4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

1.1 Pengertian Pelet Serbuk Kayu Jati

Pelet serbuk kayu merupakan partikel kayu yang dipadatkan yang digunakan

sebagai bahan bakar, dan dapat menyala dalam waktu yang lama. Pelet tersebut

merupakan bahan bakar alternatif untuk rumah tangga, sebagai pengganti energi

bahan bakar minyak. Dengan menggunakan biomassa maka akan terjadi

penghematan biaya bahan bakar.

Pelet serbuk kayu merupakan sisa-sisa kayu atau bagian kayu yang dianggap

tidak bernilai ekonomi lagi dalam proses tertentu, pada waktu tertentu dan tempat

tertentu yang mungkin masih dimanfaatkan pada proses dan waktu yang berbeda.

Sangat disayangkan limbah seperti itu tidak dimanfaatkan, padahal limbah tersebut

bisa didaur ulang yaitu dengan cara mengumpulkan serbuk lalu campur dengan

campuran yang sifatnya merekatkatkan contohnyanya lem, setelah dicampur maka

serbuk siap di press menggunakan mesin untuk dijadikan pelet

1.1.1 Bahan Campuran Pembuatan Pelet Serbuk Kayu

Untuk pembuatan pelet dari bahan serbuk kayu, di perlukan sebuah campuran

untuk merekatkan bahan ketika di press menggunakan alat. Bahan utama yang

digunakan yaitu tepung topioka, kenapa tidak menggunakan tepung yang lain saja,

misalnya tepung terigu atau tepung sagu, karena tepung topioka sangat memberikan

pengaruh terutama untuk merekatkan bahan campuran pelet, di banding dengan

tepung yang lain tidak terlalu kuat untuk proses perekatan.

Pada pembuatan pelet terdapat beberapa faktor yang perlu diperhatikan agar

diperoleh pelet yang memiliki kualitas baik. Penggunaan perekat dan tekanan sangat

mempengaruhi kualitas pelet yang dihasilkan (Syachri,1983dalam Purba, 2012).

Oleh sebab itu, pada percobaan pembuatan pelet ini kami menggunakan tepung

tapioka sebagai bahan perekat. Tepung tapioka merupakan salah satu jenis perekat

5

yang dapat digunakan dalam pembuatan pelet. Perekat tepung topioka ini digunakan

karena harga relatif murah, mudah dalam penanganan, dan relatif kuat. Clark dan

Hawley (1996) dalam Rakhmat (2013) menyatakan bahwa tepung topioka

mengandung komponen piridine dan asam anhidrid yang bersifat sangat menyerap

air. Kadar perekat dalam pelet tidak boleh terlalu tinggi karena dapat mengakibatkan

penurunan mutu pelet dan menimbulkan banyak asap (Sumangat dan Broto, 2008).

Batas minimal persentase bahan baku perekat dalam pembuatan pelet serbuk kayu

adalah 4%. Adapun jumlah perekat yang digunakan pada kali ini adalah 1:4 dari

bahan serbuk kayu.

Tabel 2.1 Komposisi Ubi Kayu dan Tepung Ubi Kayu (Tepung Tapioka)

(Sumber : a.Kay, 1973, b,Deprin, 1989 (dalam Hambali, Erliza, dkk, 2007))

1.1.2 Langkah Pembuatan

Pembuatan Pelet Serbuk Kayu Jati Langkah pertama dalam penelitian ini adalah

tahap pembuatan pelet. Pelet dibuat dengan serbuk kayu jati dan campuran perekat

yaitu tepung topioka. Pembuatan pelet dilakukan di Lab. PP Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Malang. Kadar air kayu jati terlebih dahulu dianalisis

sebelum dilakukan pembuatan pelet. Kadar air bahan yang diperoleh dapat dilihat

pada di bawah ini :

Jenis Bahan Kadar Air

Kayu Jati 103,97%

6

Tabel 2.2 Kadar Air Menurut Panshin dan de Zeeuw (1980); Tsoumis (1991);

Bowyer et al. (2003).

