KAJIAN EKSPERIMENTAL TERHADAP KARAKTERISTIK PEMBAKARAN BRIKET

LIMBAH AMPAS KOPI INSTAN DAN KULIT KOPI ( STUDI KASUS DI PUSAT PENELITIAN KOPI DAN KAKAO INDONESIA )

Laboratorium Rekayasa Energi dan Pengkondisian Lingkungan

Jurusan Teknik Fisika FTI-ITS Surabaya

2012

Oleh :

Wahyu Kusuma A

2408100032

Pembimbing :

Ir. Sarwono, MMIr. Ronny Dwi Noriyati, M.Kes

SEMINAR TUGAS AKHIR

Potensi biomass limbah

perkebunan

Kulit kopi memiliki nilai

kalor yang tinggi sebesar

4.427 kal/gr dan ampas kopi

mengandung minyak dengan

11-20% berat

Kebutuhan energi

meningkat

Latar Belakang (I)

Energi alternatif

terbarukan yang ramah

lingkungan dan ekonomis

Menurut Direktorat Jenderal Perkebunan- Kementerian Pertanian

(2010), dalam 1 ha areal pertanaman kopi akan memproduksi

limbah segar sekitar 1,8 ton. Sehingga untuk perkebunan kopi

Kabupaten Jember tahun 2009-2011 seluas (5.608 ha),

menghasilkan limbah 1.080 ton per tahunnya.

Antolin (1991)melakukan penelitian tentang pembakaran limbah

kopi , menghasilkan kadar sulfur yang rendah dan keringnya

kandungan dari limbah kopi dapat menaikkan nilai kalor.

Saenger (2001) memperkuat hasil dengan menyatakan bahwa

kulit kopi jenis Arabika yang tumbuh di Kenya memiliki kadar

air sebesar 10-11%.

Latar Belakang (II)

1. Bagaimana komposisi dan karakteristik briket dari limbah

ampas kopi instan dan kulit kopi agar menghasilkan briket

dengan heating value yang tinggi ?

2. Bagaimana pengaruh variasi komposisi terhadap

karakteristik pembakaran briket ?

Rumusan Masalah

Bahan briket adalah limbah ampas kopi instan dan kulit kopi. Jenis kopi adalahArabika dan Robusta.

Variasi komposisi ampas kopi instan dan kulit kopi dengan perbandinganprosentase 1:1 (A1K1); 2:3 (A2K3); 3:2 (A3K2); 1:4 (A1K4); 4:1 (A4K1).

Ukuran partikel bahan briket adalah 100 mesh.

Bahan perekat adalah lem kanji dengan prosentase tepung tapioka dengan airadalah 22 gr : 78ml.

Tekanan pembriketan adalah 100 kg/cm2 dengan lama penekan 3 menit.

Bentuk briket yang digunakan adalah silinder berongga.

Proses pengeringan limbah ampas kopi instan menggunakan oven dengan suhu104oC selama 3 jam.

Parameter yang digunakan dalam pengujian mutu briket adalah :

- Pengujian nilai kalor briket. Nilai kalor briket harus mencapai > 4000 kal/gr.

- Uji proximate meliputi kadar air, kadar abu, fixed karbon dan volatile matter.

- Uji eksperimental meliputi lama pembakaran dan laju pengurangan massa.

Batasan Masalah

1. Sebagai alternatif bahan bakar energi terbarukan yang

ekonomis dan ramah lingkungan.

2. Memberikan informasi ilmiah mengenai briket dari bahan baku

limbah ampas kopi instan dan kulit kopi yang dapat dibuat

dengan teknologi sederhana.

3. Dapat diketahuinya kualitas briket dari hasil penelitian ini

sehingga nantinya dimanfaatkan untuk aplikasi pembuatan

briket lebih lanjut.

Manfaat

Tujuan1. Mengetahui komposisi dan karakteristik briket dari limbah

ampas kopi instan dan kulit kopi agar menghasilkan briket

dengan heating value yang tinggi.

2. Mengetahui pengaruh variasi komposisi terhadap

karakteristik pembakaran briket.

Pembakaran bahan bakar padat terdiri dari tiga tahap

yaitu :

1. Pengeringan

2. Devolatilisasi

3. Pembakaran Arang

Faktor-faktor yang mempengaruhi pembakaran bahan

bakar padat antara lain sebagai berikut :

1. Ukuran Partikel

2. Kecepatan Aliran Udara

3. Temperatur Pembakaran

4. Jenis Bahan Bakar

PEMBAKARAN BAHAN BAKAR PADAT

Tinjauan Pustaka (I)

1. Nilai kalor (Heating value/calorific value) ASTM D-2015

HHV = (T2 – T1 – Tkp) x cv (kj/kg)

LHV = HHV – 3240 (kj/kg).

dimana,

T1 = Suhu air pendingin sebelum dinyalakan (oC)

T2 = Suhu air pendingin sesudah dinyalakan (oC)

Tkp = Kenaikan suhu kawat penyala = 0,05 (oC)

cv = Panas jenis alat = 73.529,6 (oC)

2. Kadar Air (Moisture) ASTM D-3173

dimana,

W0 = berat sampel dan cawan sebelum dikeringkan (gr)

W = berat sampel dan cawan sesudah dikeringkan (gr)

WS0 = berat sampel awal (gr).

