PEMANFAATAN LIMBAH JERAMI PADI UNTUK BRIKET
DAN BIOPELET
ADINDA MUTIARA
DEPARTEMEN FISKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pemanfaatan Limbah Jerami Padi untuk Briket dan biopelet adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2015
Adinda Mutiara
2
ABSTRAK
ADINDA MUTIARA. Pemanfaatan Limbah Jerami Padi untuk Briket dan Biopelet. Dibimbing oleh MUHAMMAD NUR INDRO dan GUSTAN PARI.
Limbah jerami padi sebagai alternatif energi yang melimpah, namun belum terolah sepenuhnya. Proses pengarangan dilakukan dengan menggunakan tungku drum hasil modifikasi disaringan dengan saringan 80 mesh dan 40 mesh untuk biopelet. Arang yang sudah disaring selanjutnya dicampur dengan perekat 2%, 4%, dan 6% dan untuk biopellet 20%, 30%, dan 50% variasi perekat. Bahan baku dikempa menggunakan sistem hidrolik manual pada tekanan 20 ton, Untuk biopellet di kempa dengan suhu 250o C dalam waktu 15 menit. Penambahan
perekat pada tepung kanji mempengaruhi kualitas briket arang serta sifat fisik yang dihasilkan briket arang dengan kualitas baik dihasilkan pada perekat 6%. Penelitian ini,menghasilkan arang dengan kadar air 0.094%, kadar abu 6.705%, kadar zat menguap 3.330%, kadar karbon terikat 89.960%, kerapatan 0.202 g/�� , keteguhan tekan 91.561kg/�� , dan nilai kalor bakar 5041.3 kal/g. Untuk biopelet dengan kualitas yang baik dihasilkan pada perekat 30% dengan kadar air 0,828%, kadar zat menguap 0,305%, kadar abu 8,05%, kadar karbon terikat 79,07%, keteguhan tekan 62.74kg/�� , kerapatan masa 0.305 g/�� , dan nilai kalor bakar 4211 kal/g
Kata kunci: biopelet, briket arang, keteguhan tekan, limbah jerami padi
ABSTRACT
ADINDA MUTIARA. Utilization of Rice Straw As Briquette and Biopellet. Supervised by MUHAMMAD NUR INDRO and GUSTAN PARI.
Rice straw waste is an alternative energy that’s abundance but has not fully processed. This research propose on the processing of rice straw waste as an alternative energy such as carbon briquettes and biopellet. Carbonazation was done by using modified drum furnace. It was filtered using 80 mesh and 40 mesh for biopellet. Then it was mixed with variation of glue 2%, 4%, and 6% and biopellet 20%, 30%, and 50% variation. The raw material manually compressed using a hydraulic system a pressure of 20 tons. Then it was dried in an oven at 800C for 48 hours. The best carbon briqutte was found in 6% the additional glue. This research produces briquettes that had water content of 0.094%, ash contet of 6.705%, levels of substance evaporates 3.330%, bonded corbon content 89.960%, density 0.202 g/�� , press firmness 91.561 kg/�� , and calorific value 5041.3
3
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
PEMANFAATAN LIMBAH JERAMI PADI UNTUK BRIKET
DAN BIOPELET
ADINDA MUTIARA
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
6
PRAKATA
Puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat, hidayah, dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul Pemanfaatan Limbah Jerami Padi untuk Briket dan Biopelet. Hasil penelitian ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana di Departemen Fisika, Fakultas MIPA, Institut Pertanian Bogor.
Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan terimakasih kepada: 1. Kedua orang tua penulis, Pak Enda Mulyana dan Alm Ibu Euis Sumiyati
yang selalu mendukung dan mendokan penulis dalam menyelesaikan studinya.
2. Ibu Dessy dan adik Aditya, yang selalu memberikan semangat dan motivasi untuk penulis dalam mengerjakan skripsi dan tugas kuliah. 3. Pak Indro dan Pak Gustan selaku dosen pembimbing yang telah
memberikan kritik, saran, bimbingannya, motivasi dan diskusi-diskusi yang sangat membantu.
4. Pak Mahfuddin dan Pak Erus selaku dosen penguji yang telah memberikan kritik, saran, dan bimbinganya.
5. Pak Machfudin selaku kepala laboratorium kimia pusat penelitian dang pengembangan kehutanan yang telah memberikan bimbingan selama penelitian mengenai briket karbon.
6. Ade Irma dan Umi Trimukti rekan tim penelitian untuk kerja sama selama penelitian.
7. Ana Fitriana, Siti Rahayu Latifah, Riani Eka Fitri, Fanny Novika, Lusia Anita, Irlian Nurmaniah, Dadi Irawan, Abu Sonip dan Syiffa Safiah sebagai rekan yang selalu mendukung penulis selama studi hingga penyusunan hasil penelitian ini.
8. Seluruh dosen pegawai, dan Staff Departemen Fisika FMIPA IPB. 9. Ahmad Fauzi dan teman-teman angkatan 48, 49 dan 50 Fisika IPB untuk
dukungannya.
Penulis berharap tulisan ini dapat memeberikan manfaat dan masukan yang positif terhadap peneliti mengenai briket karbon dan biopelet. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan untuk kemajuan penelitian.
