I Wayan Arya Darma
1), I N. Suprapta Winaya
2) *, R.S. Geralta Ginting
3), I GP. Agus Suryawan
4)1,2,3,4)Program Studi Teknik Mesin Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran Bali
Abstrak
Salah satu kandungan yang terdapat pada sampah adalah kadar air. Kadar air tersebut memiliki pengaruh terhadap nilai kalor pada bahan bakar sampah dan juga performansi insinerator. Tingginya kadar air menyebabkan penurunan nilai kalor pada sampah serta menghambat proses pembakaran. Penelitian dilakukan untuk mengetahui pengaruh kadar air pada sampah terhadap performansi insinerator yang meliputi laju pembakaran, laju penggunaan bahan bakar solar, kandungan gas buang, kapasitas thermal pembakaran, dan efisiensi pembakaran. Pada penelitian ini dilakukan variasi kadar air p a d a s a m p a h sebagai berikut ; sampah pengeringan 1 hari, sampah pengeringan 2 hari, sampah pengeringan 3 hari, dan sampah yang tidak dikeringkan. Hasil penelitian menunjukkan Insinerasi sampah pengeringan 3 hari memberikan hasil terbaik pada laju pembakaran sebesar 189,375 gr/menit, laju penggunaan bahan bakar solar sebesar 0,0475 l/menit, kapasitas thermal pembakaran sebesar 457,204 MJ/jam. Kadar emisi gas buang yang meliputi CO, CH4, CnHm, dan CO2 persentasenya dibawah 3% dan untuk efisiensi pembakaran pada semua variasi sangat baik yaitu diatas 96%.
Kata kunci: Performansi Insinerator, Kadar Air, Sampah Residu.
Abstract
One of the content contained in the waste is the water content. The air content has an influence on the calorific value of the waste fuel and also the performance of the incinerator. The high water content causes a decrease in the calorific value of the waste and inhibits the combustion process. The study was conducted to determine the effect of water content in waste on incinerator performance which includes fuel combustion rate, rate of use of diesel fuel, exhaust gas content, combustion capacity, and combustion efficiency. In this study, variations in the water content of the waste were carried out as follows; 1 day drying waste, 2 days drying waste, 3 days drying waste, and non-dried waste. The results showed that the 3-day rate of waste incineration gave the best results for burning 189.375 gr/minute, the rate of use of diesel fuel was 0.0475 l/minute, the thermal capacity of combustion was 457,204 MJ/hour. The proportion of exhaust gas emissions which include CO, CH4, CnHm, and CO2 is below 3% and the combustion efficiency for all variations is very good, which is above 96%.
Keywords: Incinerator Performance, Moisture Content, Residual Waste.
1. Pendahuluan
Pertumbuhan jumlah penduduk di Indonesia yang semakin tinggi secara tidak langsung memiliki dampak pada jumlah sampah yang diproduksi beserta sistem pengelolaannya dan ini menjadi salah satu permasalahan yang nyata terjadi di Indonesia [1].
Timbulan sampah di Indonesia berdasarkan data dari Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan (KLHK) mencapai 175.000 ton/hari atau setara dengan 64 juta ton/tahun dengan rincian data sistem pengelolaan yaitu 69% ditumpuk di Tempat Pemrosesan Akhir (TPA), 10% ditimbun, 7% dijadikan kompos serta didaur ulang, 5% dibakar, dan 7% sisa dari sampah tersebut tidak dikelola. Sistem pengelolaan sampah di Indonesia masih dikonsentrasikan di TPA sampah dan masih sedikit menerapkan penanganan sampah 3R (Reduce, Recycle, Reuse) yang melibatkan peran serta dari masyarakat. Pengelolaan sampah seperti inilah yang menjadi penyebab beban pengelolaan sampah di TPA semakin berat dan usia penggunaan TPA semakin singkat [2]. Beberapa metode pengelolaan sampah seperti bail press (pemadatan), open dumping (lahan
urugan terbuka), lahan urugan terkendali, sanitary landfill (lahan urugan saniter), composting (pengkomposan) dan incinerating (pembakaran) bisa digunakan sebagai pemecahan masalah sampah di T P A . Namun metode-metode tersebut memiliki kekurangan dan kelebihan masing- masing [3].
