karakterisasi serbuk gergaji dan campurannya di … fileiii karakterisasi serbuk gergaji dan...

i

KARAKTERISASI SERBUK GERGAJI DAN CAMPURANNYA

DI BAWAH KONDISI ISOTHERMAL DAN NON-ISOTHERMAL

TESIS

Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister

Program Studi Teknik Mesin

Disusun Oleh:

SUDARNO

S 951002007

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2014

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

ii



TESIS

Oleh:

Sudarno

S951002007

Komisi Pembimbing

Nama Tanda Tangan

Tanggal

Pembimbing 1

Dr. Dwi Aries Himawanto, ST, MT NIP. 197403262000031002

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

Pembimbing 2

Ir. Agustinus Sujono, M.T. NIP. 195110011985031001

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

Telah dinyatakan memenuhi syarat pada tanggal ..................... 2014

Ketua Program Studi Teknik Mesin

Program Pascasarjana UNS

Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T.

NIP. 197409022001121002


commit to user

iii



TESIS

Oleh:

Sudarno

S951002007

Telah dipertahankan di depan penguji dan dinyatakan telah memenuhi syarat

Pada tanggal ................... 2014

Tim penguji:

Jabatan Nama Tanda Tangan

Ketua D. Danardono, S.T., M.T., Ph.D.

NIP. 196905141999031001

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

Sekertaris Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T. NIP. 197409022001121002

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

Anggota 1. Dr. Dwi Aries Himawanto, ST, MT NIP. 197403262000031002

2. Ir. Agustinus Sujono, M.T. NIP. 195110011985031001

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

Mengetahui:

Direktur Program Pascasarjana

Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S. NIP. 1961071986011001

Ketua Program Studi Teknik Mesin

Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T. NIP. 197409022001121002


commit to user

iv

PERNYATAAN KEASLIAN DAN PERSYARATAN PUBLIKASI

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa:

1. Tesis yang berjudul "Karakterisasi Serbuk Gergaji dan Campurannya di Bawah Kondisi

Isothermal dan Non-Isothermal" ini adalah karya penelitian saya sendiri dan tidak

terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk rnernperoleh gelar

akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan

oleh orang lain, kecuali yang tertulis yang disebutkan sumbernya, baik dalam naskah

karangan dan daftar pustaka. Apabila ternyata di dalam naskah tesis ini dapat

dibuktikan terdapat unsur-unsur plagiasi, maka saya bersedia menerima sanksi, baik

tesis beserta gelar magister saya dibatalkan serta diproses sesuai dengan peraturan

perundang-undangan yang berlaku.

2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi tesis pada jurnal atau forum ilmiah harus

menyertakan tim promotor sebagai author dan PPs UNS sebagai institusinya. Apabila

saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia

mendapatkan sanksi akademik yang berlaku.

Surakarta, ................2014

Mahasiswa

Sudarno

S 951002007


commit to user

v

SUDARNO, NIM: S 951002007, 2014. KARAKTERISASI SERBUK GERGAJI DAN CAMPURANNYA DI BAWAH KONDISI ISOTHERMAL DAN NON-ISOTHERMAL. Komisi pembimbing I: Dr. Dwi Aries Himawanto, S.T, M.T. Pembimbing II: Ir. Agustinus Sujono, M.T. Tesisi Program Studi Teknik Mesin. Program Pasca Sarjana. Universitas Sebelas Maret Surakarta.

ABSTRAK

Serbuk gergaji merupakan limbah kayu yang dapat dimanfaatkan untuk sumber energi. Namun keberadaan limbah pada umumnya rentan tercampur dengan biomassa lain. Pada penelitian ini akan menyelidiki energi aktivasi dan konstanta laju reaksi pembakaran serbuk gergaji yang dicampur dengan sekam padi atau tongkol jagung dalam bentuk serbuk. Prosentase massa campuran sekam padi atau tongkol jagung ke dalam serbuk gergaji divariasikan mulai 0%, 25%, 50%, 75%, dan 100%. Untuk campuran sekam padi selanjutnya dinamakan SP0, SP25, SP50, SP75, SP100. Sedangkan untuk campuran tongkol jagung dinamakan SJ0, SJ25, SJ50, SJ75 dan SJ100. Dalam hal ini digunakan analisis termal macro-thermobalance dengan laju kenaikkan temperatur 20C/menit dan isotermal pada suhu 306C, 311C, 316C, 319C dalam lingkungan udara. Sedangkan massa sampel yang digunakan dalam penelitian ini sebesar 10 g. Dari hasil menunjukan bahwa sebelum dicampur serbuk gergaji, tongkol jagung, dan sekam padi masing-masing mempunyai energi aktivasi pembakaran karbon tetap adalah 88,44 kJ/mol, 87,64 kJ/mol, 92,71 kJ/mol untuk non-isothermal dan 25,31 kJ/mol, 41,41 kJ/mol, 34,70 kJ/mol untuk isothermal. Setelah dilakukan pencampuran serbuk gergaji-tongkol jagung dan serbuk gergaji-sekam padi diperoleh perubahan Ea yang berkisar antara 87,64 kJ/mol – 118,73 kJ/mol untuk non-isothermal dan 24,89 kJ/mol – 99,24 kJ/mol untuk isothermal. Sedangkan kontanta laju reaksi pembakaran karbon tetap sebelum dicampur serbuk gergaji, tongkol jagung, dan sekam padi adalah 8,4x10-3 min-1, 5,4x10-3 min-1, 5,1x10-3 min-1 untuk non-isothermal dan berkisar antara 5,6x10-3 min-1 – 8,8x10-3 min-1 untuk isothermal. Setelah dilakukan pencampuran serbuk gergaji-tongkol jagung dan serbuk gergaji-sekam padi diperoleh perubahan k yang berkisar antara 4,5x10-3 min-1 – 10,1.10-3 min-1 untuk non-isothermal dan 3,9x10-3 min-1 – 9,5x10-3 min-1 untuk isothermal. Kata kunci : Serbuk gergaji, Sekam padi, Tongkol jagung, macro-thermobalance


commit to user

vi

SUDARNO, NIM: S 951002007, 2014. CHARACTERIZATION OF SAWDUST AND ITS MIXTURES UNDER ISOTHERMAL AND NON-ISOTHERMAL CONDITIONS. Principal Advisor: Dr. Dwi Aries Himawanto, S.T. M.T. Co-advisor: Ir. Agustinus Sujono, M.T. Thesis: The Graduate Program in Mechanical Engineering, Sebelas Maret University, Surakarta.

ABSTRACT Sawdust is a by-product of cutting, grinding, drilling, sanding, or otherwise pulverizing wood with a saw or other tools. It can be utilized for an energy resource. However, it is susceptible to be mixed with other biomasses. This research aims at investigating the activation energy and the reaction rate constants of the combustion of sawdust respectively mixed with corncob powder and rice husk powder. The percentage of the aforementioned powders mixed with the sawdust had variations of 0%, 25%, 50%, 75%, and 100%. The mixtures with the former were identified as SJ0, SJ25, SJ50, SJ75, and SJ100 whereas the mixtures with the latter were labeled as SP0, SP25, SP50, SP75, and SP100. They were exposed to thermal analyses of macro-thermobalance with the temperature increase rate of 200C/minute and isothermal analyses with the variations of temperature of 3060C, 3110C, 3160C, and 3190C in the air environment. The mass of the samples of research was 10 g. The result of research shows that prior to the mixing, the sawdust, corncob powder, and rice husk powder had the activation energy of fixed carbon combustion of 88.44 kJ/mol, 87.64 kJ/mol, 92.71 kJ/mol respectively under non-isothermal condition and of 25.31 kJ/mol, 41.41 kJ/mol, and 34.70 kJ/mol respectively under isothermal condition. Following the mixing between the sawdust and corncob powder and between the sawdust and rice husk powder, the activation energy of fixed carbon combustion ranged from 87.64 kJ/mol to 118.73 kJ/mol under the non-isothermal condition and ranged from 24.89 kJ/mol to 99.24 kJ/mol under isothermal condition. Furthermore, prior to the mixing, the sawdust, corncob powder, and rice husk powder had the reaction rate constants of fixed carbon combustion of 8.4x10-3 min-1, 5.4x10-3 min-1, and 5.1x10-3 min-1 respectively under non-isothermal condition and ranging from 5.6x10-3 min-1, to 8.8x10-3 min-1 under isothermal condition. Following the mixing between the sawdust and corncob powder and between the sawdust and rice husk powder, the reaction rate constants of fixed carbon combustion ranged from 4.5x10-3 min-1, to 10.1x10-3 min-1 under non-isothermal condition and ranged from 3.9x10-3 min-1, to 9.5x10-3 min-1 under isothermal condition. Keywords: Sawdust, corncob powder, rice husk powder, and macro-thermobalance


commit to user

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur alhamdulillah ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan

karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul ˮKarakterisasi

Serbuk Gergaji dan Campurannya di Bawah Kondisi Isothermal dan Non-Isothermalˮ.

Adapun tujuan penulisan tesis ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna

mencapai gelar Magister Teknik di Prodi Pascasarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Penulis mengucapkan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang

telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan tesis ini, khususnya kepada:

1. Dr. Dwi Aries Himawanto, S.T., M.T. selaku pembimbing I dan Ir. Agustinus Sujono,

M.T. selaku pembimbing II yang telah memberikan petunjuk, pengarahan, jalan

pemecahan setiap kesulitan dalam penelitian dan penulisan tesis ini.

2. Dr. Techn. Suyitno, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Pascasarjana Teknik Mesin

UNS sekaligus selaku pembimbing akademik yang senantiasa memantau, mengkontrol,

dan mendorong demi kelancaran studi penulis.

3. Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T., selaku dekan, sahabat, motivator, dan inspirator.

4. Ibunda yang mulya, yang tiada henti mendo’akan agar dimudahkan dalam segala

urusan.

5. Istri dan anak-anakku tercinta, yang senantiasa setia dan tulus ikhlas mendampingi

dalam segala keadaan.

6. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan dan dorongan

semangat serta do’anya, terima kasih.

Penulis menyadari, bahwa dalam tesis ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh

karena itu, bila ada saran, koreksi, dan kritik demi kesempurnaan tesis ini, akan penulis

terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terima kasih.

