dan Wijianto (2012), menjelaskan penggunaan tar sebagai perekat briket
kokas lokal, bahan yang digunakan adalah batubara, sekam padi, grajen glugu dan grajen
kayu mahoni. Bahan tersebut kemudian dimasukkan dalam tungku karbonisasi dengan
termperatur 300°C selama 30 menit dengan heating rate 10°C/menit. Asap yang terbentuk
kemudian dikondensasi menjadi cairan. Kemudian cairan tersebut digunakan untuk
membuat briket. Dengan hasil penelitian tar grajen kayu mahoni lebih memiliki
ketahanan tekan dan panjang penekanan yang lebih besar namun memiliki impack yang
rendah.
Wijianto et all (2015), menjelaskan karakteristik briket kokas lokal dengan variasi
jenis perekat, bahan yang digunakan adalah batubara, sekam padi, grajen glugu dan grajen
kayu mahoni. Bahan tersebut kemudian dimasukkan dalam tungku karbonisasi dengan
termperatur 300°C selama 30 menit dengan heating rate 10°C/menit. Asap yang terbentuk
kemudian dikondensasi menjadi cairan. Kemudian cairan tersebut digunakan untuk
membuat briket. Dengan hasil penelitian tar grajen kayu mahoni lebih memiliki
ketahanan tekan dan panjang penekanan yang lebih besar namun memiliki impack yang
rendah. Ponggak Jittabut (2015), melakukan penelitian briket jerami dengan molase
sebagai bahan pengikat. Melalui analisis proximate dan ultimate diperoleh nilai sebagai
berikut fixed karbon adalah 9,06-13,63%, volatile matter 68,14-74,67%, ash 7,84-
12,85%, dan moisture content 4,2-6,2%. Hasil dari analisis ultimate menunjukan bahwa
kandungan C, H, O, N, S, adalah sebagai berikut; 38,6-43,2%, 5,4-6,2%, 34,5-36,4%,
0,27-0,44%, 0,02-0,04%. Heating value berkisar dari 16,3-17,83 MJ/kg. Nilai density
berkisar 0,53-0,58 kg/m3, kekuatan tekan dikisaran 42,4-44,7 kg/cm2 .
Briket termasuk bahan bakar padat yang memiliki tahapan pembakaran,
pengeringan, devolatisasi, pembakaran arang. Faktor yang mempengaruhi pembakaran
bahan bakar padat ialah ukuran partikel, kecepatan aliran udara, jenis bahan bakar dan
temperatur udara pembakaran. Terdapat beberapa hal yang akan mempengaruhi kualitas
briket, yaitu secara fisik dan secara kimia. Secara fisik briket dipengaruhi oleh kuat tekan
briket, lama penyalaan briket, berat jenis sedangkan secara kimia briket akan dipengaruhi
oleh kadar air, kadar abu, kandungan zat menguap, kandungan karbon tertambat, nilai
kalor.
4
2. METODE
Alat dan bahan
1) Alat pencetak briket
2) Neraca
3) Bahan perekat (tar tempurung kelapa, kanji pati, oli atau grece)
4) Jerami padi dengan mesh 20
5) Alat pengayak dengan ukuran mesh 20
6) Stopwatch
7) termometer
8) Furnace untuk melakukan pengujian proximate
9) Bom kalorimeter
10) Air hangat
11) Ember plastik
12) Jangka sorong
5
Diagram Alir Penelitian
Tahap Studi Literatur
Tahap Persiapan
Perancangan dan Pembuatan Alat
Mulai
Meshing Limbah Jerami Dengan Ukuran 20 Mesh
Kanji Pati Tar Tempurung Kelapa Grece
Pencampuran Bahan Pengikat dan Mesh Jerami
Pengujian Proximate, Nilai Kadar Air, Nilai Kalor, Spesific
Gravity dan Rapat Massa
Pencetakan Briket
Selesai
Pengepresan Briket
Pengeringan Briket
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
a) Hasil Pengujian Kadar Abu Briket
Jenis bahan baku briket dan bahan pengikat sangat berpengaruh terhadap tinggi dan
rendahnya kadar abu. Hal tersebut disebabkan karena setiap bahan memiliki unsur kimia
dan jumlah mineral yang berbeda-beda sehingga mengakibatkan kadar abu dalam briket
juga akan berbeda. Nilai kadar abu tertinggi adalah 18,45 % dengan bahan pengikat oli,
6
dan nilai terendah kadar abu adalah 16,98% dengan bahan pengikat kanji. Hasil pengujian
kadar abu dapat dilhat pada gambar 2.