Bogor, Juni 2015
7
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN viii
DAFTAR TABEL viii
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan Penelitian 1
Manfaat Penelitian 2
METODE 2
Bahan 2
Alat 2
Persiapan 2
Pembuatan Briket 3
Pengujian 4
HASIL DAN PEMBAHASAN 7
Kadar Air Briket Karbon 7
Kadar Abu Briket Karbon 8
Kadar Zat Menguap Briket Karbon 8
Kadar Karbon Terikat Briket Karbon 9
Kerapatan Briket Karbon 10
Keteguhan Tekan Briket Karbon 10
Nilai Kalor Bakar Karbon Terikat Briket Karbon 11
Lama Waktu Nyala Api dan Laju Pembakaran Karbon Terikat 12
Biopelet Jerami Padi 12
Kadar Air Biopelet 13
Kadar Zat Terbang Biopelet 13
Kadar Abu Biopelet 14
Kadar Karbon Terikat Biopelet 15
Kerapatan Masa Biopelet 15
Keteguhan Tekan Biopelet 16
8
SIMPULAN DAN SARAN 17
Simpulan 17
1 Perbandingan penambahan perekat tapioka dalam pembuatan
briket arang dari jerami padi 4
2 Perbandingan penambahan perekat tapioka dalam pembuatan
biopelet dari jerami padi 4
3 Hasil rata-rata sifat fisis briket arang limbah jerami padi 7 4 Hasil rata-rata sifat fisis biopelet limbah jerami padi 12 5 Perbandingan standar mutu kadar air biopelet dibeberapa negara 13 6 Perbandingan standar mutu kadar abu biopelet dibeberapa negara 14 7 Perbandingan standar mutu kerapatan masa biopelet dibeberapa negara 16
DAFTAR GAMBAR
1 Diagram skema klin drum 3
2 Kadar air briket arang 7
3 Kadar abu briket arang 8
4 Kadar zat menguap briket arang 8
5 Kadar karbon terikat briket arang 9
6 Kerapatan masa briket arang 9
7 Keteguhan tekan briket arang 10
8 Nilai kalor bakar briket arang 11
9 Lamanya waktu nyala api 11
10 Kadar air biopelet 12
11 Kadar abu biopelet 13
12 Kadar zat terbang biopelet 14
13 Kadar karbon terikat biopelet 15
14 Kerapatan masa biopelet 15
15 Keteguhan tekan bipelet 15
16 Nilai kalor biopelet 17
DAFTAR LAMPIRAN
1 Tabel Perbandingan Mutu Briket Berdasarkan SNI 20
PENDAHULUAN
Indonesia yang terkenal sebagai negara yang mempunyai wilayah yang luas, mempunyai potensi di bidang pertanian. Salah satunya adalah pertanian padi. Menurut data BPS total luas panen tanaman padi di Indonesia pada tahun 2012 adalah 13,4 juta hektar dan sekitar 47% berada di Jawa dan Bali. Sementara di luar Jawa, areal tanaman padi terkonsentrasi di pulau Sumatera, Sulawesi dan Kalimantan. Produksi gabah padi mencapai 69 juta ton dengan produktivitas sekitar 5 ton/ha.1
Limbah pertanian yang tidak termanfaatkan dapat mencemari lingkungan dan mengganggu estetika. Sebagian limbah pertanian dapat diubah menjadi arang yang kemudian dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar dan logam berat di lahan pertanian. Limbah yang dihasilkan dapat diubah dan diolah terlebih dahulu menjadi suatu produk berupa briket dan biopelet.2
Arang dapat diperoleh dari pembakaran dan hasil pembakaran menghasilkan limbah cukup banyak dalam bentuk limbah padatan. Penelitian dilakukan pada limbah padat jerami untuk dijadikan bahan bakar tungku. Bahan bakar tungku yang digunakan berupa briket. Briket dapat pula dibuat selain jerami padi, dari bahan bahan yang mengandung lignin dan selulosa yang terdapat pada sekam padi, serabut kelapa, tongkol jagung dan sampah organik dalam kehidupan manusia.
Briket merupakan salah satu sumber energi alternatif yang dapat digunkan untuk menggantikan sebagian dari peranan minyak tanah atau gas LPG. Briket adalah bahan bakar yang memiliki wujud padat dan berasal dari sisa-sisa bahan organik.4
Pembuatan produk briket dan biopelet dari limbah jerami padi dapat menambah nilai kalor dari bahan baku itu sendiri (limbah jerami padi). Nilai kalor merupakan salah satu parameter penentu kualitas dari produk bahan bakar alternatif, semakin tinggi nilai kalor yang dihasilkan maka semakin baik kualitas dari produk tersebut, begitu sebaliknya.
Pembuatan briket dan biopelet diberikan perlakuan pada proses pembuantannya untuk mengetahui perlakuan terbaik sehingga diperoleh kualitas yang baik pada briket dan biopelet.5
Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk:
1. Memanfaatkan limbah jerami padi untuk dibuat briket arang dan biopelet 2. Melakukan karakterisasi sifat fisik dan sifat kimia briket arang dan
biopelet jerami padi
2
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan menghasilkan briket arang dan biopelet yang dapat dijadikan sebagai solusi untuk mengatasi krisis energi, terutama sebagai subtitusi bahan bakar yang berasal dari minyak bumi, gas bumi dan batubara. Penelitian ini juga dapat mendorong masyarakat agar memanfaatkan sesuatu yang tidak bersifat ekonomis atau limbah menjadi sesuatu hal yang bersifat ekonomis.