Surakarta, 2014

Penulis


commit to user

viii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ................................................................................................. i

HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING TESIS ............................................. ii

HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI TESIS ...................................................... iii

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN DAN PUBLIKASI ............................. iv

ABSTRAK ............................................................................................................... v

ABSTRACT .............................................................................................................. vi

DAFTAR ISI .............................................................................................................. vii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. x

DAFTAR TABEL ...................................................................................................... xi

DAFTAR NOTASI .................................................................................................... xii

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

A. Latar Belakang Masalah ....................................................................... 1

B. Rumusan Masalah ................................................................................. 2

C. Tujuan Penelitian ................................................................................... 2

D. Manfaat Penelitian ................................................................................ 2

BAB II LANDASAN TEORI .................................................................................. 3

A. Tinjauan Pustaka ................................................................................... 3

B. Penelitian yang Relevan ........................................................................ 6

C. Kerangka Berfikir .................................................................................. 17

D. Hipotesa ... ............................................................................................. 17

BAB III METODE PENELITIAN ........................................................................... 18

A. Bahan dan Alat Penelitian ..................................................................... 18

B. Prosedur Penelitian ............................................................................... 19

C. Skema Penelitian .................................................................................. 21

D. Variabel Penelitian ............................................................................... 22

E. Desain Eksperimen ............................................................................... 22

F. Pelaksanaan Penelitian ......................................................................... 23

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ........................................... 24

A. Macro-thermobalance .......................................................................... 24

B. Profil Dekomposisi Termal ................................................................... 26


commit to user

ix

C. Energi Aktivasi ................. .................................................................... 29

D. Konstata Laju Reaksi ................. ........................................................... 30

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................... 33

A. Kesimpulan ............................................................................................ 33

B. Saran ....................................................................................................... 33

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 34

LAMPIRAN ................................................................................................................ 36


commit to user

x

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Penurunan massa terhadap temperatur ....................................................... 4

Gambar 2.2. Kurva TG/DTG dan DSC dari salbutamol ................................................. 7

Gambar 2.3. Kurva isothermal TG pada suhu 180 C, 185 C, 190 C,

195 C, dan 200 C ..................................................................................... 7

Gambar 2.4. Ploting ln k vs 1/T untuk mendapatkan persamaan Arrhenius ................... 8

Gambar 2.5. Kurva non-isothermal TG dari PQ pada lingkungan nitrogen ................... 8

Gambar 2.6. Kurva non-isothermal TG dari PQ pada lingkungan udara ........................ 9

Gambar 2.7. Kurva isothermal TG dari PQ pada lingkungan nitrogen ........................... 9

Gambar 2.8. Kurva isothermal TG dari PQ pada lingkungan udara ............................... 9

Gambar 2.9. (a) Rata-rata zat mudah menguap, (b) Rata-rata kadar abu,

(c) Rata-rata nilai kalor, (d) Rata-rata kadar karbon tetap .......................... 11

Gambar 2.10. Alat uji pembakaran .................................................................................. 12

Gambar 2.11. (a).Perubahan temperatur dan (b). Perubahan massa terhadap waktu ...... 13

Gambar 2.12. Laju pembakaran terhadap waktu .............................................................. 13

Gambar 2.13. Kurva DTG serbuk gergaji pohon pinus pada kondisi isothermal

(a)500 C dan (b)600 C .............................................................................. 14

Gambar 2.14. Kurva DTG serbuk gergaji pohon pinus pada kondisi isothermal

(a).700 C dan (b).800 C ……………………………………………….. 14

Gambar 3.1. Skema instalasi pengujian macro-thermobalance ………………………... 20

Gambar 3.2. Skema penelitian ......................................................................................... 21

Gambar 4.1. Pembakaran serbuk gergaji, tongkol jagung dan sekam padi

dengan metode macro-thermobalance, ukuran partikel +40/-60 mesh,

dan laju kenaikan temperatur 20 C/menit ................................................. 24

Gambar 4.2. Zona penting dalam dekomposisi termal biomassa .................................... 25

Gambar 4.3. TG dan DTG pembakaran serbuk gergaji, tongkol jagung

dan sekam padi ........................................................................................... 26

Gambar 4.4. Pembakaran campuran serbuk gergaji dan tongkol jagung dengan

metode macro-thermobalance, ukuran partikel +40/-60 mesh,

dan laju kenaikan temperatur 20 C/menit.................................................. 27

Gambar 4.5. Pembakaran campuran serbuk gergaji dan sekam padi dengan


commit to user

xi

metode macro-thermobalance, ukuran partikel +40/-60 mesh,

dan laju kenaikan temperatur 20 C/menit.................................................. 28

Gambar 4.6. Ea campuran serbuk gergaji-tongkol jagung dan serbuk gergaji-sekam

padi non-isothermal............................................................................... 29

Gambar 4.7. Ea campuran serbuk gergaji-tongkol jagung dan serbuk gergaji-sekam

padi isothermal ......................................................................................... 30

Gambar 4.8. Konstanta laju reaksi campuran serbuk gergaji-tongkol jagung dan

serbuk gergaji-sekam padi non-isothermal ............................................... 31

Gambar 4.9. Konstanta laju reaksi campuran: a. serbuk gergaji-tongkol jagung,

b. serbuk gergaji-sekam padi isothermal ................................................... 32

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Parameter kinetik yang diperoleh dengan motode non-isothermal .......... 10

Tabel 2.2. Parameter kinetik yang diperoleh dengan motode isothermal .................. 10

Tabel 2.3. Peristiwa temperatur selama pirolisis ....................................................... 15

Tabel 2.4. Faktor unjuk kerja pembakaran (S)............................................................ 16

Tabel 3.1. Kode sampel ............................................................................................. 19

Tabel 3.2. Tempat kegiatan penelitian ...................................................................... 23

Tabel 4.1. Hasil uji proximate ……………………………………………………… 26


commit to user

xii

DAFTAR NOTASI

SJ0 : Campuran massa tongkol jagung 0 % dengan serbuk gergaji 100 %





SP0 : Campuran massa sekam padi 0 % dengan serbuk gergaji 100 %





TG : Termogravimetri

TGA : Termogravimetri analisis

DTG : Diferensial termogravimetri

Ts : Temperatur sampel

Tr : Temperatur reaktor

Ea : Energi aktivasi

k : Konstanta laju reaksi


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

ESDM (2012) menunjukkan bahwa pemakaian energi total nasional termasuk

didalamnya dari sumber biomassa meningkat dari tahun 2000 sampai 2011 yaitu sebesar

777.925.086 BOE menjadi 1.114.766.960 BOE (barrel oil equivalent). Sementara pasokan

energi biomassa terhadap energi total nasional dalam kurun waktu tersebut berkurang dari

27,02 % menjadi 13,52 %. Untuk itu perlu dilakukan upaya-upaya untuk meningkatkan

pertumbuhan energi baru dan terbarukan khususnya dari biomassa dalam memenuhi

kebutuhan energi yang selalu bertambah seiring bertambahnya jumlah penduduk.

Disisi lain, produksi kayu olahan secara nasional semakin berkurang sebagai akibat dari

berkurangnya area hutan. Dari tahun 2004 sampai 2011 kayu hutan olahan berkurang dari

8.158.403 m3 menjadi 6.373.409 m3, sedangkan area hutan berkurang dari 21.412.319 ha

menjadi 20.558.706 ha (BPS, 2012). Hal ini turut mendorong untuk meningkatkan nilai

tambah dari produksi kayu olahan terutama limbah serbuk gergaji menjadi sumber energi.

Biomassa yang lain adalah tanaman jagung. Produksi jagung nasional meningkat dari

tahun 2011 sampai 2013 sekitar 4,93 %. Pada tahun 2011 mencapai 17,64 juta ton dan pada

tahun 2013 mencapai 18,52 juta ton (BPS, 2014). Tongkol jagung yang merupakan limbah

ternyata juga memiliki nilai kalor yang tinggi yaitu sebesar 4186,54 kkal/kg (Surono, 2010),

sehingga juga berpotensi sebagai sumber energi baru yang terbarukan.

Angka sementara produksi padi tahun 2012 sebesar 69,05 juta ton gabah kering giling

(GKG) atau mengalami kenaikan sebesar 3,29 juta ton (5%) dibanding tahun 2011.

Kenaikan produksi tersebut terjadi di Jawa sebesar 2,12 juta ton dan di luar Jawa sebesar

1,17 juta ton. Kenaikan produksi terjadi karena peningkatan luas panen seluas 239,80 ribu

hektar (1,82 %) dan kenaikan produktivitas sebesar 1,56 kuintal/hektar (3,13%) (BPS,

2012). Sekam padi mempunyai kandungan energi 14,5 MJ/kg, massa jenis 110 kg/m3 dan

kadar abu sekitar 20 % (Suyitno, 2009). Selama ini penggunaannya pada umumnya untuk

pembakaran batu bata dan media tanam.

Berbagai macam cara dapat dilakukan untuk menentukan karakteristik suatu material,

salah satu diantaranya dengan termal analisis. Dalam pengujian biomassa dengan

menggunakan analisis termal akan didapatkan parameter mengenai energi aktivasi, kadar

air, kadar volatil, karbon tetap, dan abu. Sementara itu, parameter tersebut sangat

1


commit to user

2

dipengaruhi oleh kondisi operasional selama pengujian. Kondisi tersebut diantaranya

lingkungan sekeliling reaktor dan laju kenaikan temperatur.

Penelitian ini akan melakukan karakterisasi terhadap biomassa serbuk gergaji, sekam

padi, tongkol jagung, dan campurannya melalui pengujian termal analisis. Termal analisis

yang digunakan jenis termogravimetri macro-thermobalance dengan menerapkan dua

metode yaitu pada kondisi temperatur tetap atau isothermal dan laju temperatur tetap atau

non-isothermal.

B. Rumusan Masalah

Karaktristik pembakaran biomassa sulit distandarisasi secara umum, mengingat

banyaknya macam dan jenis biomassa. Secara definisi biomassa adalah massa yang

dihasilkan dari proses metabolisme makhluk hidup. Sehingga dapat dibayangkan betapa

banyak aneka ragam dan jenis biomassa yang ada. Sementara itu, keberadaan limbah

biomassa pada umunya terbuang dan bercampur dengan limbah-limbah biomassa yang lain.

