pembangkit energi
METODOLOGI PENELITIAN
3. Nilai Kalor
Penetapan nilai kalor bertujuan untuk mengetahui sejauh mana nilai panas pembakaran yang dapat dihasilkan briket arang. Nilai kalor menjadi parameter mutu paling penting bagi briket arang sebagai bahan bakar, sehingga nilai kalor sangat menentukan kualitas briket arang. Apabila nilai kalor bakar briket arang semakin tinggi, maka akan semakin baik pula kualitas briket arang yang dihasilkan. Pemakaian bahan baku yang digunakan mempengaruhi nilai kalor briket arang. Bahan baku kayu yang mempunyai berat jenis tinggi akan memberikan nilai kalor bakar lebih baik dibandingkan bahan baku yang mempunyai berat jenis rendah.
Hal ini menunjukkan bahwa kayu dengan berat jenis tinggi akan menghasilkan arang briket dengan kadar karbon terikat dan nilai kalor yang tinggi pula. Perbedaan nilai kalor yang dihasilkan disebabkan banyak faktor antara lain jenis kayu yang digunakan, seperti pernyataan Jatmika (1980), yang menyatakan perbedaan ini disebabkan adanya kandungan senyawa kimia yang berbeda antara jenis kayu terutama kandungan lignin dan zat ekstraktif akan memberikan nilai panas/kalor yang berbeda pula.
Hasil penelitian ini sesuai dengan pernyataan Jatmika (1980), bahwa nilai kalor briket arang dipengaruhi oleh berat jenis bahan baku dan didukung pula dengan pendapat Holil (1980), dimana dalam penelitiannya mengemukakan penggunaan bahan baku kayu dengan berat jenis tinggi akan mendapatkan nilai kalor briket arang yang tinggi pula.
Nilai kalor juga dipengaruhi oleh kadar air dan kadar abu yang ada dalam briket arang, semakin rendah kadar air dan kadar abu dalam briket arang maka akan meningkatkan nilai kalor bakar briket arang yang dihasilkan. Nilai Kadar air briket arang penelitian ini berkisar antara 2,01 – 4,37% dan kadar abu briket arang berkisar 2,54 – 4,23%. Hasil penelitian ini lebih baik dibandingkan dengan standar kualitas kadar air briket arang buatan Jepang (6-8%), Amerika (6,2%), Indonesia (7,57%) dan hanya pada perlakuan T0, T1 dan T2 yang tidak memenuhi standar briket arang buatan Inggris (3,6%), sementara kualitas kadar abu briket arang penelitian ini sudah memenuhi standar dan lebih baik dari kualitas kadar abu briket arang buatan Jepang (3-4%), Indonesia (5,51%), Inggris (5,9%) dan Amerika (8,3%). (Lihat Tabel. 7).
Pendapat ini sesuai dengan pernyataan Nurhayati (1974), bahwa nilai kalor dipengaruhi oleh kadar air dan kadar abu yang ada pada briket arang. Apabila semakin tinggi kadar air dan kadar abu maka akan menurunkan nilai kalor bakar briket arang yang dihasilkan.
Selain itu nilai kalor erat hubungannya dengan kadar karbon terikat yang terkandung didalam briket, semakin tinggi kadar karbon terikat dalam briket arang maka semakin tinggi pula nilai kalor briket arang. Hal ini disebabkan didalam proses
pembakaran membutuhkan karbon yang bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan kalor. Pendapat ini juga didukung oleh pernyataan Sudrajat (1983), yang menyatakan tinggi rendahnya nilai kalor briket arang dipengaruhi oleh kadar karbon terikat briket arang.
Nilai kadar karbon terikat penelitian ini tertinggi dihasilkan pada perlakuan 10% arang serbuk gergajian kayu + 90% arang limbah potongan kayu BJ tinggi dengan rata sebesar 84,13% dan perlakuan ini juga menghasilkan nilai kalor rata-rata tertinggi pula sebesar 7349,85 kal/gr. Penelitian ini menunjukkan semakin tinggi kadar karbon terikat dalam briket arang maka semakin tinggi pula nilai kalor briket arang
Kerapatan briket arang juga berpengaruh terhadap nilai kalor. Jika semakin tinggi kerapatan maka cenderung akan meningkatkan nilai kalor karena ikatan antar partikel arang yang lebih kuat sehingga akan menghasilkan panas yang lebih baik, namun apabila terlalu tinggi kerapatannya akan menyulitkan pada proses pembakaran (Sudrajat, 1984).