Gambar 2. Diagram Pengujian Kadar Abu Briket Jerami Padi
b) Hasil Pengujian Volatile matter
Pada pengujian volatile matter (kadar zat yang menguap) yang tertinggi didapatkan pada
briket jerami dengan bahan pengikat oli yaitu 72,77% dan yang terendah diperoleh
58,47% pada briket jerami padi dengan pengikat tar. Zat yang menguap dalam briket
terdiri dari unsur, hidrokarbon, metana (CH4), karbon monoksida. Adanya unsur
hidrobarbon akan memudahkan terbakarnya briket. Sehingga semakin tinggi nilai zat
yang menguap maka semakin cepat briket terbakar sehingga laju pembakaran juga akan
semakin cepat. Untuk hasil pengujian kadar zat mudah menguap dapat dilihat pada
gambar 3.
Gambar 3. Diagram Pengujian Volatile Matter Briket Jerami Padi
18,14
18,45
16,98
16,00
16,50
17,00
17,50
18,00
18,50
19,00
Tar Oli Kanji
Kad
ar A
bu (
%)
Persentase Kadar Abu Berbagai Jenis Perekat
58,47
72,77
65,80
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
Tar Oli Kanji
Vo
lati
le M
att
er(%
)
Persentase Volatile Matter Berbagai Jenis Perekat
7
c) Hasil Pengujian Kadar Air Briket
Kadar air tertinggi sebesar 7,82% dengan bahan pengikat oli, sedangkan untuk kadar air
terendah didapatkan pada briket jerami dengan bahan pengikat tar dengan nilai 5,37%.
Kadar air yang tinggi disebabkan bahan baku briket yang memiliki rapat massa rendah
sehingga dapat lebih mudah menyerap air atau udara lembab disekitar. Kemampuan
menyerap air dipengaruhi juga oleh luas permukaan dan pori-pori briket. Pori-pori yang
besar pada briket akan mempercepat briket menyerap udara lembab disektiranya. Kadar
air yang tinggi akan menurunkan nilai kalor dari briket, karena nilai kalor dari briket akan
digunakan untuk menguapkan air yang terkandung didalamnya. Briket yang mengandung
kadar air yang tinggi akan sulit untuk penyalaan awal, mudah ditumbuhi jamur dan mudah
hancur. Untuk lebih jelasnya pengujian kadar air dapat dilihat pada gambar 4.
Gambar 4. Diagram Pengujian Kadar Air Briket Jerami Padi
d) Hasil Pengukuran Karbon Terikat
Berdasakan hasil penelitan karbon terikat tertingi 18,39% dengan bahan pengikat tar,
kemudian yang terendah adalah 0,97% dengan bahan pengikat oli. Dan hasil pengujian
dapat dilihat pada gambar 5.
5,00
7,82
5,37
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
Tar Oli Kanji
Kad
ar A
ir (
%)
Persentase Kadar Air Berbagai Jenis Perekat
8
Gambar 5. Diagram Pengujian Karbon Terikat Briket Jerami Padi
e) Hasil Pengujian Rapat Massa
Nilai rapat massa yang dhasilkan berisar antara 0,4 g/cm3 – 0,7 g/cm3. Nilai Rapat Massa
dipengaruhi berdasarkan besar kecilnya ukuran dan homogenan dalam penyusunan
briket. Hasil pengujian dapat dilihat pada gambar 6 sebagai berikut.
Gambar 6. Diagram Pengujian Rapat Massa Briket Jerami Padi
f) Hasil Pengujian Spesific Gravity
Spesific Gravity merupakan perbandingan relatif antara massa jenis briket jerami dengan
massa jenis air murni. Nilai yang didapatkan dalam pengujian berat jenis adalah berkisar
antara 0,66-0,74. Hasil pengujian nilai spesific gravity dapat dilihat pada gambar 7.