Untuk itu dalam penelitian ini akan mengkaji masalah perubahan profil dekomposisi

termal, energi aktivasi dan konstanta laju reaksi pembakaran biomassa campuran.

C. Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah untuk mengetahui perubahan profil

dekomposisi termal, energi aktivasi (Ea), dan konstanta laju reaksi (k) reaksi pembakaran

biomassa campuran. Biomassa campuran yang dimaksud adalah serbuk gergaji-tongkol

jagung dan serbuk gergaji-sekam padi.

D. Manfaat Penelitian

Setelah tercapainya tujuan dalam penelitian ini diharapkan diperoleh manfaat sebagai

berikut:

1. Memberikan pengetahuan tentang perubahan profil dekomposisi termal, energi aktivasi

(Ea), dan konstanta laju reaksi (k).

2. Memberi pengetahuan mengenai analisis termal di bawah kondisi isothermal dan non-

isothermal macro-thermobalance.

3. Dapat memberi pertimbangan dalam rekayasa bahan bakar padat biomassa.

4. Menghasilkan parameter kinetik termal yang mendekati aplikasi nyata.


commit to user

3

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

Karakterisasi suatu material dapat dilakukan secara termal yang lebih dikenal dengan

istilah analisis termal. Dalam analisis termal terbagi menjadi beberapa metode yaitu

thermogravimetri analysis (TGA), differential thermal analysis (DTA), dan differential

scanning calorimetry (DSC). Analisis termal dapat dilakukan untuk mengetahui karakter

material yang meliputi energi aktivasi, orde reaksi, diagram fasa, dan kalor.

Thermogravimetri analysis (TGA) merupakan salah satu teknik analisis termal dengan

melihat perubahan massa material terhadap temperatur dan waktu. Dalam pengujiannya,

material uji diletakkan dalam dapur pemanasan yang dapat dikontrol temperaturnya. Disisi

lain material uji juga ditimbang massanya setiap perubahan secara kontinyu. Sedangkan

temperatur pemanasan dapat dinaikkan dengan laju tertentu, yang lebih dikenal dengan

non-isothermal TGA. Metode yang lain, temperatur juga dapat dijaga tetap yang lebih

dikenal dengan isothermal TGA. Sementara atmosfer disekitar benda uji dapat dikondisikan

dalam lingkungan udara atau gas inert (N2), dengan laju massa tertentu.

Peubahan massa selama proses pengujian TGA disebabkan adanya dekomposisi dari

material, yang meliputi demoisturisasi, devolatilisasi, oksidasi ataupun reduksi tergantung

dari lingkungan atmosfer sekeliling. Reaksi-reaksi dekomposisi tersebut selanjutnya akan

dipelajari dalam kinetika reaksi.

Dalam kinetika reaksi akan diperoleh mengenai konstanta laju reaksi, orde reaksi dan

energi aktivasi. Secara umum laju reaksi dengan memperhitungkan pengaruh temperatur

diformulasikan oleh Arrhenius sebagai berikut (Sait et al., 2012):

)(.

fkdt

d ........................................................................................... (1)

Dimana ; t = waktu (det)

Faktor konversi

)(f Model reaksi

k Konstanta laju reaksi sebagai fungsi temperatur

Faktor konversi didefinisikan, sebagai berikut :

3


commit to user

4

Gambar 2.1. Penurunan massa terhadap temperatur

fi

Ti

mm

mm

.................................................................................................. (2)

Dimana : im massa awal (g)

fm massa akhir (g)

Tm massa aktual (g)

Sedangkan konstanta laju reaksi sebagai fungsi temperatur, dinyatakan sebagai berikut (Sait

et al., 2012):

)/( RTEaAek .................................................................................................... (3)

Dimana : A faktor pre-eksponensial

aE energi aktivasi (J/mol)

R konstanta gas = 8,314 J/K.mol

Model reaksi )(f dihitung berdasarkan (Sait et al., 2012):

nf )1()( ........................................................................... (4)

Dimana : n adalah orde reaksi

Substitusi dari persamaan (1), (3) dan (4) didapatkan persamaan (Sait et al., 2012):

)/(.)1.( RTEn aeAdt

d

..................................................................... (5)

Temperatur (K)

Mas

sa (

g)


commit to user

5

Persamaan (5) berlaku untuk kondisi pengujian isothermal TGA, sementara jika dilakukan

pada keadaan kenaikkan suhu konstan atau umum disebut non-isothermal TGA dengan laju

kenaikkan sebesar dt

dT , maka persamaan (5) menjadi (Sait et al., 2012):

)/(.)1.( RTEn aeA

dT

d

.................................................................... (6)

Dalam metode isothermal untuk mendapatkan harga energi aktivasi, dengan asumsi

bahwa reaksi terjadi pada orde 1 (satu), serta syarat batas awal dan akhir untuk

ttt 2121 ;0;;0 maka dari pengintragalan persamaan (5) didapatkan sebagai

berikut (Sait et al., 2012):

teA RTEa ..)1ln( )/( ...................................................................(7)

Dari masing-masing temperatur konstan akan diperoleh harga konstanta reaksi k.

Selanjutnya energi aktivasi Ea dan A diperoleh dengan ploting kurva logaritma dari

persamaan (3), yaitu ln(k) dengan T

1.

TR

EAk a 1

.lnln ......................................................................................... (8)

Sedangkan untuk metode non-isothermal TGA, dari pengintegralan persamaan (6)

diperoleh (Sait et al., 2012):

T

RTEn

dTeA

na

0

)/(1

1

)1(1

.............................................................................. (9)

Karena dTe RTEa )/( bukan intergral eksak, dimana )/( RTEae merupakan asimptot, sehingga

untuk orde yang lebih tinggi dapat diabaikan. Dan persamaan (9) menjadi (Sait et al.,

2012):

)/(21 2

11

)1(1 RTE

aa

n

aeE

RT

E

ART

n

............................................................ (10)

Penarikan logaritma persamaan (10), diperoleh (Sait et al., 2012):

RT

E

E

RT

E

AR

nTa

aa

n

21ln

)1(

)1(1ln

2

1

, untuk n 1 ........................... (11)

Jika diasumsikan aE

RT2<<< 1 , maka persamaan (11) menjadi (Sait et al., 2012):


commit to user

6

RT

E

E

AR

nTa

a

n

ln

)1(

)1(1ln

2

1

, untuk n 1 .................................................. (12)

Untuk menyederhanakan perhitungan orde reaksi dianggap kecil, dan persamaan (12)

menjadi (Sait et al., 2012):

RT

E

E

AR

Ta

a

ln

)1ln(ln

2 ...................................................................... (13)

Dari persamaan (12) dan (13) dan ploting data :

)1(

)1(1ln

2

1

nT

n

dengan

T

1, untuk n 1, dan

2

)1ln(ln

T

dengan

T

1, untuk n = 1

Akan didapatkan garis lurus dengan kemiringan R

Ea dan perpotongan sumbu vertikal di

aE

AR

ln .

B. Penelitian yang Relevan

Dekomposisi termal terhadap salbutamol telah dilakukan pengujian dengan

thermogravimetri dalam dua metode, yaitu temperatur tetap dan laju temperatur tetap (Felix

et al., 2009). Dari hasil penelitaannya dilaporkan bahwa energi aktivasi salbutamol untuk

kondisi temperatur tetap dan dalam lingkungan atmosfer nitrogen 50 mL/min sebesar E =

130 kJ/mol. Sedangkan energi aktivasi salbutamol untuk kondisi laju temperatur tetap dan

dalam lingkungan atmosfer udara 50 mL/min sebesar E = 134 kJ/mol.

Kurva TG/DTG dan DSC dari salbutamol pada jangkauan temeperatur 25 C – 600 C

dengan laju kenaikan temperatur 10 C/menit terlihat pada gambar 2.2. Dari kurva DSC

terlihat pada suhu 201C merupakan puncak reaksi endotermis dengan melelehnya sampel

pada perubahan entalpi H = 212 J/g. Sedangkan pada kurva TG/DTG menunjukkan

sampel pada kondisi stabil sampai suhu 180 C. Dekomposisi termal mulai terjadi pada

suhu 204 C, pada suhu 299 C mulai terjadi karbonisasi, dan pada suhu 580 C karbon

habis teroksidasi.


commit to user

7

Gambar 2.2. Kurva TG/DTG dan DSC dari salbutamol (Felix et al., 2009).

Kurva Isothermal TG diambil pada suhu 180 C, 185 C, 190 C, 195 C, dan 200 C

ditunjukkan pada gambar 2.3. Kurva tersebut digunakan untuk memplotting hubungan ln k

vs 1/T gambar 2.4, dan selanjutnya dengan regresi linier diperoleh slope atau kemiringan

kurva yang merupakan energi aktivasinya, sebesar Ea = 130 kJ/mol.

Gambar 2.3. Kurva isothermal TG pada suhu 180 C, 185 C, 190 C, 195 C, dan

200 C (Felix et al., 2009).


commit to user

8

Gambar 2.4. Ploting logaritma konstanta laju reaksi (ln t) vs Temperatur (1/T) yang

diperoleh dari persamaan Arrhenius (Felix et al., 2009).

Dekomposisi termal terhadap primaquine (PQ) diselidiki oleh Bertol et al. (2009).

Salah satu pengujian yang dilakukan adalaha dengan TG isothermal dan non-isothermal.

PQ adalah obat alternatif untuk penyembuhan plasmodium vivax malaria dalam bentuk

padat. Jangkauan temperatur yang diterapkan dalam pengujian TG yaitu mulai 298 K

sampai 873 K dengan kondisi lingkungan nitrogen dan udara. Diperoleh kurva TG seperti

ditunjukan pada gambar 2.5 sampai 2.8.

Gambar 2.5. Kurva non-isothermal Termogravimetri (TG) dari PQ

pada lingkungan nitrogen (Bertol et al., 2009).

TG

/%


commit to user

9

Gambar 2.6. Kurva non-isothermal Termogravimetri (TG) dari PQ

pada lingkungan udara (Bertol et al., 2009).

Gambar 2.7. Kurva isothermal Termogravimetri (TG) dari PQ

pada lingkungan nitrogen (Bertol et al., 2009).

Gambar 2.8. Kurva isothermal Termogravimetri (TG) dari PQ pada lingkungan udara (Bertol et al., 2009).