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor dan di Laboratorium Terpadu Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan, Bogor mulai bulan Desember 2014 sampai Maret 2015.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini jerami padi dan bahan perekat tepung tapioka (kanji). Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini antara lain : timbangan, termometer, stopwacth, mesin penggiling, tungku pembakaran, korek api, oven, cetakan pembuatan briket, kempa hidrolis manual, cawan porselin, pelet mill,tungku dan alat ukur analisis nilai kalor.
Persiapan Pengeringan Bahan baku
Bahan baku jerami padi 10 kg terlebih dahulu dikeringkan secara alami dibawah sinar matahari sampai kering udara dengan 2 hari waktu pengeringan. Dengan penyusutan massa mencapai 50% tujuan agar bahan baku yang digunakan mudah terbakar.
Tungku Pembakaran
3
Gambar 1. Diagram skema klin drum.
Pengarangan
Proses pengarangan dilakukan menggunakan klin drum. Limbah jerami padi dengan berat 5 kg diatur sehingga memenuhi drum. Sebelum dilakukan pembakaran lubang drum pada bagian dua dan tiga ditutup terlebih dahulu dengan asbes atau tanah liat, sehingga yang tetap terbuka adalah empat lubang pada baris bagian bawah. Untuk memudahkan pada proses pembakaran digunakan bahan-bahan yang mudah terbakar sebagai umpan bakar seperti: kertas dan percikan minyak tanah. Pada saat api telah menyala sempurna maka klin drum ditutup. Penutup pada bagian atas kiln drum ini bisa dibuka untuk menambahkan bahan limbah jerami padi pada proses pengarangan. Bahan limbah jerami padi akan terbakar mulai dari bawah dan menjalar kebagian atas. Pada saat pembakaran melewati barisan lubang pertama yang ditandai dengan bara merah yang nampak dari lubang, maka lubang pada baris pertama ditutup sedangkan lubang pada bagian atasnya dibuka, demikian selanjutnya sampai pada lubang yang terakhir. Proses pengarangan dianggap telah selesai (sekitar 3 jam) apabila asap yang keluar dari celah lubang sedikit. Pada saat itu semua lubang yang ada pada kiln drum ditutup, hal ini untuk menghindari terjadinya pembakaran secara berlanjutan sehingga arang yang sudah terbentuk tidak terus terbakar menjadi abu.
Selanjutnya klin drum dibiarkan menjadi dingin. Pendinginan dilakukan selama kurang lebih 4 jam. Setelah klin drum dingin maka tutup bisa dibuka dan arang bisa dikeluarkan untuk dipisahkan dari abu. Arang yang sudah dingin selanjutnya ditimbang.
50cm 10 cm
30 cm
1
2
4
Pembuatan Briket dan Biopelet
Penyaringan
Arang jerami padi kemudian disaring pada ukuran lolos 80 mesh dan biopelet disaring pada ukuran 40 mesh. Penyaringan digunakan alat saring dengan ukuran disesuaikan.
Persiapan dan Pencampuran perekat
Tepung tapioka ditimbang 250 gram, lalu dicampur dengan air 2.5 liter dengan perbandingan konsentrasi perekat dan air adalah 1: 10. Sambil dipanaskan dan diaduk diatas kompor hingga perekatnya homogen.
Arang yang telah disaring dicampur dengan perekat kanji dengan perbandingan sebanyak 2%, 4%, dan 6% dari serbuk arang. Campuran arang dan perekat diaduk dengan sendok sampai homegen 5 menit selanjutnya dibuat briket. Proses pembuatan briket jerami padi yang dilakukan dalam penelitian ini terdiri dari 3 perlakuan. Perlakuan tersebut dapat dilihat pada Tabel 1.
Untuk biopelet arang yang telah disaring dengan 40 mesh dicampur dengan perekat kanji dengan perbandingan sebanyak 20%, 30%, dan 50% dari serbuk arang. Campuran arang dan perekat diaduk dengan sendok sampai homegen 5 menit selanjutnya dibuat briket. Semua perbandingan perekat diambil dari penelitian sebelumnya. Proses pembuatan briket jerami padi yang dilakukan dalam penelitian ini terdiri dari 3 perlakuan. Perlakuan tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.
Percetakan dan Pengempan
Hasil dari percampuran bahan dengan perekat tapioka tersebut selanjutnya disiapkan dalam cetakan dan dilakukan pengempaan sistem hidrolik dengan besar tekanan 20 ton. Bentuk slinder dengan diametar 3 cm, panjang 3 cm dan berat 20 gram. Proses pembuatan biopelet dilakukan dengan pengempa pada suhu 200 0C selama 15 menit.
Tabel 1 Perbandingan penambahan perekat kanji dalam pembuatan briket arang dari jerami padi
Arang padi (gram) Perekat tapioka
250 5 gram (2%)
250 10 gram (4%)
250 15 gram (6%)
Tabel 2 Perbandingan penambahan perekat kanji dalam pembuatan biopelet dari jerami padi
Arang padi (gram) Perekat tapioka
20 4 gram (20%)
20 6 gram (30%)
5
Pengeringan
Briket yang dihasilkan kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 80 selama 48 jam dan mengalami penyusutan berat menjadi 13 gram. Untuk biopelet tidak dikeringkan. Setelah itu dilakukan pengemasan dalam kantong plastik dan ditutup rapat-rapat untuk menjaga agar briket tetap dalam keadaan kering. Sifat fisik yang diuji meliputi kadar air, kadar karbon terikat, kerapatan, keteguhan tekan, nilai kalor, hubungan komposisi bahan baku terhadap laju pembakaran briket, laju pembakaran, dan efesiensi energi.