Incinerating (pembakaran) merupakan suatu proses yang terjadi pada Insinerator yang bertujuan mengkonversi materi padat (sampah) menjadi materi gas serta menjadi materi padat yang sulit terbakar seperti abu dan debu. Energi panas yang tercipta dari proses insinerasi bisa dimanfaatkan sebagai penghasil energi listrik dan juga bisa sebagai sumber air panas.
Proses Insinerasi bisa mengurangi volume buangan padat/sampah domestik s e b e s a r 85% sampai 95%
dan pengurangan berat sebesar 70% sampai 80% [4].
Salah satu kandungan yang terdapat pada sampah adalah kadar air. Kadar air selalu terbawa dalam sampah. Kadar air tersebut memiliki pengaruh terhadap nilai kalor pada bahan bakar sampah dan juga performansi insinerator [6]. Kadar air yang tinggi bisa menurunkan nilai kalor sampah dan menghambat proses pembakaran [7].
I Wayan Arya Darma et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X 116 Permasalahan yang akan diambil pada penelitian
ini adalah bagaimana pengaruh variasi kadar air (moisture content) sampah residu rumah tangga terhadap performansi insinerator yang meliputi:
1. Laju Pembakaran
2. Laju Penggunaan Bahan Bakar Solar 3. Kandungan Gas Buang
4. Kapasitas Thermal Pembakaran 5. Efisiensi Pembakaran
2. Metode Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan secara eksperimental untuk mengetahui pengaruh variasi kadar air (moisture content) sampah residu terhadap performansi insinerator berdasarkan laju pembakaran, laju penggunaan bahan bakar solar, kandungan gas buang, kapasitas thermal pembakaran, dan efisiensi pembakaran dengan temperatur yang telah ditentukan serta waktu pembakaran yang telah ditentukan.
Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
- Insinerator Sampah Residu : 1 Unit
- Burner : 1 Unit
- Blower : 2 Unit
- Thermokopel : 4 Unit
- Pressure Gauge : 1 Unit - Blower Sentrifugal/ ID Fan : 1 Unit - Gas Analyzer Set : 1 Unit
- Oven : 1 Unit
- Timbangan : 2 Unit
Insinerator sampah residu yang dipakai pada saat pengujian dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Insinerator Sampah Residu
Tahapan-tahapan dalam proses pengujian untuk mengetahui pengaruh variasi kadar air (moisture content) sampah residu terhadap performansi incinerator dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Diagram Alir Penelitian 3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Data Moisture Content Sampah
Proses yang dilakukan untuk memperoleh data moisture content sesuai dengan ASTM D-3173-03, antara lain sebagai berikut:
- Setiap variabel sampah diletakkan ke cawan dengan massa 20 gram.
- Setiap variabel sampah dipanggang di dalam oven dengan temperature 105°C-110°C selama 6 jam.
- Sebelum proses pemanggangan dilakukan, catat data yang ada lalu di hitung dengan menggunakan rumus.
- Tunggu hingga 6 jam, setelah itu segera ambil data moisture content.
Proses perhitungan moisture content menggunakan persamaan 1.
ܯܥ ൌሺିሻ ݔͳͲͲΨ ሺΨሻ (1)
MC : Moisture content (%) a : Massa awal (gram) b : Massa akhir (gram)
I Wayan Arya Darma et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X 117 Data hasil dari pengujian moisture content sampah
dapat dilihat pada tabel1.
Tabel 1. Data Moisture Content Sampah Variabel
Grafik data hasil dari pengujian moisture content sampah dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3. Grafik Data Moisture Content
Dari gambar 3 dapat dilihat bahwa semakin lama waktu pengeringan sampah maka moisture content yang terdapat pada sampah semakin sedikit, dapat dilihat pada waktu pengeringan sampah selama 3 hari nilai moisture content pada sampah sebesar 10%. Semakin lama waktu pengeringan, maka proses penguapan moisture content pada sampah semakin besar sehingga sampah menjadi lebih kering dibanding dengan sampah yang hanya dikeringkan selama 1 hari, 2 hari, atau yang tidak dikeringkan.
3.2 Pengolahan Data Laju Penggunaan Bahan Bakar Solar
Data laju penggunaan bahan bakar solar diolah dan dicari untuk mendapatkan nilai penggunaan bahan bakar solar per-waktu pembakaran yang sudah ditentukan yaitu 40 menit. Data ini digunakan sebagai acuan untuk menentukan sampel sampah yang baik.