Untuk mengetahui lebih jauh kinetika reaksi yang terjadi pada pengujian isothermal TG

diterapkan temperatur 493 K, 488 K, 483 K, 478 K dan 473 K dibawah kondisi lingkungan

nitrogen dan udara. Sedangkan untuk non-isothermal TG diterapkan laju kenaikan

TG

/%

TG

/%

TG

/%


commit to user

10

temperatur 275,5 K/min, 278 K/min, 283 K/min, 288 K/min, dan 293 K/min dibawah

kondisi lingkungan nitrogen dan udara sampai tercapai temperatur 873 K.

Dari kurva dan pengolahan data hasil pengujian TG oleh Bertol et al. (2009), diperoleh

kesimpulan untuk dekomposisi PQ sebagaimana pada tabel 2.1 dan 2.2.

Tabel 2.1. Parameter kinetik yang diperoleh dengan motode non-isothermal (Bertol et al., 2009)

Lingkungan Energi Aktivasi

(Ea) Faktor

Pre-eksponensial (A) Orde

Reaksi Nitrogen 132,49 kJ/mol 1,490x1011 min-1 n = 0 Udara 120,34 kJ/mol 1,141x1010 min-1 n = 0

Tabel 2.2. Parameter kinetik yang diperoleh dengan motode Isothermal (Bertol et al.,2009)

Lingkungan Persamaan Regresi Korelasi (r2) Energi Aktivasi Nitrogen Kemiringan : -15,916

Perpotongan : 27,964 0,9736 132,33 kJ/mol

Udara Kemiringan : -11,469 Perpotongan : 19,417

0,9702 95,35 kJ/mol

Dehidrasi terhadap FePO4·2H2O menjadi FePO4 telah dilakukan penyelidikan oleh Xiao

et al. (2012). Dalam pengujian TGA non-isothermal dengan range suhu 30 C sampai 350

C pada laju kenaikan suhu 10 C/min dan pada lingkungan udara diperloeh hasil orde

reaksi, energi aktivasi dan ln A berturut-turut 0,63, 81,10 kJ/mol, dan 16,79 s-1. Sedangkan

untuk kondisi TGA isothermal dengan dipertahankannya pada suhu tetap sebesar 145 C

dan pada lingkungan udara, diperoleh hasil untuk orde reaksi, energi aktivasi dan ln A

berturut-turut 0,25, 81,47 kJ/mol, dan 16,70 s-1.

Serbuk gergaji sebagai bahan baku pembuatan briket telah dilakukan penelitian oleh

Diah Sundari Wijayanti pada tahun 2009. Dalam penelitiannya serbuk gergaji dicampur

dengan serbuk arang cangkang kelapa sawit dengan ukuran partikel serbuk masing-masing

mesh 50 dan mesh 70. Sedangkan komposisi campuran untuk serbuk gergaji-serbuk arang

cangkang kelapa sawit : 100-0 %, 90-10 %, 80-20 %, 70-30 %, 60-40 %, dan 50-50 %.

Diantara pengujian yang dilakukan adalah untuk mengetahui kadar kandungan karbon

tetap, abu, zat menguap (volatile matter), dan nilai kalor. Dengan penambahan prosentase

serbuk arang cangkang kelapa sawit terhadap serbuk gergaji akan menurunkan kadar zat

menguap pada briket. Sementara itu, karakter yang lain yaitu karbon tetap, kadar abu dan

nilai kalor mengalami peningkatan. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar 2.9.


commit to user

11

30

32

34

36

38

40

42

100%

:0%

90%

:10%

80%

:20%

70%

:30%

60%

:40%

50%

:50%

Komposisi bahan baku

Kad

ar z

at m

enguap

(%

) p

0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,0

100%

:0%

90%

:10%

80%

:20%

70%

:30%

60%

:40%

50%

:50%


Kad

ar a

bu (

%)

(a) (b)

0

10002000

3000

40005000

6000

70008000

9000

10

0%

:0%

90

%:1

0%

80

%:2

0%

70

%:3

0%

60

%:4

0%

50

%:5

0%


Nil

ai k

alo

r (k

al/g

)

52

53

54

55

56

57

58

59

60

10

0%

:0%

90

%:1

0%

80

%:2

0%

70

%:3

0%

60

%:4

0%

50

%:5

0%


Kad

ar k

arb

on

teri

kat

(%)o

(c) (d)

Gambar 2.9. (a) Rata-rata zat mudah menguap, (b) Rata-rata kadar abu, (c) Rata-rata nilai kalor, (d) Rata-rata kadar karbon tetap (Wijayanti, 2009).

Astriani (2011) melakukan proses pirolisis serbuk gergaji untuk mendapatkan asap cair.

Alat Pirolisis yang digunakan dilengkapi dengan tungku albakos, penampung tar,

kondensor, vacum, dan kompor gas. Variabel pengujian yang digunakan meliputi waktu

pirolisis, volume sampel, dan bahan sampel. Waktu pirolisis dan volume sampel dijaga

tetap, sedangkan bahan sampel divariasikan menurut jenis serbuk gergaji pada setiap

pengujian.


commit to user

12

Hasil percobaan dan perhitungan pirolisis serbuk gergaji selama 3 jam, diperoleh hasil

pada menit ke 60, 120, 180 massa jenisnya 0,904 g/ml, 0,896 g/ml, dan 0,800 g/ml,

sedangkan untuk viskositasnya berturut-turut adalah 0,278 cp, 0,236 cp, dan 0,210 cp.

Volume yang dihasilkan yaitu 70 ml, 30 ml, dan 11 ml dan untuk pH diperoleh 2, 3, dan 2.

Dari percobaan tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa semakin lama waktu pembakaran

serbuk gergaji maka semakin sedikit asap cair yang diperoleh, sehingga massa jenis dan

viskositasnya juga akan turun.

Karakterisasi pembakaran limbah tongkol jagung dalam bentuk briket dilakukan oleh

Saputro (2009). Pada tahap pembuatan, mula-mula tongkol jagung dikering dengan oven

sampai kadar air 12 % dari berat kering. Selanjutnya dihancurkan untuk mendapatkan

bentuk partikel serbuk dan diayak sehingga diperoleh ukuran serbuk 0,6 mm. Pembuatan

briket digunakan tepung kanji sebagai perekatnya.

Dalam penelitiannya Saputra (2009) menggunakan variabel tetap yaitu pemanasan awal

pada temperatur 200 C dan massa sampel 5 g. Sedangkan untuk variabel berubahnya

menggunakan variasi aliran udara yang masuk dalam ruang bakar. Variasi aliran udara yang

masuk meliputi 1 m/s, 0,8 m/s, dan 0,6 m/s dengan penampang aliran udara yang tetap

sebagaimana terlihat pada gambar 2.10.

Gambar 2.10. Alat uji pembakaran (Saputro, 2009).

Dari hasil pengujian menunjukkan pada kecepatan aliran udara 0,6 m/s tercapai

temperatur pembakaran tertinggi sebesar 292 C dengan laju pembakaran tercepat 5 g

dalam 21 menit. Pada kecepatan aliran tersebut, juga menunjukkan laju pengurangan massa

tercepat. Hal ini dapat dilihat dari grafik gambar 2.11 dan 2.12.


commit to user

13

Gambar 2.11. (a).Perubahan temperatur dan (b). Perubahan

massa terhadap waktu (Saputro, 2009).

Gambar 2.12. Laju pembakaran terhadap waktu (Saputro, 2009).

(a)

(b)


commit to user

14

Penyelidikan terhadap serbuk gergaji pohon pinus telah dilakukan oleh Kuo-Chao et al.

(2009). Dalam penyelidikannya serbuk gergaji dengan berat 5 mg dan ukuran serbuk 58 m

dilakukan proses pembakaran pada lingkungan fluida kerja udara. Untuk mendapatkan

parameter kinetik pembakarannya digunakan analisis termogravimetri pada kondisi

pemanasan isotermal, yaitu 500 C, 600 C, 700 C, dan 800 C. Kurva DTG ditunjukan

pada gambar 2.13 dan 2.14.

ll

Gambar 2.13. Laju fraksi massa (dX/dt) serbuk gergaji pohon pinus pada kondisi

isothermal (a)500 C dan (b)600 C (Kuo-Chao et al., 2009).

Gambar 2.14. Laju fraksi massa (dX/dt) serbuk gergaji pohon pinus pada kondisi

isothermal (a).700 C dan (b).800 C (Kuo-Chao et al., 2009).

(b)

(a) (b)

(a)

Laj

u fr

aksi

mas

sa (

dX/d

t)

Laj

u fr

aksi

mas

sa (

dX/d

t)

Laj

u fr

aksi

mas

sa (

dX/d

t)

Laj

u fr

aksi

mas

sa (

dX/d

t)


commit to user

15

Dari hasil data dan analisa diperoleh bahwa konstanta laju reaksi pembakaran (k) dari

temperatur tetap 500 C ke 800 C. Untuk pembakaran volatile matter dari selulosa (VM2)

harga k meningkat dari 0,32 s-1 menjadi 0,89 s-1. Sedangkan untuk pembakaran karbon

tetap harga k menurun dari 0,15 s-1 menjadi 0,11 s-1.

Sementara untuk laju kehilangan massa terbesar terjadi pada temperatur 800 C

dibandingkan temperatur dibawahnya. Hal ini dikarenakan proses devolatilisasi dan

oksidasi karbon oleh udara terjadi secara bersamaan.

Pirolisis campuran batu bara dan biomassa dilakukan oleh Ulloa et al. (2009) untuk

membuktikan ada tidaknya interaksi antara kedua bahan tersebut selama proses pirolisis.

Digunakan dua jenis batu bara yaitu batu bara-B (Bitsch coal) dan batu bara-L (Lemington

coal). Sementara untuk biomassa digunakan serbuk gergaji dari kayu pinus radiata. Semua

masing-masing bahan dihancurkan sehingga memenuhi ukuran partikel 53-75 m.

Selanjutnya dibuat campuran dengan komposisi 50-50% berat antara batu bara B-serbuk

gergaji dan batu bara L-serbuk gergaji.

Laju pemanasan dibuat tiga variasi yaitu 10, 30, 50 °C/min hingga mencapai temperatur

1200 °C pada lingkungan fluida kerja nitrogen. Dari hasil percobaan pada tabel 2.3.

terdapat tiga peristiwa temperatur yang penting terlihat yaitu tahap 1, tahap 2 dan tahap 3.