Pengujian Pengujian Kadar Air
Sampel (arang) digerus pada porselin ditimbang, dikeringkan dalam oven pada suhu 100 selama 4 jam sampai beratnya konstan. Kemudian dimasukaan ke dalam desikator selama 1 jam dan timbang. Kadar air briket dihitung dengan
Cawan yang berisi sampel yang sudah ditetapkan kadar airnya, digunakan untuk menetapkan kadar abu. Caranya cawan tersebut diletakan dalam tanur, perlahan-lahan dipanaskan mulai dari suhu kamar sampai beratnya konstan sekitar 800 selama 2 jam kemudian ditimbang bobotnya. Kadar abu briket arang dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2)
Kadar Abu = �
� ℎ � % (2)
Pengujian Zat Menguap
Cawan porselin berisi sampel yang sudah diketahui kadar airnya, dimasukan kedalam tanur listrik pada suhu 950 selama 6 menit. Setelah penguapan selesai, cawan didinginkan di dalam desikator selama satu jam dan selanjutnya ditimbang. Kadar zat mudah menguap dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (3)
Kadar Zat Menguap = − × % (3)
Keterangan : � = Massa contoh sebelum dikeringkan (gram) � = Massa contoh setelah di keringkan (gram
Pengujian Kadar Karbon Terikat
6
Kadar karbon terikat = 100% – (kadar abu + kadar zat menguap)% (4)
Pengujian Kerapatan
Kerapatan dinyatakan dalam perbandingan berat dan volume, yaitu dengan cara menimbang briket dan mengukur volumenya dalam keadaan kering udara. Kerapatan briket dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (5)
ρ =m
Prinsip pengujian keteguhan tekan adalah mengukur kekuatan tekan briket dengan memberikan penekanan sampai briket pecah. Pengujian keteguhan tekan dilakukan dengan menggunkan alat instron dimana beban yang diberikan
maksimum adalah 10 ton. Penekanan yang diberikan secara perlahan-lahan sampai briket tersebut pecah. Penentuan keteguhan tekan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (6)
Prinsip penentuan nilai kalor adalah dengan mengukur energi yang ditimbulkan pada pembakaran satu gram contoh uji. Ditimbang satu gram contoh uji, lalu ditempatkan pada cawan silika, kemudian dimasukan ke dalam
calorimeter combustion bomb. Pembakaran dimulai pada saat suhu air sudah tetap.
Pengukuran dilakukan sampai suhu mencapai maksimum. Penentuan nilai kalor dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (7)
Nk = � − − (7)
Keterangan: Nk = Nilai kalor (kal/gram)
W = Nilai kalor dari alat kalori meter (kal) � = Suhu mula-mula ( )
� = Suhu setelah pembakaran ( )
m = Berat contoh yang terbakar
B = Koreksi panas pada kawat besi (kal/gram)
Lamanya Waktu Nyala Api dan Laju Pembakaran Briket
7 seperti pembakaran terhadap arang. Pencatatan waktu dimulai ketika briket menyala hingga briket habis atau telah menjadi abu. Pengukuran ini waktu menggunakan stopwatch.
Laju pembakaran briket adalah kecepatan briket habis sampai menjadi abu dengan berat tertentu. Laju pembakaran dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (8)
� = (8)
Keterangan: v = laju pembakaran (g/s)
m = Bobot briket setelah pembakaran (gram) t= waktu pembakaran (s)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Briket Jerami Padi
Pembuatan arang dari bahan limbah jerami padi digunakan limbah sebanyak 37.5 kg menghasilkan 0.75 kg arang. Penelitian ini, menghasilkan arang dengan kadar air 0.1526% , kadar abu 6.6493%, kadar zat menguap 3.5703%, kadar karbon terikat 89.777% dan nilai kalor bakar 5034.73kal/g. Kemudian dari bahan baku arang dihasilkan briket arang dari 250 gram menjadi 25-30 buah briket.
Briket arang yang dihasilkan memiliki sifat fisik pada Tabel 2.
Kadar Air
Pada Tabel 2 terlihat bahwa kadar air tertinggi sebesar 0.165% diperoleh dari briket arang dengan komposisi tambahan perekat tepung kanji sebanyak 4% (B), sedangkan terendah sebesar 0.094% pada briket arang dengan komposisi tambahan perekat 6% (C). Kadar air yang tinggi disebabkan bahan baku briket arang yang memiliki kerapatan rendah dan yang mempunyai berat jenis rendah dapat lebih mudah menyerap udara yang lembab dari sekelilingnya sehingga dapat menyebabkan tingginya kadar air briket arang yang dihasilkan.6 Kadar air briket
diperlihatkan pada Gambar 2.