KARAKTERISTIK BRIKET ORGANIK

Tinjauan Pustaka (II)

3. Kadar Abu (Ash) ASTM D-3174

dimana,

W0 = berat sampel dan cawan sebelum pengabuan (gr)

W = berat cawan + berat abu (gr)

Wdso = berat sampel sebelum pengabuan (gr).

4. Volatile Matter ASTM D-3175

dimana,

W0 = berat sampel dan cawan awal (gr)

W = berat cawan + berat abu setelah pemanasan (gr)

Wdso = berat sampel awal (gr).

5. Fixed Carbon ASTM D-3172

FC (%) = 100% – (%air + % abu + %VM)

Tinjauan Pustaka (III)

Prinsip Kerja Bomb Calorimeter

Mulai

Studi Literatur :

sifat fisis dan kimia kulit kopi dan ampas kopi instan,

pembakaran bahan bakar padat, karakteristik briket

Persiapan Penelitian

Pengeringan Limbah Ampas

Kopi

Penggilingan dan Pengayakan

Variasi Komposisi

Uji Proximate Uji Eksperimental

Nilai Kalor ≥ 4000 kal/gr

Analisa Data dan Pembahasan

Kesimpulan

Selesai

Ya

Tidak

Metodologi Penelitian (I)

Jenis Briket

Perbandingan

Ampas

Kopi Instan Kulit Kopi

A1K1 1 1

A2K3 2 3

A3K2 3 3

A1K4 1 4

A4K1 4 1

Variasi Komposisi

Metodologi Penelitian (II)

PROSES PEMBUATAN BRIKET

Metodologi Penelitian (IV)

Pengayakan

100 mesh

ampas kopi

instankulit kopi

Pencampuran

komposisi

lem kanji

pencetakan briket

bentuk briket

pengovenan suhu

60° selama ± 24 jam

penyimpanan

dalam desikator

TAHAP ANALISA

• nilai kalor

• kadar air

• kadar abu

• fixed carbon

• volatile matter

Uji Proximate Uji Eksperimental

•laju pengurangan massa

•lama pembakaran

Metodologi Penelitian (III)

ANALISIS BAHAN BAKU BRIKET

Sumber : Uji Laboratorium dan Perhitungan

Analisa Data dan Pembahasan

Analisa Moisture Content

Pengaruh kadar air :

• Lamanya penyalaan awal briket

• Waktu pengeringan lebih lama

• Semakin rendah kadar air semakin tinggi nilai kalor

setiap

penambahan

komposisi

ampas kopi

instan maka

akan terjadi

kenaikan pada

kadar airnya.

pengaruh

perekat.

ANALISIS PROXIMATE BRIKET

Analisa Volatile Matter

Pengaruh kadar zat terbang :

• semakin tinggi volatile matter maka akan semakin mudah untuk terbakar

dan laju pembakaran semakin cepat.

briket tanpa

karbonasi

masih

mengandung

kadar volatile

matter yang

cukup banyak

Analisa Ash Content

Pengaruh kadar abu :

•Kandungan abu yang tinggi sangat tidak menguntungkan karena akan

membentuk kerak.

• Semakin tinggi kadar abu dapat mempersulit penyalaan

• Kadar abu tinggi dapat menurunkan nilai kalor briket.

setiap

penambahan

komposisi

kulit kopi

maka akan

terjadi

kenaikan pada

kadar abunya

Analisa Fixed Carbon

Pengaruh fixed carbon :

• kadarnya akan bernilai tinggi apabila kadar abu dan zat

menguap rendah

•semakin tinggi FC akan semakin tinggi nilai kalor.

briket tanpa

karbonasi

masih

mengandung

kadar fixed

carbon yang

cukup rendah

Analisa Nilai Kalor

penambahan

komposisi kulit

kopi maka nilai

kalor akan

meningkat

sedangkan

penambahan

komposisi ampas

kopi instan

menyebabkan

penurunan nilai

kalor

Hasil Penelitian

a. Kadar air sesuai dengan SNI

b. Kadar abu sesuai bahan baku

c. Volatile matter memenuhi standar SNI / sesuai bahan baku

d. Fixed carbon sesuai bahan baku

e. Nilai kalor sesuai dengan PERMEN ESDM No.47 2006 dan USA

Sifat Briket Permen SNI

Jepang Inggris USA

Hasil

PenelitianESDM

No.47 2006

No. 1/6235/2000

Moisture (%) ≤ 15 ≤ 8 6 - 8 3 - 4 6 10.76 – 11.85

Ash (%) ≤ 10 ≤ 8 5 - 7 8 - 10 16 0.10 – 1.27

Volatile Matter (%) sesuai bahan baku ≤15 15 - 30 16.4 19 - 28 80.77 – 83.04

Fixed Carbon (%) sesuai bahan baku ≥ 77 60 - 80 75 60 5.67 – 6.89

Nilai Kalor (kal/gr) 4400 ≥ 5000 5000 - 6000 5870 4000 - 6500 4425 - 4713

Standar Kualitas Briket

semakin besar

kandungan

karbon dalam

suatu bahan,

makin baik

fungsi bahan

tersebut sebagai

bahan bakar

karena akan

menghasilkan

energi yang

lebih besar.