Tabel 2.3. Peristiwa temperatur selama pirolisis (Ulloa et al., 2009)

Thermal Event 1 Thermal Event 2

Thermal Event 3

Sampel Heating rate

(C/min) TI1(C) PT1(C)

Coversion (%daf)

%VM1200 TI2 (PT1)-FT2

(C) TI3-FT3 (C) %VM1200

PT2 (C)

S 10 30 50

270 280 280

358,9 379,9 377,4

49,95 50,75 41,76

56,88 63,85 50,40

358,9-1200 379,9-1200 377,4-1200

- - -

- - -

- - -

B 10 30 50

300 330 330

444,2 454,8 484,0

23,56 20,40 24,10

42,35 48,28 38,42

439,2-1200 454,8-1200 458,4-1200

- - -

- - -

- - -

L 10 30 50

400 425 430

458,9 484,6 485,1

17,46 17,74 17,13

37,92 43,02 39,60

458,9-1200 484,6-1200 485,1-1200

- - -

- - -

- - -

B-S 10 30 50

280 300 300

359,1 379,0 378,3

30,17 30,71 24,23

40,50 44,12 34,68

359,1-399,0 379,0-423,9 378,3-458,9

399,0-1200 423,9-1200 458,9-1200

52,53 51,41 47,97

438,9 453,6 484,6

L-S 10 30 50

285 290 295

359,1 378,9 378,3

28,14 29,26 22,93

41,40 45,81 35,84

359,1-399,0 378,9-423,7 378,3-433,4

399,0-1200 423,7-1200 433,4-1200

55,77 52,61 52,08

448,9 468,4 485,0

Dari tahap 1 dan 2 tidak terlihat pernyimpangan yang berarti dari volatile matter yang

dihasilkan dari campuran. Akan tetapi pada tahap 3 masih adanya volatile matter yang


commit to user

16

terbentuk dari campuran dibandingkan sebelum dicampur. Sehingga bisa dikatakan proses

pembentukan karbon dari campuran menjadi terhambat sebagai akibat dari jangkauan

temperatur devolatilisasi yang melebar.

Bahan bakar tambahan untuk boiler dari biomassa berbentuk pelet yang merupakan

campuran jerami dan batu bara telah diteliti oleh Wang et al. (2008). Pada tahap

persiapannya jerami dibiarkan kering secara alami pada udara bebas selama 2 bulan dan

batu bara dihancurkan sehingga memenuhi ukuran partikel 80 m. Setelah jerami dan batu

bara berbentuk serbuk dilakukan pencetakan dingin menjadi pelet dengan ukuran diameter

6 mm dan panjang 5-15 mm. Penambahan serbuk batu bara pada pelet jerami dibuat tiga

variasi, yaitu 5 %, 8 % dan 11 % massa.

Untuk mendapatkan informasi unjuk kerja pembakaran pelet biomassa tersebut

dilakukan pengujian dengan termogravimetri dengan laju kenaikkan temperatur 15 K/min

sampai bahan habis terbakar. Sedangkan unjuk kerja pembakaran dinyatakan dengan faktor

(S) yang dihitung berdasarkan rumus berikut (Wang et al., 2008):

hi

mean

TT

dtdmdtdmS

.

)/.()/(2

max ................................................................................ (14)

Dimana :

max

dt

dm = Laju pembakaran maksimum, %/min

meandt

dm

= Laju pembakaran rata-rata, %/min

2iT = Temperatur penyalaan, K

hT = Temperatur akhir pembakaran, K

Dari hasil data dan analisa diperoleh peningkatan unjuk kerja pembakaran tertinggi

pada penambahan serbuk batu bara 5 % sebesar 4,98 x 10-7. Selengkapnya dapat dilihat

pada tabel 2.4.

Tabel 2.4. Faktor unjuk kerja pembakaran (S) (Wang et al., 2008). (dm/dt)max (dm/dt)mean Ti (K) Th (K) S x 10-7 Order

Strawdust Wheat straw WS89% +C11% WS92% + C8% WS95% + C5%

18,40 28,30 22,94 32,47 39,93

3,37 3,15 2,79 2,87 2,87

552 550 550 552 550

770 755 800 770 760

2,64 3,90 2,64 3,97 4,98

5 3 4 2 1


commit to user

17

Dengan dasar karya-karya ilmiah tersebut maka dalam penelitian ini bermaksud

mengambil permasalahan mengenai analisis termal pada serbuk gergaji yang dicampur

dengan tongkol jagung dan sekam padi. Analisis termal yang digunakan adalah jenis

macro-thermobalance di bawah kondisi isothermal dan non-isothermal.

C. Kerangka Berfikir

Serbuk gergaji merupakan limbah biomassa kayu. Sementara kayu itu sendiri terdiri

dari beragam jenis dan varietasnya. Sehingga untuk menstandarisasi bahan bakar dari

biomassa kayu sulit dilakukan. Walaupun secara uji proksimat terdapat kandungan yang

sama yaitu air, volatil, karbon tetap dan abu. Namun dalam pembakarannya mempunyai

prilaku yang berbeda-beda.

Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian mengenai karakteristik pembakaran

biomassa serbuk gergaji dengan mencampur biomassa yang lain, dalam hal ini tongkol

jagung dan sekam padi. Dengan penelitian ini diharapkan dapat merekayasa dan

mengendalikan pembakaran biomassa kayu.

Dalam penelitian ini dipilih metode macro-thermobalance untuk menganalisis perilaku

pembakaran biomassa serbuk gergaji. Karena dalam pengujian ini menggunakan jumlah

massa sampel yang besar yaitu 10 g. Hal ini dengan maksud untuk mendapatkan parameter

kinetik yang lebih mendekati aplikasi pembakaran biomassa dalam realita.

D. Hipotesa

Berdasarkan kajian terhadap teori dan penelitian-penelitian sebelumnya, maka dapat

diambil dugaan awal bahwa profil dekomposisi termal, energi aktivasi (Ea), dan konstanta

laju reaksi (k) pembakaran biomassa kayu akan mengalami perubahan sebelum dan sesudah

biomassa dilakukan pencampuran.


commit to user

18

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Bahan dan Alat Penelitian

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah biomassa yang berasal dari

serbuk gergaji, tongkol jagung, dan sekam padi. Sedangkan peralatan yang digunakan

dalam penelitian ini meliputi :

1. Satu unit alat macro-thermobalance

Bagian-bagian peralatan ini terdiri dari:

- Ruang pemanas.

Panas dibangkitkan oleh elemen pemanas listrik dari bahan Nikel-Krom.

Digunakan untuk menaikkan temperatur pada benda uji. Temperatur maksimal yang

dapat dicapai sekitar 800 C.

- Satu unit regulator suhu.

Terdiri dari rangkaian thermostat untuk mengatur suhu dapur pemanasan.

- Satu unit timbangan massa.

Digunakan untuk menampilkan setiap perubahan massa dari sampel sebagai akibat

adanya dekomposisi.

- Dua unit komputer.

Digunakan untuk merekam jejak perubahan massa, temperatur dan waktu.

- Termokopel

Digunakan untuk mengamati suhu pada material uji.

2. Ayakan

Digunakan untuk menyeragamkan ukuran serbuk biomassa. Ukuran ayakan yang

digunakan yaitu 40 dan 60 mesh.

3. Mesin penghancur (Crusher machine)

Tipe disk/piringan Crusher dengan motor: 3 phase, 3,5 hp, 2840 rpm, 380 v, 50 Hz.

Digunakan untuk menghancurkan tongkol jagung dan sekam padi sehingga menjadi

partikel serbuk.

4. Timbangan digital

Merk AND seri GF300 dengan ketelitian pengukuran hingga 0,001 g dan

kemampuan maksimal 300 g.

18


commit to user

19

5. Mixer

Maspion MT-1150, 200 W, 5 kecepatan, digunakan untuk membuat campuran serbuk

biomassa, sehingga dapat diperoleh campuran yang homogen

6. ADAM data aquisisi seri 4018

B. Prosedur Penelitian

Langkah – langkah yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Penyediaan biomassa berupa serbuk gergaji, tongkol jagung dan sekam padi , yang

mana bahan-bahan tersebut merupakan limbah produksi.

2. Persiapkan alat pengujian macro-thermobalance dan alat bantunya.

3. Persiapan material uji :

a. Menghancurkan biomassa yang belum berbentuk serbuk, yaitu tongkol jagung

dan sekam padi, sehingga menjadi partikel serbuk.

b. Ayak material uji dengan ayakan +40/-60 mesh

c. Serbuk biomassa dikeringkan dalam oven dengan dengan temperatur 50C

selama 2 jam.

d. Mencampur serbuk gergaji dengan sekam padi dan tongkol jagung sesuai

dengan komposisi yang direncanakan hingga homogen

e. Pembuatan sampel

Variasi sampel dan pengkodenan ditunjukkan pada tabel 3.1.

Tabel 3.1. Kode sampel

Kode sampel Prosentase massa campuran biomassa

SJ0 Serbuk gergaji 100 % ditambah tongkol jagung 0 %





SP0 Serbuk gergaji 100 % ditambah sekam padi 0 %





f. Menimbang sampel seberat 10 g.


commit to user

20

g. Melakukan pengujian metode non-isothermal dengan range suhu 30 C sampai

600 C. dengan laju kenaikkan suhu 20 C/menit dan aliran udara 20 l/s.

h. Melakukan pengujian metode isothermal dengan suhu tetap 319 C, 316 C,

311 C, dan 306 C

4. Skema alat pengujian macro-thermobalance.

Gambar 3.1. Skema instalasi pengujian macro-thermobalance

Keterangan gambar

1. Komputer 7. Kontaktor 20A

2. ADAM 4018 Data logger 8. Autonics TC4S temperatur kontroler

3. A&D GF 300 Timbangan 9. Saklar

4. Termokopel

5. Cawan sampel

6. Elemen Nikel-Krom


commit to user

21

C. Skema Penelitian

Gambar 3.2. Skema penelitian

Mulai

Persiapan alat macro-thermobalance dan pengadaan serbuk gergaji, sekam padi dan tongkol jagung

Tongkol jagung dan sekam padi di crushing untuk memperkecil ukuran

Serbuk gergaji yang keberadaanya sudah berupa serbuk tidak

dilakukan crushing

Pengeringan dengan oven pada temperatur 50 C selama 2 jam, untuk menurunkan kadar air dibawah 12 %

Pengayakan untuk memenuhi ukuran +40/-60 mesh

Pencampuran serbuk gergaji dengan tongkol jagung dan serbuk gergaji dengan sekam padi, yaitu SJ0, SJ25, SJ50, SJ75, SJ100, SP0, SP25,

SP50, SP75, dan SP100

Pengujian macro-thermobalance

dengan massa sampel 10 g

Pengujian TGA dengan massa sample 25 mg

Pengolahan data untuk mendapatkan energi aktivasi dan konstanta laju reaksi

Analisa dan pembahasan

Selesai

Pengujian proximate serbuk gergaji, tongkol jagung dan sekam padi untuk mengetahui kadar

air, volatil, karbon tetap, dan abu

Kesimpulan


commit to user

22

D. Variabel Penelitian

Beberapa variabel yang digunakan dalam penelitian ini antara lain:

1. Tiga macam bahan biomassa yang digunakan, yaitu serbuk gergaji, tongkol

jagung dan sekam padi.