Tabel 2 Hasil rata-rata sifat fisis briket arang limbah jerami padi
8
Gambar 2 Kadar air briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2% (A), 4% (B) dan 6% (C)
Kadar Abu
Kadar abu merupakan bahan sisa dari pembakaran yang sudah tidak memiliki unsur karbon . Pengaruh kadar abu terhadap kualitas briket arang kurang baik, terutama terhadap nilai kalor yang dihasilkan kandungan kadar abu yang tinggi dapat menurunkan nilai kalor briket arang, sehingga akan menurunkan kualitas briket arang.6,7
Jenis bahan baku serta penambahan konsentrasi perekat tepung kanji sangat berpengaruh terhadap tinggi rendahnya kadar abu briket arang yang dihasilkan. Hal ini dikarenakan bahan baku yang digunakan memilki kompisisi kimia dan jumlah mineral yang berbeda-beda sehingga mengakibatkan kadar abu briket arang yang dihasilkan tidak sama.
Berdasarkan tabel 2 hasil penelitian ini dengan bahan baku yang sama tetapi berbeda perlakuan tambahan perekat kanji, kadar abu tertinggi 6.97% pada perekat kanji 4% (B) sedengkan kadar abu terendah 6.273% pada perekat kanji 2% (A). Kadar abu briket diperlihatkan pada Gambar 3.
9
Pada tabel 2 hasil kadar zat menguap briket arang yang dihasilkan berkisar antara 3.33% - 3.753%. Kadar zat menguap terendah terdapat pada briket arang dengan perekat kanji 6%. Tinggi rendahnya kadar zat menguap briket arang yang dihasilkan dipengerahui oleh bahan baku dengan penambahan konsentrasi perekat tepung kanji. Kandungan kadar zat menguap yang tinggi akan menimbulakan asap yang lebih banyak pada saat briket arang dinyalakan.8 Kadar zat menguap briket diperlihatkan pada Gambar 4.
Kadar Karbon Terikat
Karbon terikat didalam briket arang dipengaruhi oleh nilai kadar abu dan kadar zat menguap. Kadar karbon terikat akan bernilai tinggi apabila nilai kadar abu dan kadar zat menguap pada briket arang rendah. Kadar karbon terikat berpengaruh terhadap nilai kalor bakar arang. Nilai kalor briket arang akan tinggi apa bila nilai kadar karbon terikat pada briket tinggi.9
Berdasarkan hasil penelitian tabel 2 kadar karbon terikat tertinggi sebesar 89.99% pada briket arang dengan arang halus berkonsentrasi perekat 2% (A). Sedangkan pada briket arang dengan perekat 4% (B) memilki kadar karbon terikat rendah. Kadar karbon terikat diperlihatkan pada Gambar 5.
Gambar 4 Kadar zat menguap briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2% (A), 4% (B) dan 6% (C)
10
Kerapatan briket arang berpengaruh terhadap kualitas briket arang, terutama nilai kalor briket arang. Besar kecilnya kerapatan dipengaruhi oleh ukuran dan kehomogenan arang penyusun briket. Nilai kerapatan yang dihasilkan berkisar antara 0.197 g/�� – 0.207 g/�� . Serbuk arang dengan ukuran 80 mesh memiliki luasan bidang permukaan ikatan dan serbuk bertambah. Hal ini menyebabkan ikatan serbuk menjadi lebih kompak dan kuat, sehingga dapat meningkatkan kerapatan briket arang.
Ukuran arang serbuk yang lebih halus dan seragam dibandingkan dengan arang dengan ukuran tidak sama mengakibatkan ikatan antara partikel arangnya lebih maksimal. Kecenderungan terdapatnya ruang-ruang kosong antara partikel sangat kecil. Partikel arang yang ukurannya lebih kasar dan tidak seragam memungkinkan turunnya nilai kerapatan briket arang, karena ikatan antara partikelnya tidak maksimal.10 Kerapatan massa diperlihatkan pada Gambar 6.
Keteguhan Tekan
Keteguhan tekan briket merupakan kemampuan briket untuk memberikan daya tekan atas kekuatan briket terhadap beban yang diberikan atau hancurnya briket jika diberikan beban pada benda tersebut. Semakin tinggi nilai keteguhan tekan briket arang berarti daya tahan terhadap pecah semakin baik. Hal tersebut akan menguntungkan didalam kegiatan pemasaran yang meliputi pengemasan maupun distribusi dan memudahkan pengangkutan briket arang.
Keteguhan tekan yang dihasilkan pada briket arang dengan komposisi penambahan perekat tepung kanji berkonsentrasi berbeda mempunyai nilai yang berbeda pula. Pada briket arang dengan konsentrasi perekat 2% sebesar 9.932 kg/�� , 4% sebesar 19.524 kg/�� dan briket arang dengan konsentrasi perekat 6 % sebasar 91.561 kg/�� . Pemberian perekat dengan kosentrasi yang berbeda dapat mempengaruhi kepadatan dan keteguhan briket arang. Keteguhan tekan briket diperlihatkan pada Gambar 7.