Proses yang dilakukan dalam pembuatan Pelet, yaitu :

1. Penyiapan Bahan Baku

Bahan baku yang disiapkan adalah Serbuk kayu jati . Bahan dijemur di

bawah sinar matahari, setelah cukup kering serbuk kayu diayak menggunakan

saringan / ayakan untuk memisahkan antara ukuran ukuran halus, medium,

dan kasar. Bahan baku pembuatan pelet dapat dilihat pada gambar dibawah.

Gambar 2.1 Serbuk yang sudah diayak

2. Pemisahan Serbuk Kayu Jati

Alat yang disediakan untuk pengayakan bahan serbuk kayu adalah ayakan

kecil yang biasanya sering digunakan untuk mengayak pupuk yang berukuran

6,12 dan 18 mesh.

Gambar 2.2 Ayakan Serbuk Kayu

3. Pembuatan Campuran Pelet

7

Tepung kanji yang sudah ada dimasukkan kedalam wadah, setelah itu

masukkan air sesuai dengan takaran, aduk sampai rata, lalu dimasak

menggunakan wajan panas, saat didalam wajan aduklah terus menerus sampai

air mongering dan tepung kanji membentuk lem. Tepung kanji bisa dilihat

pada gambar dibawah.

Gambar 2.3 Lem Tepung Kanji

4. Pengadukan antara serbuk kayu dan lem

Bahan baku dan campuran perekat sudah ditimbang dimasukkan kedalam

mixer untuk proses pengadukan, setelah bahan baku rata maka tungakan

bahan baku dari mixer ketakaran. Untuk proses pengadukan bisa dilihat pada

gambar dibawah.

Gambar 2.4 Mixer Pengaduk Bahan Baku

5. Pencetakan Pelet

8

Bahan yang sudah ditakar langsung dimasukkan kedalam tabung cetakan

untuk proses pengepressan pelet. Pengepressan pelet bisa dilihat pada gambar

dibawah

Gambar 2.5 Pengepressan pelet.

1.2 Pengertian Kayu

Kayu merupakan hasil hutan dari sumber kekayaan alam dan bahan mentah

yang mudah diproses untuk dijadikan barang sesuai kemajuan teknologi. Kayu

memiliki beberapa sifat sekaligus yang tidak dapat ditiru oleh bahan-bahan lain.

Pengertian kayu disini adalah bagian batang atau cabang serta ranting tumbuhan yang

mengeras karena mengalami lignifikasi (pengayuan). Kayu digunakan untuk berbagai

keperluan, mulai dari memasak, membuat perabot (meja, kursi), bahan bangunan

(pintu, jendela, rangka atap), bahan kertas, dan banyak lagi.

9

Gambar 2.6 Kayu Jati

Iklim yang cocok adalah yang memiliki musim kering yang nyata, namun

tidak terlalu panjang, dengan curah hujan antara 1200-3000 mm pertahun dengan

intensitas cahaya yang cukup tinggi sepanjang tahun. Ketinggian tempat yang optimal

adalah antara 0-700 m dpl, meski jati bisa tumbuh hingga 1300 m dpl. Jati sering

terlihat seperti hutan sejenis, yaitu hutan yang seakan-akan hanya terdiri dari satu

jenis pohon.