2. Prosentase massa campuran tongkol jagung dalam serbuk gergaji atau sekam padi

dalam serbuk gergaji divariasikan mulai 0 %, 25, %, 50 %, 75 %, dan 100 %.

3. Dua kondisi pengujian termal dilakukan, yaitu isothermal dan non-isothermal.

E. Desain Eksperimen

Selama proses pengujian, pengambilan data dan pengolahannya mengikuti lembar

data sebagai berikut :

a. Isothermal

Temperatur = …….. K

t m

fi

ti

mm

mm

1 )1ln(

Plotting )1ln( vs t

dan buat regresi linier,

didapat harga k

k ln k 1/T

Plotting ln k vs 1/T, buat regresi linier dan

didapatkan harga Ea dan A

b. Non-isothermal

Laju kenaikan temperatur, = ........ K/min

t T m

fi

ti

mm

mm

1

)1ln( T2 2

)1ln(

T

2

)1ln(ln

T

1/T

Plotting 2

)1ln(ln

T

vs 1/T, buat regresi linier, didapat harga Ea dan A


commit to user

23

F. Pelaksanaan Penelitian

Kegiatan penelitian dilakukan di laboratorium material Jurusan Teknik Mesin UNS

Surakarta dan beberapa pengujian yang dilakukan di luar UNS seperti terlihat pada tabel

3.2.

Tabel 3.2. Tempat kegiatan penelitian

No Kegiatan Tempat

1 Persiapan, pengolahan dan pembuatan

sampel uji

Laboratorium Material

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik, UNS

2 Pengujian macro-thermobalance Laboratorium Material

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik, UNS

3 Pengujian proximate Laboratorium PAU UGM

4 Pengujian TGA Laboratorium MIPA UNS


commit to user

24

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Macro-thermobalance

Dalam penelitian ini menggunakan metode macro-thermobalance yaitu pengujian

termogravimetri dengan menggunakan sampel dalam jumlah yang besar yaitu 10 g.

Sementara pada umumnya pengujian termogravimetri menggunakan sampel dalam jumlah

yang kecil berkisar antara 1-100 mg yang lebih dikenal dengan istilah TGA. Macro-

thermobalance dipilih dengan pertimbangan semakin dekat dengan realitas pembakaran

biomassa untuk mendapatkan energi yang dilakukan dalam jumlah massa yang besar.

Dalam metode ini terdapat perbedaan temperatur antara sampel (Ts) dan reaktor (Tr)

yang cukup signifikan. Hal ini dapat dilihat pada gambar 4.1. pengujian terhadap biomassa

tunggal dengan jumlah massa serbuk 10 g. Simpangan rata-rata antara Tr dan Ts untuk

serbuk gergaji, tongkol jagung, dan sekam padi masing-masing sebesar 58 C, 58 C, dan

54 C. Simpangan tersebut dikarenakan jarak antara cawan sampel dan dinding reaktor ya-

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Ts

Tr

DTG

TG

DT

G (

d(1-a

)/d

t)

TG

(1- a

)

Waktu (menit)

Serbuk gergaji Tongkol jagung Sekam padi

-0.20

-0.15

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

0.15

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Tem

per

atu

r T

r d

an T

s (

C)

Gambar 4.1. Pembakaran serbuk gergaji, tongkol jagung dan sekam padi dengan metode

macro-thermobalance, ukuran partikel +40/-60 mesh, dan laju kenaikan

temperatur 20 C/menit.

24


commit to user

25

ng cukup lebar, jumlah massa sampel yang besar, adanya reaksi endotermis dan eksotermis.

Jarak radius antara cawan sampel dan dinding rekator kurang lebih 2,5 cm dengan aliran

udara masuk 20 l/s. Sehingga terjadi kerungian panas dari dinding reaktor ke sampel oleh

konveksi udara. Sedangkan jumlah massa sampel serbuk yang besar akan menimbulkan

gradien temperatur dalam sampel yang lebar. Sementara dari reaksi endotermis panas yang

diterima sampel digunakan untuk penguapan dan devolatilisasi. Selanjutnya panas dalam

reaktor mendapat tambahan ketika berlangsung reaksi eksotermis, yaitu oksidasi karbon

tetap. Sehingga pada saat tertentu Tr lebih besar dari Ts dan pada saat yang lain Ts lebih

besar dari Tr.

Pada tahap pengeringan gradient kenaikan temperatur serbuk gergaji lebih kecil

dibandingkan dengan tongkol jagung dan sekam padi. Hal ini dapat dilihat pada grafik Ts

gambar 4.1, dimana posisi serbuk gergaji berada dibawah tongkol jagung dan sekam padi.

Hal ini disebabkan serbuk gergaji mempunyai kadar air 9,73 % lebih besar dibanding

tongkol jagung 3,92 % dan sekam padi 3,29 %. Sementara menurut Basu (2010), kadar air

yang tinggi akan meningkatkan panas jenis biomassa.

Meningingat proses pembakaran biomassa lignocellulosic merupakan reaksi yang

kompleks, maka untuk menyederhanakan diasumsikan hanya terdapat reaksi tunggal atau

reaksi orde satu. Untuk itu grafik TG grafik macro-thermobalance perlu dibagi menjadi

beberapa zona yaitu zona A, zona B, dan zona C seperti terlihat pada gamabar 4.2. Zona A

merupakan daerah pengeringan, zona B daerah devolatilisasi, dan zona C daerah oksidasi

karbon tetap. Pembagian zona ini juga dilakukan oleh Qing et al. (2011) dalam analisis

termogravimetri pembakaran campuran oil-shale dengan biomassa.

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0 5 10 15 20 25 30Menit

1- a

Gambar 4.2. Zona penting dalam dekomposisi termal biomassa

Zona A Zona B

Zona C

Waktu (menit)

Fra

ksi

mas

sa (

1-

α)


commit to user

26

B. Profil Dekomposisi Termal

Dari hasil pengujian macro-thermobalance terhadap serbuk gergaji, tongkol jagung, dan

sekam padi sebelum dilakukan pencampuran diperoleh grafik TG dan DTG seperti terlihat

pada gambar 4.3. Fraksi massa pada tahap pengeringan, serbuk gergaji lebih besar

dibanding dengan tongkol jagung dan sekam padi. Hal ini ada kesesuaian dengan hasil uji

proximate pada tabel 4.1, dimana kadar air serbuk gergaji, tongkol jagung, dan sekam padi

berturut-turut 9,73 %, 3,92 %, dan 3,29 %. Demikian juga fraksi massa pada tahap

devolatilisasi, tongkol jagung mempunyai fraksi massa terbesar, disusul serbuk gergaji dan

sekam padi.

0 5 10 15 20

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

DTG

Serbuk gergaji, +40/-60 mesh

Tongkol jagung, +40/-60 mesh

Sekam padi, +40/-60 mesh

TG

DT

G (

d(1

-a

dt)

TG

(1

-a

)

Waktu (menit)

-0.14

-0.07

0.00

0.07

Gambar 4.3. TG dan DTG pembakaran serbuk gergaji, tongkol jagung dan

sekam padi.

Tabel 4.1. Hasil uji proximate

Air Volatil Karbon tetap Abu Biomassa

Wt % Wt % Wt % Wt %

Nilai kalor (kal/g)

Serbuk gergaji 9,73 64,01 24,46 1,80 4885,70

Tongkol jagung 3,92 70,10 24,35 1,63 4444,26

Sekam padi 3,29 55,47 20,80 20,44 3573,21


commit to user

27

Besar fraksi massa pada masing-masing tahap, tidak secara langsung sebanding dengan

waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi. Pada tahap pengeringan, tongkol jagung

mempunyai waktu tercepat dibanding dengan sekam padi dan serbuk gergaji. Sedangkan

sekam padi mempunyai waktu pengeringan terlama dibanding dengan tongkol jagung dan

serbuk gergaji. Padahal serbuk gergaji mempunyai kadar air terbesar dan sekam padi

mempunyai kadar air terkecil dibanding lainnya.

Parameter yang lebih dekat hubungannya dengan waktu reaksi pengeringan adalah bulk

densitas. Bulk densitas tongkol jagung, serbuk gergaji, dan sekam padi masing-masing

adalah 0,168 gr/cm3, 0,240 gr/cm3, 0,310 gr/cm3. Semakin besar bulk densitas maka waktu

reaksi lebih lebih lama, sehingga sekam padi mempunyai waktu pengeringan yang lebih

lama dibanding dengan tongkol jagung dan serbuk gergaji. Pada tahap devolatilisasi

gambar 4.3, semakin kekanan berarti bulk densitasnya semakin besar, dan begitu

sebaliknya.

Setelah dilakukan pencampuran antara serbuk gergaji dengan tongkol jagung terdapat

perubahan profil dekomposisi termal dari hasil pengujian macro-thermobalance seperti

ditunjukan pada gambar 4.4. Secara umum waktu pengeringan pada sampel campuran men-

0 5 10 15 20

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

DTG

TG

DT

G (

d(1-a

)/d

t)

SJ0 SJ25 SJ50 SJ75 SJ100

TG

(1-a

)

Waktu (menit)

-0.16

-0.08

0.00

0.08

0.16

Gambar 4.4. Pembakaran campuran serbuk gergaji dan tongkol jagung dengan metode

macro-thermobalance, ukuran partikel +40/-60 mesh, dan laju kenaikan

temperatur 20 C/menit


commit to user

28

jadi lebih lama, hal ini ditandai dengan awal terjadinya devolatilisasi pada grafik TG

bergeser kekanan. Selain itu, pada sampel campuran menyebabkan laju devolatilisasi

berlangsung lebih cepat, hal ini terlihat puncak minimum grafik DTG yang lebih rendah.