Menurut Sudrajat (1984), bahwa kemampuan memberikan panas kayu kering udara setiap satuan volume sebanding kerapatannya, semakin tinggi kerapatan maka mampu meningkatkan nilai kalor yang dihasilkan. Nilai kerapatan pada penelitian ini rata-rata terendah dihasilkan pada perlakuan 100% arang serbuk gergajian kayu sebesar 0,51 gr/cm³ dan perlakuan ini menghasilkan nilai kalor terendah sebesar 4259,78 kal/gr.
Sementara pada perlakuan 10% arang serbuk gergajian kayu + 90% arang limbah potongan kayu BJ tinggi kerapatan yang dihasilkan paling tinggi dengan rata-rata sebesar 0,84 gr/cm³ dan perlakuan ini juga menghasilkan nilai kalor yang tinggi pula dengan rata-rata sebesar 7349,85 kal/gr.
Disamping itu pemakaian perekat kanji (tapioka) juga ikut menentukan nilai kalor briket arang, dimana perekat kanji memberikan nilai kalor bakar yang agak tinggi karena mengandung kadar abu yang rendah dan mempunyai karbon yang lebih tinggi karena mengandung karbohidrat 88,2 gr / 100 gr.
Berdasarkan hasil analisis sidik ragam terhadap nilai kalor (Lampiran 3b) dapat diketahui bahwa perlakuan pencampuran arang serbuk gergajian kayu dengan arang limbah potongan kayu BJ tinggi memberikan pengaruh sangat nyata (T<0,01) terhadap nilai kalor bakar briket arang yang dihasilkan.
Apabila komposisi arang limbah potongan kayu BJ tinggi semakin besar didalam briket arang dan arang serbuk gergajian kayu semakin berkurang, maka akan meningkatkan nilai kalor bakar briket arang yang dihasilkan, demikian sebaliknya. Nilai kalor briket arang yang dihasilkan bervariasi antara 4228,64 – 7389.11 kal/gr. (Lampiran 3a).
Pada Tabel. 12 terlihat bahwa nilai kalor rata-rata terendah diperoleh pada briket arang dengan komposisi perlakuan 100% arang serbuk gergajian kayu sebesar 4259,78 kal/gr, sedangkan nilai kalor rata-rata tertinggi diperoleh briket arang dengan komposisi 10% arang serbuk gergajian kayu + 90% arang limbah potongan kayu BJ tinggi sebesar 7349,85 kal/gr.
Rendahnya nilai kalor pada perlakuan 100% arang serbuk gergajian kayu karena tingginya kadar abu pada arang serbuk gergajian kayu tersebut. Kadar abu yang tinggi berarti kandungan silika pada arang tersebut tinggi. Silika dapat menurunkan atau mengurangi nilai kalor bakar briket arang.
Nilai kalor bakar briket arang dapat ditingkatkan dengan cara menurunkan kadar abu didalam arang penyusun briket, yaitu dengan cara menambahkan komposisi arang limbah potongan kayu BJ tinggi yang memiliki kadar abu rendah. Penambahan komposisi limbah potongan kayu BJ tinggi yang semakin meningkat dengan kandungan abunya yang rendah mampu meningkatkan kembali nilai kalor bakar briket arang yang dihasilkan (Gambar 5).
4259.78 5074.68 6892.18 6980.93 7349.85 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 N ilai K a lor B akar (Kal/gr) 100% 70 % + 30 % 50 % + 50 % 30 % + 70 % 10 % + 90 % Perlakuan Gambar 5 : Grafik Nilai Kalor pada Setiap Perlakuan Keterangan :
T0 = 100% arang serbuk gergajian kayu
T1 = 70% arang serbuk gergajian kayu + 30% arang limbah potongan kayu BJ tinggi T2 = 50% arang serbuk gergajian kayu + 50% arang limbah potongan kayu BJ tinggi T3 = 30% arang serbuk gergajian kayu + 70% arang limbah potongan kayu BJ tinggi T4 = 10% arang serbuk gergajian kayu + 90% arang limbah potongan kayu BJ tinggi
Tabel 15. Analisis Uji Duncan terhadap Nilai Kalor
Perlakuan Rata-rata (kal/gr)a UJGDb
T0 4259,78 c
T1 5074,68 c
T2 6892,18 b
T3 6980,93 b
T4 7349,85 a
Keterangan : aRata-rata dari tiga ulangan b
Setiap dua rataan yang mempunyai huruf yang sama dinyatakan tidak berbeda nyata pada taraf 5%
Berdasarkan hasil uji lanjut Duncan terhadap nilai kalor (Tabel 15) diketahui bahwa perlakuan T4 memberikan pengaruh yang berbeda nyata pada taraf 5%, sementara perlakuan T0,T1, T2 danT3 mempunyai huruf yang sama tidak berbeda nyata pada taraf 5% terhadap nilai kalor briket arang yang dihasilkan.