18,39
0,97
11,85
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
20,00
Tar Oli Kanji
Kar
bo
n T
erik
at (
%)
Persentase Karbon Terikat Berbagai Jenis Perekat
0,43
0,62
0,48
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
Tar Oli Kanji
Rap
at M
assa
(g/
cm3 )
Nilai Rapat Massa Berbagai Jenis Perekat
9
Gambar 7. Diagram Pengujian Spesific Gravity
g) Hasil Pengujian Nilai Kalor
Nilai kalor akan sangat menentukan kualitas dari briket. Semakin rendah nilai kalor maka
semakin rendah kualitas briket. Dan tinggi rendahnya nilai kalor dipengaruhi oleh bahan
penyusun briket. Berdasarkan hasil penelitian nilai kalor yang tertinggi didapatkan oleh
briket dengan bahan pengikat oli dengan nilai adalah 6361,543 Kal/gram dan yang
terendah adalah 3558,34 Kal/gram Hasil pengujian nilai kalor dapat dilihat pada gambar
8 sebagai berikut.
Gambar 8. Diagram Pengujian Niai Kalor Briket Jeram Padi
0,72
0,74
0,66
0,62
0,64
0,66
0,68
0,70
0,72
0,74
0,76
Tar Oli Kanji
Spes
ific
Gra
vity
Nilai Spesific Gravity Berbagai Jenis Perekat
4868,708
6361,543
3558,34
0,000
1000,000
2000,000
3000,000
4000,000
5000,000
6000,000
7000,000
Tar Oli Kanji
Nila
i Kal
or
(Kal
/gra
m)
Nilai Kalor
10
4. KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Setelah melakukan pengujian, analisa dan pembahasan pada briket jerami dengan bahan
pengikat tar, kanji dan oli maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1) Pada saat pengujian proximate didapatkan nilai kadar abu yang didapatkan hasil
tertinggi adalah 18,45% dengan bahan pengikat oli dan yang terendah 16,98%
dengan bahan pengikat kanji, selanjutnya pada pengujian kadar zat yang menguap
didapatkan hasil yang tertinggi pada oli dengan nilai 72,77% dan yang terendah
adalah 58,47%, pengujian karbon terikat didapatkan nilai terendah 0,97% pada bahan
perekat oli.
2) Hasil pengujian kadar air didapatkan nilai kadar air tertinggi 7,82% pada bahan
pengikat oli, dan kadar air terendah pada tar dengan nilai 5,37%.
3) Hasil pengujian spesific gravity tertinggi didapatkan 0,74 dengan bahan pengikat oli,
sedangkan nilai rapat massa tertinggi didapatkan 0,62 gr/cm3
4) Nilai kalor terbaik didapatkan pada oli dengan 6361,543 kal/gr
Saran
1) Untuk pembuatan briket dengan bahan baku yang sama dengan penelitian ini
sebaiknya menggunakan tekanan pengepresan yang lebih besar dari 10 kg/cm2
2) Kadar abu yang dihasilkan produk masih tinggi, sehingga perlu dilakukan penelitian
lanjutan untuk mengatasinya
3) Diperlukan penelitian lanjutan mengenai bahan perekat yang akan digunakan
sehingga lebih memudahkan untuk memilih bahan perekat
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. (2015). Outlook Energi Indonesia 2015. Jakarta Selatan.
Jittabut, Pongsak. (2015). Physical and thermal properties of briquetting fuels from rice
straw and sugarcane leaves by mixing molasses. Nakhon ratchasima rajabhat
University.
Mutiara, Adinda. (2015). Pemanfaatan Limbah Jerami Padi untuk Briket dan Biopelet.
Institut Pertanian Bogor.
Puspa, Dilia. (2014). Pemanfaatan Limbah Ampas dan Tempurung Kelapa Menjadi
Biobriket Dengan Variasi Komposisi Bahan Baku. Politeknik Negeri Sriwijaya
Subroto dan Wijianto. (2012). Study Alternatif Penggunaan Tar Sebagai Perekat Briket
Kokas Lokal. Universitas Muhammadiyah Surakarta
Wijianto. Subroto. dan Sarjito. (2015). Karakteristik Mekanik Briket Kokas Lokal Dengan
Variasi Jenis Perekat. Universitas Muhammadiyah Surakarta.