Tabel 2.3 sifat-sifat kayu jati

Tabel 2.1.1 Sifat-Sifat Kayu Jati

No Sifat Satuan Nilai

1 Berat Jenis 𝐾𝑔/𝑚3 0,62-0,75(rata-rata 0,67)

2 Kadar Selulosa % 47,5

3 Kadar Lignin % 29,9

4 Modulus Elastis 𝐾𝑔/𝑚𝑚3 127700

5 Kadar Pentosa % 14,4

6 Kadar Abu % 1,4

7 Kadar Silika % 0,4

8 Serabut % 66,3

9 Kelarutan dalam Alcohol Benzena % 4,6

10 Kelarutan dalam Air Dingin % 1,2

11 Kelarutan dalam Air Panas % 11,1

12 Kelarutan dalam NaOH 1% % 19,8

13 Kadar Air Saat Titik Jenuh Serat % 28

14 Nilai Kalor Kal/g 5081

15 Kerapatan Kal/g 0,44

Tabel 1 Sifat-Sifat Kayu Jati

10

2.2.1 Sifat Kimia Kayu

Komponen kimia kayu sangat bervariasi, karena dipengaruhi oleh faktor tempat

tumbuh, cuaca, dan letaknya didalam batang atau cabang. Komponen kimia didalam

kayu mempunyai arti yang penting, karena menetukan kegunaan suatu jenis kayu.

Secara kimia kandungan zat yang terdapat pada kayu dapat dibagi atas :

1. Selulosa

2. Hemiselulosa

3. Lignin

4. Zat Ekstraktif

5. Abu

Komposisi kimia kayu bervariasi untuk setiap spesies. secara umum, kayu keras

lebih banyak mengandung lebih banyak selulosa, hemiselulosa, zat ekstraktif

dibanding dengan kayu lunak, tetapi kandungan ligninnya lebih sedikit.

1. Selulosa

Selulosa merupakan komponen utama penyusun dinding sel tanaman dan

hampir tidak pernah ditemui dalam keadaan murni di alam melainkan berkaitan

dengan lignin dan hemiselulosa membentuk lignoselulosa. Selulosa juga merupakan

bagian terbesar dari pada dinding sel kayu, selulosa adalah polimer karbihidrat

kompleks yang mempunyai presentasi komposisi yang sama seperti pati, yang

menghasilkan glukosa dan terhidrolisis sempurna oleh asam.

2. Hemiselulosa

Zat ini semacam selulosa yang berupa persenyawaan dengan molekul-molekul

besar yang bersifat karbohidrat.

3. Lignin

Lignin adalah zat yang bersama-sama dengan selulosa adalah salah satu sel

yang terdapat dalam kayu. Lignin merupakan suatu makromolekul kompleks, suatu

11

polimer aromatik alami yang bercabang–cabang dan mempunyai struktur tiga dimensi

yang terbuat dari fenil propanoid yang saling terhubung dengan ikatan yang

bervariasi.

4. Zat Ekstraktif

Merupakan sejumlah besar senyawa dalam kayu yang dapat diekstraksi (proses

kimia yang secara selektif mengambil zat terlarut dari suatu campuran dengan

bantuan pelarut) dengan menggunakan pelarut polar dan non polar. Ekstraktif dapat

pula diartikan sebagai senyawa yang larut dalam pelarut organik. Sejumlah kayu

mengandung senyawa-senyawa yang dapat diekstraksi yang bersifat racun atau

mencegah bakteri, jamur dan rayap. Ekstraktif juga dapat memberikan warna dan bau

pada kayu (Fengel & Wegener 1995).

5. Abu

Kayu juga mengandung komponen-komponen anorganik. Komponen ini

diukur sebagai kadar abu yang jumlahnya jarang melebihi 1% dari berat kering

kayu. Abu ini berasal terutama dari berbagai garam yang diendapkan dalam dinding

sel dan lumen. Abu merupakan senyawa anorganik di dalam kayu yang dapat

dianalisis dengan cara kayu dibakar pada suhu 600-850°C. Komponen utama abu

kayu adalah kalium, kalsium dan magnesium maupun silikon dalam beberapa kayu

tropik selip

2.2.3 Sifat Fisik Kayu

1. Berat dan Berat Jenis

Berat suatu kayu tergantung dari jumlah zat kayu, rongga sel, kadar air dan zat

ekstraktif didalamnya. Berat suatu jenis kayu berbanding lurus dengan BJ-nya. Kayu

mempunyai berat jenis yang berbeda-beda, berkisar antara BJ minimum 0,2 (kayu

balsa) sampai BJ 1,28 (kayu nani). Umumnya makin tinggi BJ kayu, kayu semakin

berat dan semakin kuat pula.