Sampel

Briket

C N H O P S

A1K1 54,50% 6,26% 6,54% 26,46% 0,43% 0,10%

Uji Ultimate

Laju Pengurangan Massa

tbara

tapi

Uji Eksperimental

Semakin lama waktu pembakaran maka semakin jelas

adanya perbedaan pengurangan massa.

Semakin tinggi prosentase kulit kopi dalam komposisi

briket maka briket semakin banyak sisa

pembakarannya atau abu yang terbentuk.

Semakin tinggi prosentase ampas kopi instan maka

akan semakin sedikit abu yang terbentuk.

Laju Pengurangan Massa

Semakin tinggi kadar volatile matter briket maka semakin cepat waktu

nyala briketnya dan kecepatan pembakaran lebih tinggi.

Proses Pengujian Briket untuk Pemanasan 1 liter air

Lima buah briket dapat mendidihkan satu liter air

selama 7-18 menit. Rata-rata menyala briket (lima buah)

sampai menjadi abu adalah 131 menit, sedangkan satu buah

briket dapat menyala rata-rata selama 45 menit.

Lama Pembakaran

Perbandingan Hasil Proximate Briketdengan Penelitian Sebelumnya

*)Putri Eka Rizky,2009

**)Nurlela,2011

***)Haris Purnawan,2011

****)Kharis Akbar,2012

*****)Enik Sri Widarti,2010

Biaya Peralatan (alat press hidrolik) Rp. 15.000.000

Biaya Bahan Baku

- Ampas Kopi Instan / kg Rp. 200

- Kulit Kopi / kg Rp. 400

- Tepung Kanji / kg Rp. 5.000

- Bahan Bakar / liter Rp. 8.000

Biaya Tenaga Kerja (Jam kerja dari 08.00 s/d 16.00) Rp. 15.000

Biaya untuk 1 kali produksi dengan kapasitas mesin produksi 16 unit/3 menit dengan berat

± 0.011 kg maka dalam satu kali proses akan menghasilkan 0.176 kg biobriket.

- Ampas Kopi Instan 50/100 x 23 kg = 11,5 kg x 200 = Rp. 2300

- Kulit Kopi 50/100 x 23 kg = 11,5 kg x 400 = Rp. 4600

- Tepung kanji 5 kg x Rp. 5000/kg = Rp. 25.000

Total bahan baku per hari = Rp. 31.900

Total biaya produksi per hari = Rp. 15.000 + Rp. 31.900 = Rp. 46.900

Maka untuk 1 kali produksi bisa menghasilkan 2560 unit atau setara dengan 28 kg bahan

dengan berat 1 unit produk kering± 0.011 kg.

Harga Pokok Produksi Per Unit

Harga Pokok Produksi

Analisis Biaya

Penghematan per kg atau per liter berdasarkan analisis biaya Rp. 1700/kg

Rp 1.300 dibanding dg briket batubara

Rp 9.300 per 1 liter minyak tanah

Rp 10.200 per 3 kg LPG

Perbandingan Harga Bakar di Pasaran

Komposisi briket terbaik adalah A1K4 karena memiliki nilai kalor tertinggi 4713 kal/gramdengan kadar air terendah 10.76%.

Hasil dari uji proximate yaitu kadar air terkecil A1K4 sebesar 10.76% dan terbesar A1K111.85%, kadar volatile matter terkecil A1K1 sebesar 80.77% dan terbesar A4K1 83.04%, kadarabu terkecil A3K2 sebesar 0.10% dan terbesar A2K3 1.27%, kadar fixed carbon terkecil A4K1sebesar 5.67% dan terbesar A1K4 6.89%, serta nilai kalor terbesar A1K4 sebesar 4713 kal/grdan terkecil A4K1 sebesar 4425 kal/gr.

Semakin banyak komposisi ampas kopi instan maka kadar air yang terkandung semakinbanyak menyebabkan penurunan nilai kalor.

Semakin tinggi prosentase kulit kopi maka semakin banyak massa sisa pembakaran atauabu yang terbentuk dan sebaliknya.

Komposisi briket A1K4 mempunyai pengurangan massa yang terendah yaitu sebesar 0,205gram.

Komposisi briket A3K2 dengan kadar volatile matter rendah 82,17 % mempunyai lamapembakaran paling lama 72 menit.

Kesimpulan

Penelitian ini dapat dikembangkan dengan menggunakan simulasi software CFD.

Uji eksperimental mengenai laju pembakaran dan perubahan temperatur briket.

Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pembuatan briket dengan variasi

tekanan, ukuran partikel, bentuk briket dan bahan baku briket yang lain agar

nantinya dapat digunakan sebagai pembanding.

Saran

THANKS FOR YOUR

ATTENTION^….^