Pengujian pendahuluan
B.2. Penentuan Tipe Kiln dan Prinsip Kerja
Rancangan ini diilhami oleh rancangan metal drum kiln (Isriyanto 1992 dan Fonda 2002). Terilhami pula oleh prinsip perubahan volume dalam saluran venturi meter karena adanya perubahan diameter saluran secara bertahap yang mengakibatkan perubahan suhu (hipotesis ini akan diujikan juga dalam uji kinerja kiln), juga terjadinya efek Chimney. Dengan memanfaatkan efek Chimney, bahwa udara panas akan cenderung bergerak ke atas, karena massa jenis udara terpanaskan menjadi lebih kecil, volumenya memuai atau menjadi lebih besar, maka udara dingin di luar kiln akan mengalir masuk ke dalam kiln, sedangkan udara panas dalam kiln akan bergerak ke atas dan keluar melalui cerobong. Sebelum udara panas keluar melalui cerobong, udara panas tersebut melalui ruangan yang didisain menyerupai bentuk venturi meter, maka diharapkan suhu udara meningkat seiring bertambahnya diameter kiln. Kemudian efek diffuser, yaitu tersebarnya udara panas secara merata ke segala arah dalam ruangan kiln, akan terjadi pada bagian saluran yang melebar perlahan, di daerah tersebut, sehingga udara panas akan disebarkan secara merata, dan menurunkan suhunya seiring melebarnya diameter kiln dan siap dibuang melalui cerobong.
Laju kenaikan suhu hingga mencapai suhu optimum untuk proses pirolisis yang cepat merupakan hipotesis yang ingin dicapai dengan memodifikasi drum menjadi menyerupai venturi. Pada udara bebas di atas permukaan bumi dengan tekanan udara rata-rata di bawah 2 atm maka berlaku rumus gas ideal P x V = n x R x T. Jika ada 2 kondisi yang terjadi pada gas yang sama maka berlaku P1 x V1 / T1 = P2 x V2 / T2 sedangkan nilai n dan R merupakan konstanta gas dan tekanan udara rata-rata di daerah tropis relatif stabil, maka hubungan yang berlaku dalam persamaan tersebut hanya hubungan antara V (volum) dan T (suhu). Diameter yang mengecil pada ruang pengarangan bawah sehingga volume ruang semakin kecil, akan menimbulkan penurunan suhu sepanjang berkurangnya diameter ruang pengarangan. Kemudian diameter bagian tengah dibuat tetap dan di bagian atas diameter ruang pengarangan membesar dan menimbulkan kenaikan suhu sehingga diharapkan suhu di ruang pengarangan bagian bawah dan atas relatif sama dan terjaga konstan. Hipotesis ini akan diujikan dalam uji kinerja kiln.
Gambar 26. Metal Drum Kiln,Venturimeter, dan Efek Chimney
Prinsip kiln ini adalah dengan menempatkan bahan yang akan diarangkan pada ruang pengarangan, kemudian pembakaran awal dimulai dengan menyulut api dengan sabut kelapa dan memasukkannya ke dalam kasa pemerata panas. Kemudian menyulut api dengan kepingan tempurung kelapa yang telah dipercikkan minyak tanah pada tempat pembakaran awal bagian bawah. Kebutuhan udara selama pembakaran akan dipenuhi dengan masuknya udara melalui lubang udara yang telah disesuaikan dengan kebutuhan. Diharapkan proses pengarangan yang merupakan proses pirolisis cepat yaitu penguraian bahan organik dengan pemanasan, dimana pemanasan ini tidak hanya menghasilkan CO2, tetapi juga bahan lainnya seperti CO, CH4, gas hidrokarbon, dan bahan volatil lainnya.