12

2. Keawetan

Keawetan adalah ketahanan kayu terhadap serangan dari unsur-unsur perusak

kayu dari luar seperti jamur, rayap, bubuk dll. Keawetan kayu tersebut disebabkan

adanya zat ekstraktif didalam kayu yang merupakan unsur racun bagi perusak

kayu. Zat ekstraktif tersebut terbentuk pada saat kayu gubal berubah menjadi kayu

teras sehingga pada umumnya kayu teras lebih awet dari kayu gubal.

3. Warna

Kayu yang beraneka warna macamnya disebabkan oleh zat pengisi warna dalam

kayu yang berbeda-beda.

4. Tekstur

Tekstur adalah ukuran relatif sel-sel kayu. Berdasarkan teksturnya, kayu

digolongkan kedalam kayu bertekstur halus (contoh: giam, kulim dll), kayu bertekstur

sedang (contoh: jati, sonokeling dll) dan kayu bertekstur kasar (contoh: kempas, jati

dll).

5. Arah Serat

Arah serat adalah arah umum sel-sel kayu terhadap sumbu batang pohon. Arah

serat dapat dibedakan menjadi serat lurus, serat berpadu, serat berombak, serta

terpilin dan serat diagonal (serat miring).

6. Bau

Bau kayu mudah hilang bila kayu lama tersimpan di udara terbuka. Beberapa

jenis kayu mempunyai bau yang merangsang dan untuk menyatakan bau kayu

tersebut, sering digunakan bau sesuatu benda yang umum dikenal misalnya bau

bawang (kulim), bau zat penyamak (jati), bau kamper (kapur) dsb.

7. Higroskopis

Kayu mempunyai sifat dapat menyerap atau melepaskan air. Makin lembab

udara disekitarnya makin tinggi pula kelembaban kayu sampai tercapai keseimbangan

dengan lingkungannya. Dalam kondisi kelembaban kayu sama dengan kelembaban

13

udara disekelilingnya disebut kandungan air keseimbangan (EMC = Equilibrium

Moisture Content).

1.3 Parameter Ukuran, Campuran, dan Jumlah Lubang dari Pelet

1.3.1 Parameter Ukuran Serbuk

Paramater bentuk serbuk adalah dimana serbuk kayu memiliki macam-macam

bentuk dari bentuk yang kecil, sedang, sampai yang ukuran besar. Untuk

mendapatkan serbuk kayu yang berbentuk kecil atau sedang yaitu dengan

menggunakan ayakan kawat yang sudah ditentukan ukuran kawatnya

1.3.2 Parameter Campuran

Parameter campuran adalah bahan untama untuk pembuatan pelet, bahan yang

digunakan untuk pembuatan pelet ini adalah tepung topioka atau sering kita sebut

biasanya tepung kanji, cara pembuatannya agar tepung kanji agar menjadi lem adalah

tepung kanji dimasukkan kedalam wadah, kemudian masukkan air secukupnya lalu

aduk sampai kanji dengan air itu menyatu, setalah itu sediakan wajan untuk proses

pemasakan tepung kanji, masukkan air kedalam wajan, nyalakan api kompor dan

panaskan wajan sampai air mendidih, lalu masukkan tepung kanji yang sudah diaduk

dengan air tadi, aduk cairan tepung kanji sampai merata dan berbentuk lem, kanji siap

digunakan untuk proses pencampuran bahan serbuk kayu.

1.3.3 Parameter Jumlah Lubang

Parameter jumlah lubang adalah perbandingan antara lubang satu dengan

lubang yang lain, dimana pada perancangan alat press pelet ini kami membuat pelet

dengan jumlah lubang 1, 3, dan 5. Pada perbandingan jumlah lubang tersebut kita

bisa mengetahui kwalitas pembakan yang baik, semakin banyak lubang maka pelet

akan semakin bagus pembakarannya karena banyak rongga udara sehingga

pembakaran bisa sampai merata kedalam melalui rongga udara yang dibuat.