11
Gambar 7 Keteguhan tekan briket arang dengan konsentrasi perekat sebanyak 2% (A), 4% (B) dan 6% (C)
Nilai Kalor Bakar
Pengujian terhadap nilai kalor bertujuan untuk mengetahui sejauh mana nilai panas pembakaran yang dihasilkan oleh briket arang. Nilai kalor diperoleh berdasarkan pengukuran pada volume tetap, dimana arang yang dibakar akan menaikan suhu air sehingga nilai kalor arang dapat diukur berdasarkan perbedaan suhu air. Nilai kalor sangat menentukan kualitas briket arang. Semakin tinggi nilai kalor briket arang semakin baik pula kualitas briket arang yang dihasilkan. Tinggi rendahnya nilai kalor dipengaruhi oleh berat jenis bahan baku. Tinggi rendahnya nilai kalor dipengaruhi oleh kadar air dan kadar abu briket arang. Semakin tinggi kadar air dan kadar abu briket arang akan menurunkan nilai kalor briket arang yang dihasilkan.11
Berdasarkan hasil penelitan terlihat nilai kalor terendah terdapat pada briket arang dengan perekat 2% sebesar 5012.3 kal/gram dan tertingi pada konsentrasi 4% sebersar 5050.6 kal/gram. Nilai bakar kalor briket diperlihatkan pada Gambar 8.
12
Lamanya Waktu Nyala Api dan Laju Pembakaran
Pengamatan menggunakan briket arang sebanyak 35.61 gram. Berdasarkan hasil pengamatan yang dilakukan terhadap nyala api untuk briket arang dengan konsentrasi perekat 2% menyala selama 13 menit, perekat 4% sebesar 20.56 menit dan perekat 6% sebesar 34 menit.
Laju pembakaran briket arang berdasarkan hasil didapat untuk briket arang dengan perekat 2% sebesar 0.853 g/menit, perekat 4% sebesar 0.549 g/menit dan perekat 6% sebesar 0.327 g/menit. Perbedaan komposisi perekat pada masing-masing briket tidak begitu berpengaruh jauh. Tetapi ukuran serbuk yang seragam atau tidaknya dapat mempengaruhi laju pembakaran. Laju pembakaran briket arang diperlihatkan pada Gambar 9.
13
Biopelet Jerami Padi
Biopelet merupakan produk bahan bakar alternatif yang menyerupai briket. Biopelet memiliki keunggulan dibandingkan briket yaitu mudah dalam proses distribusi. Bahan baku yang telah disiapkan kemudian dicacah dan digiling hingga 40 mesh. Pengeciln ukuran bertujuan untuk mendapatkann kualitas biopelet lebih baik. Semakin kecil ukuran partikel yang digunakan pada produk energi alternatif maka energi yang dihasilkan semakin besar. Bahan yang telah di giling kemudian di buat biopelet dicetak dengan ukuran tinggi 20 mm dan diameter 10 mm. Biopelet arang yang dihasilkan memiliki sifat fisik pada Tabel 4. Standar mutu kadar air biopelet di beberapa negara ada pada Tabel 5.
Kadar Air
Untuk pengujian nilai kadar air biopelet, biopelet di timbang di masukan oven dengan suhu 100o C selama 4 jam. Dari data yang di hasilkan kadar air biopelet di hasilkan berkisaran 1.232% -1.700%. Kadar air yang tinggi menyebabkan proses pembakaran yang lambat dan menurunkan temperatur pada proses pembakaran. Kadar air yang tinggi menyulitkan pembakaran biopelet sehingga menyebabkan kalor terbuang untuk penguapan air pada pembakaran biopelet. Selain faktor suhu dan pengempaan, kadar air juga dipengaruhi oleh tempat penyimpanan biopelet. Kerekatan biopelet mempengaruhi kualitas yang dihasilkan biopelet, semakin tinggi kerekatannya maka semakin baik biopelet yang dihasilkan. Kadar air biopelet diperlihat pada Gambar 10. Perbandingan standar mutu kadar air di beberapa negara Tabel 5.
Tabel 4 Hasil rata-rata sifat fisis biopelet limbah jerami padi
Komposisi
Tabel 5 Standar mutu kadar air biopelet di beberapa negara.15
Sumber Kadar air (%)
Standar Austria (ONORM M 7135) <10
Swedia (SS 18 71 20) <10
Standar Jerman (DIN 51371) ≤12
Perancis (ITEBE) ≤15
14
Gambar 10 Kadar air biopelet dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 20% (A), 30% (B) dan 50% (C)
Kadar Zat Terbang
Kadar zat terbang merupakan kandungan hidrokarbon dalam suatu bahan bakar. Kadar zat terbang yang semakin tinggi akan mengahasilkan jumlah asap yang semakin tinggi. Menambahkan bahwa kadar zat terbang yang semakin tinggi akan menghasilkan efisiensi pembakaran yang semakin rendah.11,12 Kadar air biopelet diperlihat pada Gambar 11.
Kadar Abu
Kadar abu merupakan bahan sisa proses pembakaran yang tidak memiliki unsur karbon atau nilai kalor. Komponen utama abu dalam biomassa berupa kalsium, pottasium, magnesium, dan silika. Kadar abu yang semakin rendah akan menghasilkan biopelet yang baik.13
Berdasarkan tabel 2 hasil penelitian ini dengan bahan baku yang sama tetapi berbeda perlakuan tambahan perekat kanji, kadar abu tertinggi 9.3% pada perekat kanji 30% (A). Sedangkan kadar abu terendah 7.25% pada perekat kanji 50% (C). biopelet diperlihatkan pada Gambar 12. Perbandingan standar mutu kadar abu di beberapa negara Tabel 6.