Hal ini menunjukkan bahwa setiap komposisi perlakuan pencampuran arang serbuk gergajian kayu dengan arang limbah potongan kayu BJ tinggi memberikan pengaruh yang cukup signifikan terhadap perubahan nilai kalor briket arang yang dihasilkan.
Penambahan komposisi arang limbah potongan kayu BJ tinggi dapat meningkatkan nilai kalor briket arang yang dihasilkan, hal ini sesuai dengan hasil penelitian Masturin (2002) yang menyatakan bahwa penambahan arang limbah sebetan kayu yang semakin meningkat dengan kerapatan tinggi mampu meningkatkan nilai kalor briket arang yang dihasilkan.
Nilai kalor bakar briket arang yang dihasilkan 5 perlakuan rata-rata berkisar 4259,78 – 7349,85 kal/gr. Nilai ini masih rendah dibanding buatan Jepang (6000 –
7000 kal/gr) dan Inggris (7289 kal/gr) khususnya pada perlakuan (T0, T1, T2 dan T3), sementara untuk perlakuan T4 nilai kalornya (7349,85 kal/gr) melewati nilai kalor buatan Jepang dan Inggris. Akan tetapi nilai ini secara keseluruhan cukup memenuhi syarat untuk briket arang buatan Amerika dan Indonesia (Lihat Tabel 7) serta lebih baik dari hasil penelitian Masturin (2002) sebesar (4515–5834kal/gr) dan briket batubara buatan DESDM (2001) 5500kal/gr.
b. Sifat Kimia 1. Kadar Air
Kadar air berpengaruh terhadap kualitas briket arang, semakin rendah kadar air semakin tinggi nilai kalor dan daya pembakarannya. Arang sangat mudah menyerap air udara sekelilingnya atau bersifat higroskopis. Kemampuan menyerap air selain dipengaruhi oleh luas permukaan dan pori-pori arang, juga dapat dipengaruhi oleh kadar karbon terikat yang terdapat pada briket arang itu sendiri. Dengan demikian semakin besar kadar karbon terikat pada briket arang, kemampuan briket arang menyerap air udara sekelilingnya akan semakin besar pula (Earl, 1974 dalam Suryani, 1986). Oleh karena itu penetapan kadar air pada penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat higroskopis briket arang campuran arang serbuk gergajian kayu dengan arang serbuk limbah potongan kayu BJ tinggi.
Berdasarkan hasil analisis sidik ragam terhadap kadar air (Lampiran 4b) memperlihatkan bahwa perlakuan komposisi arang serbuk gergajian kayu dengan penambahan arang serbuk limbah potongan kayu BJ tinggi dapat menurunkan nilai
kadar air yang sangat nyata (T<0,01) terhadap briket arang. Pengaruh ini terlihat hasil pengujian semua perlakuan yang menunjukkan nilai kadar air yang bervariasi antara 1,57 – 4,75% (Lampiran 4a).
Pada Tabel. 12 terlihat bahwa kadar air rata-rata terendah diperoleh pada briket arang dengan komposisi 10% arang serbuk gergajian kayu + 90% arang serbuk limbah potongan kayu BJ tinggi sebesar 2,01%, sedangkan kadar air tertinggi diperoleh pada briket arang dengan komposisi 100% arang serbuk gergajian kayu berkisar 4,37%.