14

2.4 Pengujian Pelet

Tahap pengujian pelet adalah tahap melakukan uji karakteristik pelet untuk

mengidentifikasi apakah pelet yang dihasilkan berkualitas bagus yang sesuai dengan

SNI, biasanya langkah-langkah pengujian yang dilakukan meliputi kadar abu, kadar

air, kadar karbon, nilai kalor, kerapatan massa, kuat tekan, lama nyala api, dan laju

pembakaran, yang kami lakukan pada pengujian pelet yang kami buat hanyalah

waktu pembakaran. Untuk pengujian waktu pembakaran kami hanya menggunakan

kompor dan kelengkapan lainnya, setelah itu kami membuat tabel.

Proses yang dilakukan untuk pengujian pelet adalah :

Pembuatan

Penjemuran

Pengujian

Untuk melakukan pengujian pelet harus melakukan 3 tahap diatas, yaitu :

1. Pembuatan

Pada pembuatan pelet haruslah sesuai dengan standar agar hasilnya nanti bagus

mulai dari pembuatan perekat, penimbangan bahan serbuk dan perekat, pengadukan

dan pengepressan. Untuk pembuatan pelet harus dengan ketelitian agar tidak terjadi

kecacatan saat pelet sudah jadi.

2. Penjemuran

Pelet yang sudah jadi setelah dipress harus dijemur, karena fungsi dijemur

adalah untuk mengeringkan air dari perekat yang sudah tercampur dengan serbuk,

waktu pemjemuran biasanya sekitar 4-5 hari. Pada penjemuran pelet harus sampai

benar-benar kering, apabila pelet masih basah terutama pada bagian dalamnya, maka

nanti saat pembakaran tidak akan maksimal, bahkan peletpin susah menyala sampai

habis, sehingga untuk mendapatkan hasil pembakaran yang bagus harus dijemur

diterik matahari.

15

3. Pengujian

Pelet yang sudah kering bisa langsung diuji dilab, pengujian yang dilakukan

adalah pembakaran pelet, sebelum pengujian harus disediakan perlengkapan untuk

menguji yaitu kompor, minyak tanah, dan lain. Saat menguji yang dicari hanya waktu

pembakaran untuk satu buah pelet, setelah waktu diketahui maka tulis waktunya dan

membuat tabel lalu buat diagram menggunakan aplikasi MATLAB.

2.4.1 Pembakaran

Pembakaran adalah serangkaian reaksi-reaksi kimia eksotermal antara bahan

bakar dan oksidan berupa udara yang disertai dengan produksi energi berupa panas

dan konversi senyawa kimia. Pelepasan panas dapat mengakibatkan timbulnya

cahaya dalam bentuk api. Bahan bakar yang umum digunakan dalam pembakaran

adalah senyawa organik, khususnya hidrokarbon dalam fasa gas, cair atau padat.

Pembakaran yang sempurna dapat terjadi jika ada oksigen dalam prosesnya.

Oksigen (O2) merupakan salah satu elemen bumi paling umum yang jumlahnya

mencapai 20.9% dari udara. Bahan bakar padat atau cair harus diubah ke bentuk gas

sebelum dibakar. Biasanya diperlukan panas untuk mengubah cairan atau padatan

menjadi gas. Bahan bakar gas akan terbakar pada keadaan normal jika terdapat udara

yang cukup.

Hampir 79% udara (tanpa adanya oksigen) merupakan nitrogen, dan sisanya

merupakan elemen lainnya. Nitrogen dianggap sebagai pengencer yang menurunkan

suhu yang harus ada untuk mencapai oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran.

Nitrogen mengurangi efisiensi pembakaran dengan cara menyerap panas dari

pembakaran bahan bakar dan mengencerkan gas buang. Nitrogen juga mengurangi

transfer panas pada permukaan alat penukar panas, juga meningkatkan volume hasil

samping pembakaran, yang juga harus dialirkan melalui alat penukar panas sampai ke

cerobong.