15 Tabel 6 Standar mutu kadar abu biopelet di beberapa negara.15
Sumber Kadar Abu (%)
Standar Austria (ONORM M 7135) <0.05
Swedia (SS 18 71 20) <0.7
Standar Jerman (DIN 51371) ≤1.5
Perancis (ITEBE) ≤6.0
Hasil Penelitian 7.25% - 9.30%
Gambar 12 Kadar abu biopelet dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 20% (A), 30% (B) dan 50% (C)
Kadar Karbon Terikat
Kadar karbon terikat dapat di definisikan sebagai fraksi karbon dalam biomassa selain fraksi abu, air dan volatail. Kadar karbon mempunyai peranan penting untuk menetukan kulitas bahan bakar karena akan mempengaruhi besarnya nilai kalor. Semakin tinggi kandungan kadar karbon terikat dalam bahan bakar, semakin tinggi pula nilai kalor yang dihasilkan sedangkan kadar karbon terikat yang rendah akan menunjukan kualitas bahan bakar yang kurang baik. Berdasarkan hasil, penelitian kadar karbon terikat yang di peroleh berkisar antara 76,23%-79,68%. Kadar karbon terikat diperlihatkan pada Gambar 13.
16
Kerapatan
Kerapatan menunjukan perbandingan antara massa dan volume pada biopelet. Kerapatan biopelet berpengaruh terhadap kualitas biopelet, terutama nilai kalor biopelet. Besar kecilnya kerapatan dipengaruhi oleh ukuran dan kehomogenan arang penyusun biopelet. Nilai kerapatan yang dihasilkan berkisar antara 0.497 g/�� – 0.507 g/�� . Arang dengan ukuran 40 mesh memiliki luasan bidang permukaan ikatan dan serbuk bertambah. Hal ini menyebabkan ikatan serbuk menjadi lebih kompak dan kuat, sehingga dapat meningkatkan kerapatan biopelet. Kadar zat terbang biopelet diperlihatkan pada Gambar 14. Perbandingan standar mutu kerapatan di beberapa negara pada Tabel 7.
Keteguhan Tekan
Keteguhan tekan merupakan kemampuan biopelet untuk memberikan daya tahan dan kekompakan terhadap pecah atau hancurnya biopelet jika adanya beban luar yang di berikan pada biopelet tersebut. Semakin tinggi nilai keteguhan biopelet berati daya tahan biopelet terhadap pecah semakin baik.14
Selain faktor tersebut, nilai kuat tekan yang tinggi disebakan karena ukuran serbuk jerami padi yang cenderung lebih seragam. Permukaan yang seragam akan memudahkan arang serbuk jerami padi menempel dan saling berikatan. Semakin kecil ukuran serbuk arang jerami padi, maka nilai keteguhanya akan semakin besar.
Keteguhan tekan yang dihasilkan pada biopelet dengan komposisi penambahan perekat tepung kanji berkonsentrasi berbeda mempunyai nilai yang berbeda pula. Pada briket arang dengan konsentrasi perekat 20% sebesar 14.190 kg/�� , 30% sebesar 62.74 kg/�� dan briket arang dengan konsentrasi perekat 50% sebasar 36.010 kg/�� . Pemberian perekat dengan kosentrasi yang berbeda dapat mempengaruhi kepadatan dan keteguhan biopelet. Kadar zat terbang biopelet diperlihatkan pada Gambar 15.
17 Tabel 7 Standar mutu kerapatan biopelet di beberapa negara.15
Sumber Kerapatan (gr cm-3)
Standar Austria (ONORM M 7135) >1.2
Swedia (SS 18 71 20) >0.6
Standar Jerman (DIN 51371) 1.0 - 1.4
Perancis (ITEBE) >1.15
Hasil Penelitian 0.197 - 0.207
Gambar 15 Keteguhan tekan biopelet dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 20% (A), 30% (B) dan 50% (C)
Nilai Kalor
Nilai kalor merupakan parameter penting dalam menentukan efisiensi suatu bahan bakar. Nilai kalor dipengaruhi oleh kadar air, kadar zat terbang, kadar abu, dan kadar karbon terikat. Respon nilai kuat tekan biopelet di pengaruhi oleh suhu, kandungan lignin dan ukuran bahan yang di gunakan. Faktor suhu pengempa dan lignin bahan saling berkaitan terhadap nilai kuat tekan yang dihasilkan. Lignin pada biomasa dapat dimanfaatkan sebagai perekat alami dengan bahan bantu pemanasan. Bahan yang mengandung lignin mampu merendam kekuatan mekanis yang dikenankan terhadapnya. Oleh karena itu memeungkinkan untuk memanfaatkan lignin sebagai perekat dan bahan pengikat pada biopelet.10
Berdasarkan hasil penelitan terlihat nilai kalor terendah terdapat pada briket arang dengan perekat 20% sebesar 4011 kal/gram dan tertingi pada konsentrasi 30% sebersar 4211 kal/gram. Desain klin drum diperlihatkan pada Gambar 16.
18
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Pengolahan limbah jerami padi dapat menghasilkan produk yang bermanfaat berupa arang yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan briket arang dan biopelet. Proses pembakaran untuk menjadikan bahan untuk membuat arang harus dilakukan dengan metode yang tepat dan benar. Penambahan perekat pada pembuatan briket dan biopelet arang sangat dibutuhkan agar briket dan biopelet yang dihasilkan memiliki keteguhan tekan yang besar dan kerapatan yang kecil. Sifat fisik briket arang mempengaruhi tinggi rendahnya nilai kalor briket arang. Briket arang yang dihasilkan dapat digunakan sebagai bahan baku rumah tanggga sebagai pengganti bahan bakar alternatif.