Dalam hal ini bulk densitas tidak bisa menjadi dasar perubahan tersebut, karena harga bulk

densitas sampel campuran pasti berada diantara serbuk gergaji dan tongkol jagung.

Hal serupa juga diperoleh dari hasil pengujian macro-thermobalance terhadap campuran

serbuk gergaji dan sekam padi yang ditujukan pada gambar 4.5. Dimana waktu pengeringan

sampel campuran berlangsung lebih lama dibanding serbuk gergaji atau sekam padi.

Sementara kecenderungan peningkatan laju devolatilisasi kurang terlihat dibandingkan

dengan campuran serbuk gergaji-tongkol jagung. Dalam hal ini bulk densitas juga tidak bisa

menjadi dasar perubahan tersebut, karena harga bulk densitas sampel campuran pasti

berada diantara serbuk gergaji dan sekam padi.

0 5 10 15 20 25

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

DTG

TG

DT

G (

d(1

- a)/

dt)

SP0 SP25 SP50 SP75 SP100

TG

(1

- a)

Waktu (menit)

-0.12

-0.06

0.00

0.06

Gambar 4.5. Pembakaran campuran serbuk gergaji dan sekam padi dengan metode macro-

thermobalance, ukuran partikel +40/-60 mesh, dan laju kenaikan

temperatur 20 C/menit

Dalam hal campuran yang heterogen dari jenis biomassa terdapat gradien temperatur

yang disebabkan oleh perbedaan panas jenis pada masing-masing biomassa. Besarnya

panas jenis biomassa tergantung pada kadar air dan temperatur (Basu, 2010). Karena kadar

air serbuk gergaji, tongkol jagung, dan sekam padi mempunyai harga yang tidak sama,


commit to user

29

maka pada akhirnya terdapat geradien temperatur pada sampel campuran pada tahap

pengeringan.

Gradien temperatur dalam sampel campuran akan menyebabkan terjadinya proses self

cooling atau self heating antar partikel serbuk dalam sampel ( L’vov, 2007). Pada proses

tersebut diperlukan waktu sehingga tercapai temperatur bersama antar partikel serbuk yang

berbeda jenis biomassanya. Oleh karena itu, pada campuran serbuk gergaji dan tongkol

jagung diperlukan waktu untuk self cooling atau self heating sehingga tercapai temperatur

dan pengeringan bersama. Demikian juga untuk tahap pengeringan campuran serbuk

gergaji dan sekam padi.

C. Energi Aktivasi

Dari hasil pengujian macro-thermobalance non-isothermal dengan laju kenaikan

temperatur reaktor 20 C/menit dalam aliran udara 20 l/s. diperoleh hasil energi aktivasi

pembakaran karbon seperti terlihat paga gambar 4.6. Sebelum dilakukan pencampuran

serbuk gergaji, tongkol jagung, dan sekam padi mempunyai energi aktivasi masing-masing

sebesar 88,44 kJ/mol, 87,64 kJ/mol, dan 92,71 kJ/mol. Setelah dilakukan pencampuran

serbuk gergaji-tongkol jagung dan serbuk gergaji-sekam padi, energi aktivasi cenderung

0 25 50 75 10010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Tongkol jagung Sekam padi Fitting kurva, polinomial orde 2 Fitting kurva, polinomial orde 2

Ea

(kJ/

mo

l)

Prosentase massa (%)

Gambar 4.6. Ea campuran serbuk gergaji-tongkol jagung dan serbuk gergaji-

sekam padi non-isothermal


commit to user

30

meningkat. Energi aktivasi tertinggi campuran diperoleh pada sampel SJ50 sebesar 118,73

kJ/mol dan pada sampel SP75 sebesar 110,65 kJ/mol.

Sedangkan untuk pengujian macro-thermobalance isothermal dengan variasi

temperature tetap 592 K, 589 K, 584 K, dan 579 K, diperoleh hasil energi aktivasi

pembakaran karbon seperti terlihat paga gambar 4.7. Sebelum dilakukan pencampuran

serbuk gergaji, tongkol jagung, dan sekam padi mempunyai energi aktivasi masing-masing

sebesar 25,31 kJ/mol, 41,41 kJ/mol, dan 34,70 kJ/mol. Setelah dilakukan pencampuran

serbuk gergaji-tongkol jagung dan serbuk gergaji-sekam padi, energi aktivasi cenderung

meningkat. Energi aktivasi tertinggi campuran diperoleh pada sampel SJ75 sebesar 73,33

kJ/mol dan pada sampel SP50 sebesar 99,24 kJ/mol.

0 25 50 75 10010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120 Tongkol jagung Sekam padi Fitting kurva,

polinomial orde 2 Fitting kurva,

polinomial orde 2

Ea

(kJ/

mo

l)


Gambar 4.7. Ea campuran serbuk gergaji-tongkol jagung dan serbuk gergaji-

sekam padi isothermal

D. Konstata Laju Reaksi

Dengan menerapkan laju kenaikan temperatur 20 C/menit dan aliran udara 20 l/s yang

sama, maka konstanta laju reaksi pembakaran karbon tetap dari variasi campuran dapat

dihitung dan diperbandingkan seperti ditunjukan pada gambar 4.8. Sebelum dilakukan

pencampuran serbuk gergaji, tongkol jagung, dan sekam padi mempunyai konstanta laju

reaksi masing-masing sebesar 8,4x10-3 min-1, 5,4x10-3 min-1, dan 5,1x10-3 min-1. Setelah


commit to user

31

dilakukan pencampuran serbuk gergaji-tongkol jagung dan serbuk gergaji-sekam padi,

terjadi perubahan yang cukup signifikan pada prosentase massa 50 %. Konstanta laju reaksi

tongkol jagung 50 % sebesar 10,1x10-3 min-1 dan sekam padi 50 % sebesar 4,5x10-3 min-1.

0 25 50 75 1003

4

5

6

7

8

9

10

11

Fitting kurva, polinomial orde 2 Fitting kurva, polinomial orde 2

Tongkol jagung Sekam padi

k x

10

-3(m

in-1)


Gambar 4.8. Konstanta laju reaksi campuran serbuk gergaji-tongkol jagung dan serbuk

gergaji-sekam padi non-isothermal

Sedangkan konstanta laju reaksi yang diperoleh dari macro-thermobalance isothermal

dengan empat variasi temperatur tetap yaitu 592 K, 589 K, 584 K, dan 579 K ditunjukan

pada gambar 4.9. Secara umum konstanta laju reaksi meningkat dengan naiknya tempetarur

isothermal. Hal ini terlihat semakin tinggi temperatur, maka posisi grafik semakin keatas.

Sehingga pada temperatur 579 K mempunyai konstanta laju reaksi lebih rendah dibanding

temperatur 589 K, 584 K, dan 579 K.

Setelah dilakukan pencampuran serbuk gergaji-tongkol jagung dan serbuk gergaji

sekam padi terjadi perubahan yang signifikan pada prosentase massa 50 %. Sebelum

dilakukan pencampuran serbuk gergaji, tomgkol jagung, dan sekam padi pada temperatur

579 K mempunyai konstanta laju reaksi sebesar 7,3x10-3 min-1, 7,3x10-3 min-1, dan 5,6x10-3

min-1. Setelah dicampur konstanta laju reaksi pada temperatur tersebut untuk tongkol

jagung 50 % dan sekam padi 50 % masing-masing sebesar 6,4 579 K x10-3 min-1 dan

3,9x10-3 min-1.


commit to user

32

0 25 50 75 1003

4

5

6

7

8

9

10

Fitting kurva, polinomial orde 2 Fitting kurva, polinomial orde 2 Fitting kurva, polinomial orde 2 Fitting kurva, polinomial orde 2

592 K589 K584 K579 K

k x

10

-3(m

in-1

)

Prosentase massa tongkol jagung (%)

0 25 50 75 1003

4

5

6

7

8

9

10 Fitting kurva, polinomial orde 2 Fitting kurva, polinomial orde 2 Fitting kurva, polinomial orde 2 Fitting kurva, polinomial orde 2

592 K589 K584 K579 K

k x

10

-3(m

in-1)

Prosentase massa sekam padi (%)

Gambar 4.9. Konstanta laju reaksi campuran: a. serbuk gergaji-tongkol jagung,

b. serbuk gergaji-sekam padi isothermal

(a)

(b)


commit to user

33

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan hasil yang diperoleh dari data dan analisa, maka dapat disimpulkan sebagai

berikut:

1. Energi aktivasi pembakaran karbon tetap non-isothermal sebelum dicampur serbuk

gergaji, tongkol jagung, dan sekam padi adalah 88,44 kJ/mol, 87,64 kJ/mol, dan 92,71

kJ/mol. Setelah dilakukan pencampuran serbuk gergaji-tongkol jagung dan serbuk

gergaji-sekam padi diperoleh perubahan Ea yang berkisar antara 87,64 kJ/mol – 118,73

kJ/mol.

2. Energi aktivasi pembakaran karbon tetap isothermal sebelum dicampur serbuk gergaji,

tongkol jagung, dan sekam padi adalah 25,31 kJ/mol, 41,41 kJ/mol, dan 34,70 kJ/mol.

Setelah dilakukan pencampuran serbuk gergaji-tongkol jagung dan serbuk gergaji-

sekam padi diperoleh perubahan Ea yang berkisar antara 24,89 kJ/mol – 99,24 kJ/mol.

3. Kontanta laju reaksi pembakaran karbon tetap non-isothermal sebelum dicampur serbuk

gergaji, tongkol jagung, dan sekam padi adalah 8,4x10-3 min-1, 5,4x10-3 min-1, dan

5,1x10-3 min-1. Setelah dilakukan pencampuran serbuk gergaji-tongkol jagung dan

serbuk gergaji-sekam padi diperoleh perubahan k yang berkisar antara 4,5x10-3 min-1 –

10,1.10-3 min-1.