Proses perhitungan laju penggunaan bahan bakar solar menggunakan persamaan 2.
ܳ௦ൌ௨ௌ
ௐ௧௨ ቀ௧௧ቁ (2) QSolar : Laju penggunaan bahan bakar solar
Hasil dari pengolahan data laju penggunaan bahan bakar solar dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Pengolahan Data laju Penggunaan Bahan
Grafik data hasil dari pengolahan data laju penggunaan bahan bakar solar dapat dilihat pada gambar 4.
Gambar 4. Grafik Data Laju Penggunaan Bahan Bakar Solar
Dari gambar 4 dapat dilihat bahwa semakin rendah moisture content sampah residu rumah tangga yang ingin diinsinerasi maka laju penggunaan bahan bakar solarnya juga semakin rendah. Laju penggunaan bahan bakar solar tertinggi didapatkan dari sampah dengan moisture content 75% sebesar 0,07925 liter/menit.dan laju penggunaan bahan bakar solar terendah didapatkan dari sampah dengan moisture content 10% sebesar 0,0475 liter/menit.
3.3 Pengolahan Data Laju Pembakaran
Data laju pembakaran diolah dan dicari untuk mengetahui berapa laju pembakaran per satuan menit yang terjadi pada proses insinerasi sampah residu rumah tangga per-sampel sampah. Hasil dari pengolahan data ini berkaitan dengan pengolahan data yang selanjutnya sehingga pada akhirnya dapat diketahui performansi dari insinerator.
Proses perhitungan laju pembakaran yang terjadi pada insinerasi setiap sampel sampah menggunakan persamaan 3.
ܤ௧ൌሺெబିெ் భሻ ൫݃ݎ ݉݁݊݅ݐൗ ൯ (3) Bbt : Laju Pembakaran (gr/menit)
M0 : Massa sampah sebelum pembakaran (gr) M1 : Massa sampah setelah pembakaran (gr)
Data hasil dari pengolahan data laju pembakaran dapat dilihat pada tabel 3.
Tabel 3. Pengolahan Data Laju Pembakaran Moisture pembakaran dapat dilihat pada gambar 5.
I Wayan Arya Darma et al. · Prosiding KNEP XI – 2021 · ISSN 2338-414X 118
Gambar 5. Grafik Data Laju Pembakaran Dari gambar 5 dapat dilihat bahwa semakin rendah moisture content sampah residu rumah tangga yang ingin diinsinerasi maka laju pembakaran semakin tinggi. Laju penggunaan bahan bakar solar tertinggi didapatkan dari sampah dengan moisture content 10% sebesar 189,375 gr/menit.dan laju penggunaan bahan bakar solar terendah didapatkan dari sampah dengan moisture content 75% sebesar 176,125 gr/menit.
Sesuai dengan hasil pengolahan data laju pembakaran dapat diartikan bahwa semakin lama waktu pengeringan sampah yang diinsinerasi, maka laju pembakarannya semakin tinggi. Moisture content pada sampah akan mempengaruhi kualitas pembakaran [6], pada pengujian ini dapat dibuktikan bahwa perbedaan nilai laju pembakaran pada proses insinerasi setiap sampel sampah di akibatkan oleh perbedaan nilai moisture content yang ada pada setiap sampel sampah.
3.4 Pengolahan Data Kapasitas Thermal Pembakaran Data kapasitas thermal pembakaran dicari untuk mengetahui seberapa besar kapasitas thermal yang terjadi di dalam ruang bakar selama proses insinerasi yang sedang berlangsung pada masing-masing sampel sampah. Hal ini dilakukan agar nantinya dapat dilakukan penetapan sampel sampah mana yang memiliki kapasitas thermal permbakaran paling tinggi.
Proses perhitungan kapasitas thermal pembakaran yang terjadi pada insinerasi setiap sampel sampah menggunakan persamaan 4.
ܥ ൌ ܤ௧ݔܮܪܸ ቀܯܬ ݆ܽ݉ൗ ቁ (4) C : Kapasitas Thermal Pembakaran (MJ//jam) Bbt : Laju Pembakaran (kg/jam)
LHVBB : Low Heat Value Bahan Bakar Sampah (MJ/kg)
Data hasil dari pengolahan data kapasitas thermal pembakaran dapat dilihat pada tabel 4.
Tabel 4. Pengolahan Data Kapasitas Thermal Moisture