Sudrajat (1984), menyatakan bahwa briket arang yang berasal bahan baku yang berkerapatan rendah (BJ rendah) memiliki kadar air yang lebih tinggi pada briket arang dengan bahan baku berkerapatan tinggi. Penambahan arang serbuk limbah potongan kayu BJ tinggi 0% menjadi 30%, 50%, 70% dan 90% ternyata berhasil menurunkan kadar air rata-rata 4,37 % menjadi 3,95%, 3,75% dan 3,11% atau sebesar 21,17%. Perbedaan kadar air ditunjukkan pada Gambar 6 berikut ini:
4.37 3.95 3.75 3.11 2.01 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Kadar Air ( % ) 100% 70 % + 30 % 50 % + 50 % 30 % + 70 % 10 % + 90 % Perlakuan
Keterangan :
T0 = 100% arang serbuk gergajian kayu
T1 = 70% arang serbuk gergajian kayu + 30% arang limbah potongan kayu BJ tinggi T2 = 50% arang serbuk gergajian kayu + 50% arang limbah potongan kayu BJ tinggi T3 = 30% arang serbuk gergajian kayu + 70% arang limbah potongan kayu BJ tinggi T4 = 10% arang serbuk gergajian kayu + 90% arang limbah potongan kayu BJ tinggi
Tabel 16. Analisis Uji Duncan terhadap Nilai Kadar Air
Perlakuan Rata-rata (%)a UJGDb
T0 4,37 a
T1 3,95 b
T2 3,75 b
T3 3,11 b
T4 2,01 c
Keterangan : aRata-rata dari tiga ulangan b
Setiap dua rataan yang mempunyai huruf yang sama dinyatakan tidak berbeda nyata pada taraf 5%
Berdasarkan hasil uji lanjutan Duncan kadar air (Tabel 16) diketahui bahwa perlakuan 10% arang serbuk gergajian kayu + 90% arang serbuk limbah potongan kayu BJ tinggi (T4) dan perlakuan 100% arang serbuk gergajian kayu (T0) memberikan pengaruh berbeda nyata dengan perlakuan-perlakuan yang lainnya terhadap nilai kadar air briket arang. Sementara pada perlakuan yang lainnya (70%+30%, 50%+50% dan 30% + 70%) tidak memperlihatkan perbedaan yang nyata satu sama lainnya, besarnya perubahan kadar air dianggap sama.
Tingginya kadar air pada briket arang yang sebahagian atau seluruh bahan bakunya berupa arang serbuk gergajian kayu diduga karena mempunyai ruang-ruang kosong yang lebih banyak dan pori-pori yang halus, hal ini yang menyebabkan air
yang terikat didalam pori-pori lebih banyak dan lebih sulit untuk dikeluarkan. Kemudian dengan semakin bertambahnya persentase komposisi arang serbuk limbah potongan kayu BJ tinggi maka akan semakin menurunkan nilai kadar air briket arang penelitian ini. Pengurangan persentase arang serbuk gergajian kayu pada briket arang menyebabkan ukuran partikel serbuk arang semakin bervariasi dan jumlah pori-porinya yang lebih sedikit sehingga mampu mengurangi daya serap air (Hendra dan Darmawan, 2000).
Kadar air briket arang juga dapat dipengaruhi oleh kadar amilopektin pati tapioka dimana amilopektin bersifat menolak air. Knight (1969) dalam Haryanto dan Pangloli (1992) menyatakan pati tapioka mengandung 83% amilopektin. Didasarkan pada persentase ini maka semakin tinggi jumlah perekat semakin tinggi pula kandungan amilopektinnya sehingga kadar air briket arang akan semakin menurun. Pernyataan ini juga didukung oleh Waharyadi (1996) yang menyatakan amilopektin bersifat tidak menyerap air.
Kadar air sangat erat kaitannya juga dengan kerapatan briket arang, dimana semakin tinggi kerapatan maka sifat higroskopis briket arang semakin berkurang sehingga daya serap terhadap air akan semakin kecil, demikian pula sebaliknya. Hal ini disebabkan semakin tinggi kerapatan maka rongga-rongga antar partikel arang akan semakin rapat karena padunya partikel-partikel tersebut sehingga tidak terdapat celah atau ruang kosong.
Kadar air briket arang yang dihasilkan rata-rata berkisar (2,01% - 4,37%). Nilai ini lebih baik dan dapat memenuhi syarat briket arang buatan Jepang (6-8%),
Amerika (6,2%) dan Indonesia (7,57%). Sementara untuk standar briket arang Inggris (3,6%) hanya perlakuan briket arang T3 dan T4 yang memenuhi kriteria.
Penetapan kadar air pada penelitian ini hampir sama dengan hasil penelitian Masturin(2002) berkisar (2,50 – 4,12%)dan lebih baik dari briket produksi DESDM (2001) berkisar 9-10%. Kadar air diharapkan serendah mungkin agar tidak menurunkan nilai kalor, tidak sulit dalam penyalaan dan tidak banyak mengeluarkan asap pada proses pembakaran.