4. Kontanta laju reaksi pembakaran karbon tetap isothermal sebelum dicampur serbuk

gergaji, tongkol jagung, dan sekam padi berkisar antara 5,6x10-3 min-1 – 8,8x10-3 min-1.

Setelah dilakukan pencampuran serbuk gergaji-tongkol jagung dan serbuk gergaji-

sekam padi diperoleh perubahan k yang berkisar 3,9x10-3 min-1 – 9,5x10-3 min-1.

B. Saran

Mengingat dekomposisi termal serbuk gergaji berjalan secara kontinyu, maka perlu

dilakukan penyelidikan lebih lanjut mengenai hunbungan antara energi aktivasi yang

diperoleh dari model kinetik yang terdistribusi yaitu DAEM (distributed activation energy

model) dengan energi aktivasi dari model global kinetik. Dengan tujuan diperoleh

gambaran mengenai ada dan tidaknya hubungan antara reaksi satu dengan yang lainnya.


commit to user

34

DAFTAR PUSTAKA

Astriani, Leny Dewi. 2011. Pengembangan Serbuk Gergaji Menjadi Bio-Oil

Menggunakan Proses Pirolisis. Tugas Akhir. UNDIP. Semarang

Bertol, C.D., Cruz, A.P., Stulzer, H.K., Murakami, F.S., dan Silva, M.A.S. 2009. Thermal Decomposition Kinetics and Compatibility Studies of Primaquine Under Isothermal and Non-isothermal Conditions. J Therm Anal Calorim, vol. 102, hlm. 187–192, Springer.

Badan Pusat Statistik. 2014. Produksi Tanaman Pangan. Jakarta.

Basu, Prabir. 2010. Biomass Gasification and Pyrolysis Practical Design and Theory. Published by Elsevier Inc.

ESDM. 2012. Handbook of Energy & Economic Statistics of Indonesia. Jakarta.

Felix, Fabiana S., Cides da Silva, L.C., Angnes, L., dan Matos, J.R. 2009. Thermal Behavior Study and Decomposition Kinetics of Salbutamol Under Isothermal and Non-isothermal Conditions. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, vol. 95, hlm. 877–880.

Kuo-Chao, Lo., Keng-Tung, Wu., Chien-Song, Chyang., dan Wei-The, Ting. 2009. A New Study on Combustion Behavior of Pine Sawdust Characterized by the Weibull Distribution. Chinese Journal of Chemical Engineering, vol. 17, hlm. 860-868.

L’vov, Boris V. 2007. Thermal Decomposition of Solids and Melts. springer.

Qing, Wang., Hao, Xu., Hongpeng, Liu., Chunxia, Jia., dan Jingru, Bai. 2011. Thermogravimetric Analysis of The Combustion Characteristics of Oil Shale Semi-Coke/Biomass Blends, Oil Shale, vol. 28, no. 2, hlm. 284–295, Estonian Academy Publishers.

Sait, Hani H., Hussain, Ahmad., Salema, Arshad Adam., dan Ani, Farid Nasir. 2012. Pyrolysis and Combustion Kinetics of Date Palm Biomass Using Thermogravimetric Analysis. Bioresource Technology, vol. 118, hlm. 382–389, Elsevier.

Suyitno. 2009. Perumusan Laju Reaksi dan Sifat-Sifat Pirolisis Lambat Sekam Padi Menggunakan Metode Analisis Termogravimetri. Jurnal Teknik Mesin UNS, vol. 11, hlm. 12–18. Surakarta.

Saputro, Danang Dwi. 2009. Karamteristik Briket Arang Tongkol Jagung. Jurnal Kopetensi Teknik, vol.1, no.1, Universitas Negeri Semarang.

Surono, Untoro Budi. 2010. Peningkatan Kualitas Pembakaran Biomassa Limbah Tongkol Jagung sebagai Bahan Bakar Alternatif dengan Proses Karbonisasi dan Pembriketan. Jurnal Rekayasa Proses, vol. 4, no.1, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Janabadra Yogyakarta.

34


commit to user

35

Ulloa, C.A., Gordon, A.L., dan García, X.A. 2009. Thermogravimetric Study of Interactions in The Pyrolysis of Blends of Coal With Radiata Pine Sawdust. Fuel Processing Technology, vol. 90, hlm. 583–590, Elsevier.

Wijayanti, Diah Sundari. 2009. Karakteristik Briket Arang dari Serbuk Gergaji dengan Penambahan Arang Cangkang Kelapa Sawit. Skripsi. Fakultas Pertanian. Universitas Sumatra Utara.

Wang, Cuiping., Wang, Fengyin., Yang, Qirong., dan Liang, Ruiguang. 2008. Thermogravimetric Studies of The Behavior of Wheat Straw With Added Coal During Combustion. Biomass and Bioenergy, vol. 33, hlm. 50–56, Elsevier.

Xiao, Li., Li, Lin., Fu, Fengying., dan He, Mingzhong. 2012. Studies on Non-Isothermal and Isothermal Dehydration Kinetics of FePO4·2H2O. Thermochimica Acta, vol. 541, hlm. 57– 61, Elsevier.


commit to user

36

L A M P I R A N

A. Penurunan fraksi massa dari pengujian macro-thermobalance pada kondisi

isothermal

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Waktu (menit)

T306°C T311°C T316°C T319°C

Fra

ksi

mas

sa (

1-

)

4060 SG 100

Gambar A1. Penurunan fraksi massa SJ0 dengan

ukuran +40/-60 mesh pada empat kondisi temperature tetap.

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Waktu (menit)

T306°C T311°C T316°C T319°C

Fra

ksi

mas

sa (

1-

)



36


commit to user

37

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Waktu (menit)

T306°C T311°C T316°C T319°C

Fra

ksi

mas

sa (

1-

)



0 2 4 6 8 10 12 14 16

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Waktu (menit)

T306°C T311°C T316°C T319°C

Fra

ksi

mas

sa (

1-

)




commit to user

38

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Waktu (menit)

T306°C T311°C T316°C T319°C

Fra

ksi

mas

sa (

1-

)



0 2 4 6 8 10 12 14 16

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Waktu (menit)

T306°C T311°C T316°C T319°C

Fra

ksi

mas

sa (

1-

)

4060 SG 100

Gambar A6. Penurunan fraksi massa SP0 dengan



commit to user

39

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Waktu (menit)

T306°C T311°C T316°C T319°C

Fra

ksi

mas

sa (

1-

)



0 2 4 6 8 10 12 14 16

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Waktu (menit)

T306°C T311°C T316°C T319°C

Fra

ksi

mas

sa (

1-

)




commit to user

40

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Waktu (menit)

T306°C T311°C T316°C T319°C

Fra

ksi

mas

sa (

1-

)



0 2 4 6 8 10 12 14 16

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Waktu (menit)

T306°C T311°C T316°C T319°C

Fra

ksi

mas

sa (

1-

)




commit to user

41

B. Hasil pengujian proximate serbuk gergaji, tongkol jagung, dan sekam padi.

Gambar B. Hasil pengujian proximate


commit to user

42

C. Perhitungan proximate teoritis

Dari hasil pengujian proximate dilakukan perhitungan untuk mendapatkan nilai

proximate secara teoritis.

Tabel C. Proximate teoritis

Air Volatil Fixed carbon

Abu Sampel

Wt % Wt % Wt % Wt %

Nilai kalor

(Kal/g)

SJ0 9,73 64,01 24,46 1,80 4885,77

SJ25 8,28 65,54 24,43 1,76 4775,39

SJ50 6,82 67,06 24,40 1,72 4665,01

SJ75 5,37 68,58 24,37 1,68 4554,64

SJ100 3,92 70,10 24,35 1,63 4444,26

SP0 9,73 64,01 24,46 1,80 4885,77

SP25 8,12 61,88 23,54 6,46 4557,63

SP50 6,51 59,74 22,63 11,12 4229,49

SP75 4,90 57,61 21,71 15,78 3901,35

SP100 3,29 55,47 20,80 20,44 3573,21

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 25 50 75 100Massa serbuk sekam padi (%)

Kan

dung

an (

%)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Kal

/gAir Volatil Fixed carbonAbu Nilai kalor

Gambar C1. Perubahan kadar air, volatil, fixed carbon, abu, dan nilai kalor serbuk gergaji-

sekam padi berdasarkan perhitungan proximate teoritis.


commit to user

43

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 25 50 75 100

Massa serbuk tongkol jagung (%)

Kan

dun

gan

(%)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Kal

/g

Air Volatil Fixed carbonAbu Nilai kalor

Gambar C2. Perubahan kadar air, volatil, fixed carbon, abu, dan nilai kalor serbuk gergaji-

tongkol jagung berdasarkan perhitungan proximate teoritis.


commit to user

44

D. Bulk densitas

Bulk densitas serbuk gergaji, tongkol jagung, dan sekam padi diukur menggunakan

timbangan AND GF300 dan perhitungan secara teoritis.

Tabel D. Bulk densitas sampel

Sampel SJ0 SJ25 SJ50 SJ75 SJ100 SP0 SP25 SP50 SP75 SP100 gr/cm3 0,240 0,217 0,198 0,182 0,168 0,240 0,255 0,271 0,289 0,240

0 25 50 75 1000.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

Sekam padi

Tongkol jagung

Bu

lk d

ensi

tas

sam

pel

(g

/cm

3 )


Gambar D. Perubahan bulk densitas sampel karena penambahan sekam

padi atau tongkol jagung ke dalam serbuk gergaji.


commit to user

45

E. TGA di Laboratorium MIPA UNS.

Pembakaran serbuk gergaji, tongkol jangung, dan sekam padi dengan metode

termogravimetri, massa sampel 25 mg, laju kenaikan temperatur 20 C/menit di Lab.

MIPA UNS.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Ts

Tr

DTG

TG

Tem

per

atur

Tr

dan

Ts

(oC

)

DT

G (

d(1

-

)/d

t)

Serbuk gergaji Tongkol jagung Sekam padi

TG

(1-

)

Waktu (menit)

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0

100

200

300

400

500

600

700

Gambar E. TGA pembakaran serbuk gergaji, tongkol jagung dan sekam

padi dengan laju kenaikan temperatur 20 C/menit


commit to user

karakterisasi serbuk gergaji dan campurannya di … fileiii karakterisasi serbuk gergaji dan...

Documents