22
Kiln yang akan dirancang adalah alat pengarang tempurung kelapa tipe batch. Instalasi kiln venturi drum yang akan dirancang merupakan salah satu alat utama dalam sistem produksi arang aktif dari tempurung kelapa atau dapat menjadi salah satu sistem pengolahan limbah, seperti limbah kayu, bambu, ranting, cangkang biji yang keras, tulang, dan bahan limbah lainnya yang mengandung karbon dan dapat diarangkan. Proses pembakaran yang diharapkan merupakan proses pembakaran sempurna pada ruang pembakaran awal dan proses pirolisis pada ruang pengarangan.
Alat yang dirancang diharapkan mempunyai banyak keuntungan yaitu, konstruksinya sederhana sehingga tidak terlalu sulit dalam membuatnya. Bahan konstruksinya mudah didapat sehingga penggantian komponen yang rusak atau aus lebih mudah dilakukan. Bentuk dan ukuran tidak memerlukan ruangan yang besar. Biaya relatif ringan dan meminimalisir dampak terhadap lingkungan.
E.
RANCANGAN FUNGSIONAL
Dalam merancang kiln hal-hal yang perlu dipertimbangkan adalah jumlah udara yang diperlukan dalam pembakaran, sistem pembakaran awal, jumlah tempurung kelapa yang akan diarangkan, serta bagaimana pengelolaan asap yang dihasilkan oleh pembakaran. Pada prinsipnya model kiln yang dirancang dapat dibagi menjadi 6 bagian yaitu, tempat pembakaran awal bagian bawah, ruang pengarangan, kasa pemerata api, cerobong asap, lubang udara, dan kaki penyangga.
Tabel 7. Rancangan Fungsional Kiln
No Fungsi Nama Bagian
1 Tempat penyalaan api dengan sedikit membakar kepingan tempurung kelapa. Dirancang menyerupai laci.
Tempat pembakaran awal bagian bawah (laci pembakaran)
2 Tempat terjadinya pembakaran yang dilengkapi dengan sistem pemasukan dan pengeluaran hasil pembakaran (sistem loading - unloading) Pemasukan dan pengeluaran hasil melalui bagian atas ruang pengarangan. Lantai dasarnya terdapat lubang-lubang untuk memasok suplai panas dari tempat pembakaran awal bagian bawah langsung ke ruang pengarangan.
Ruang pengarangan
3 Tempat memasukan api agar terjadi pembakaran merata di dalam ruang pengarangan.
Kasa pemerata api
4 Tempat pengeluaran asap selama proses pembakaran berlangsung. Dirancang terpisah dari ruang pembakaran agar tidak mengganggu pemasukan bahan yang akan diarangkan dan bahan padat yang terbawa asap dapat diendapkan terlebih dahulu. Bagian ini juga terdapat penutup ruang pengarangan yang berbentuk kerucut terpancung.
Cerobong asap
5 Sebagai tempat masuknya udara yang dibutuhkan dalam pembakaran. Lubang udara terletak di bagian bawah ruang pembakaran dan terletak di dinding ruang pembakaran.
Lubang udara
6 Menyangga seluruh tubuh kiln, menjadi sistem unloading arang yang dihasilkan dengan cara dijungkirkan dan mempermudah memindahkan kiln.
23
F.
RANCANGAN STRUKTURAL
Gambar 27. Tampak Depan Rancangan Kiln (skala 1:10) dalam satuan cm. Keterangan :
a. Cerobong b. Tutup Kiln c. Kasa Pemerata Api d. Ruang Pembakaran e. Kaki Penyangga f. Ruang Pengarangan
24
Gambar 28. Tampak Kanan Rancangan Kiln (skala 1:100) dalam satuan mm
Berikut akan diuraikan rancangan struktural dari setiap bagian kiln, berupa dimensi dan material yang akan digunakan dalam pembuatan kiln. Kiln yang akan dirancang memiliki 6 bagian yaitu, tempat pembakaran awal bagian bawah, ruang pengarangan, kasa pemerata api, cerobong asap, lubang udara, dan kaki penyangga.