Nitrogen ini juga dapat bergabung dengan oksigen (terutama pada suhu nyala

yang tinggi) untuk menghasilkan oksida nitrogen (NOx), yang merupakan pencemar

16

beracun. Karbon, hidrogen dan sulfur dalam bahan bakar bercampur dengan oksigen

di udara membentuk karbon dioksida, uap air dan sulfur dioksida, melepaskan panas

masing-masing 8.084 kkal, 28.922 kkal dan 2.224 kkal. Pada kondisi tertentu, karbon

juga dapat bergabung dengan oksigen membentuk karbon monoksida, dengan

melepaskan sejumlah kecil panas (2.430 kkal/kg karbon).

Karbon terbakar yang membentuk CO2 akan menghasilkan lebih banyak panas

per satuan bahan bakar daripada bila menghasilkan CO atau asap. Terdapat

bermacam-macam jenis pembakaran yang dapat dijelaskan pada poin-poin berikut ini

:

1. Complete combustion

Pada pembakaran sempurna, reaktan akan terbakar dengan oksigen,

menghasilkan sejumlah produk yang terbatas. Ketika hidrokarbon yang terbakar

dengan oksigen,maka hanya akan dihasilkan gas karbon dioksida dan uap air.

Namun kadang kala akandihasilkan senyawa nitrogen dioksida yang merupakan

hasil teroksidasinya senyawa nitrogen di dalam udara. Pembakaran sempurna

hampir tidak mungkin tercapai pada kehidupan nyata.

2. Incomplete combustion

Pembakaran tidak sempurna umumnya terjadi ketika tidak tersedianya oksigen

dalamjumlah yang cukup untuk membakar bahan bakar sehingga dihasilkannya

karbondioksida dan air. Pembakaran yang tidak sempurna menghasilkan zat-zat

seperti karbondioksida, karbon monoksida, uap air dan karbon. Pembakaran yang

tidak sempurna sangat sering terjadi, walaupun tidak diinginkan, karena karbon

monoksida merupakan zat yang sangat berbahaya bagi manusia. Kualitas

pembakaran dapat ditingkatkan dengan analisa media pembakaran yang lebih

baik dan optimisasi proses.

17

3. Smouldering combustion

Smouldering merupakan bentuk pembakaran yang lambat, bertemperatur rendah,

dan tidak berapi, yang dipertahankan oleh panas ketika oksigen menyerang

permukaan dari bahan bakar pada fasa yang terkondensasi. Pembakaran ini dapat

dikategorikan sebagai pembakaran yang tidak sempurna. Contoh pembakaran ini

adalah inisiasi kebakaran yang dikarenakan rokok, dan sisa kebakaran hutan yang

masih menghasilkan hawa panas.

4. Rapid combustion

Rapid combustion merupakan pembakaran yang melibatkan energi dalam jumlah

yangbanyak dan menghasilkan pula energi cahaya dalam jumlah yang besar. Jika

dihasilkan volume gas yang besar dalam pembakaran ini dapat mengakibatkan

peningkatan tekanan yang signifikan, sehingga terjadi ledakan.

5. Turbulent combustion

Pembakaran yang menghasilkan api yang turbulen sangat banyak digunakan

untukaplikasi industri, misalnya mesin berbahan bakar bensin, turbin gas, dll,

karenaturbulensi membantu proses pencampuran antara bahan bakar dan

pengoksida.

2.5 Metode Pengolahan Hasil Pengujian Pelet

Pada riset ini peneliti menganalisa hasil produk pelet menggunakan serbuk

kayu jati. Pada riset ini peneliti menggunakan multi variable dimana analisa

menggunakan Response Surface Method (RSM) dimana menggunakan 3 parameter

dengan 3 variasi yang berbeda, sebagai berikut :

Parameter 1 (Bentuk Serbuk) = Halus, Medium, dan Kasar

Parameter 2 (Campuran) = 25%, 32.5%, dan 50%

18

Parameter 3 (Jumlah Lubang) = 1, 3, dan 5

Pada riset ini menggunakan multi variable dengan 3 parameter dan pada

masing-masing parameter memiliki 3 variasi yang berbeda sehingga menghasilkan 27

sampel yang berbeda.