Briket arang dengan campuran perekat tepung tapioka dengan 2 %, 4%, dan 6% dapat mempengaruhi karakteristik dari sifat fisika. Sifat fisika yang dihasilkan dari briket arang berkisar antara lain; kadar air 0.094%-0.165%, kadar abu 6.273%-6.97%, kadar zat menguap 3.33%-3.735%, kadar karbon terikat 89.380%- 89.991%, kerapatan 0.197g/�� -0.207g/�� , keteguhan tekan 9.932 kg/�� -91.561kg/�� , nilai kalor bakar 5012.3kal/g–5050.6kal/g. Selain itu ukuran partikel yang homogen memberikan hasil nilai briket arang dengan kualitas baik jika dibandingkan dengan ukuran yang tidak seragam.
Biopelet Jerami padi dengan perekat 20%, 30%, dan 50% dapat mempengaruhi sifat fisika. Sifat fisika yang dihasilkan dari biopelet berkisaran antara lain; kadar air 0.828%-1.700% , zat terbang 12.88%-14.47%, kadar abu 7.25%-9.3%, kadar karbon terikat 79,68%-76,23%, kerapatan 0.305g/�� -0.507g/�� , keteguhan tekan 14.190 kg/�� -62.74kg/�� dan nilai kalor bakar 4011kal/g–4211kal/g.
Saran
19
DAFTAR PUSTAKA
1. Badan Pusat Stasitik (BPS) Indonesia. Berita Resmi Stasistik. Badan Pusat
Stastik. Jakarta. 2012. http://www.bps.go.id. Di akses 14 Juni 2014.
2. Syukri, Muhammad. Karakteristik Limbah Padi Sebagai Bahan Baku Bioenergi [Skripsi] . Sangatta: Kutai Timur. 2014. Halaman 20
3. Triadi, Agus. Karakteristik Briket Arang dari Campuran Serbuk Gergaji Kayu Afrika dan Sengon dengan Penambahan Tempurung Kelapa [Skripsi]. Departmen Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutan IPB. 2006. Halaman 25 4. Wahyudi. Karateristik Pembakaran Biobriket dari Campuran Batu Bara dan
Limbah Padat Pertanian. Jurnal Ilmiah. 2007;10(2): 178-191.
5. Capah A. G. Pengaruh konsentrasi perekat dan ukuran serbuk terhadap kualitas briket arang dari limbah kayu manglum. [Skripsi]. Departemen Kehutanan. Fakultas Pertanian. Univeristas Sumetara Utara. Medan. 2007. Halaman 8
6. Sanotsa, Misiaini R., dan Swara Pratiwi A. Studi Variasi Komposisi Bahan Penyusun Briket Arang dari Kotoran Sapi dan Limbah Pertanian. Bogor. 2013. Halaman 7
7. Hendra. Pembuatan Briket Arang dari Campuran Kayu, Bambu, Sabut Kelapa, dan Tempurung Kelapa sebagai sumber Energi Alternatif. Laporan hasil pnelitian pusat penelitian hasil hutan. Badan penelitian dan pembangunan kehutanan. Bogor. 2012. Halaman 18
8. Sudrajat. Pengaruh Bahan Baku, Jenis Perekat, dan Tekanan Kempa Terhadap Kualitas Briket Arang. Laporan No 165. Pusat Penelitian dan Pengembangan hasil Hutan. Bogor. 1983. Halaman 15
9. Hermadiana, Riana. Pemanfaatan Limbah Tebu Sebagai Bahan Briket Arang. Bogor: Depatemen fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. 2014. Halaman 12
10. Rahman. Uji Keragaan Biopelet dari Biomassa Limbah Sekam Padi Sebagai Bahan Bakar Alternatif Terbarukan [skripsi]. Bogor: Departmen Teknologi Industri Pertanian.2011. Halaman 21
11. Zamariza F. Pembutan Biopelet dari Bungkil Jarak dengan Penambahan Sludge dan Perekat Tapioka [skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor.2009. Halaman 16
12. Nurwigha R. Pembuatan Biopelet dari Cangkang Kelapa Sawit dengan Penambahan Arang Cangkang Sawit dan Serabut Sawit Sebagai Bahan Bakar Alternatif Terbarukan [skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor.2012. Halaman 11
20
14. Triono A Karakteristik Briket Arang dari Campuran Serbuk Gergaji, Kayu Afrika dan Sengon dengan Penambahan Tempurung Kelapa [skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor.2006. Halaman 19
21
LAMPIRAN
Lampiran 1 Tabel Perbandingan Mutu Briket Berdasarkan SNI
Parameter
SNI no. 1/6235/2
000
Komposisi
Kesimpulan 2%
A
4% B
6% C
Kadar Air (%) ≤ 8 0.119 0.165 0.094 Sesuai SNI
Kadar Abu (%) ≤ 8 6.273 6.97 6.705 Sesuai SNI
Kadar Karbon (%) ≥ 65 89.991 89.380 89.96 Sesuai SNI
Nilai Kalor (kal/g) ≥ 5000 5012.3 5050.6 5041.3 Sesuai SNI
22
Lampiran 2 Dokumentasi Penelitian
a. jerami padi b. briket jerami padi
c. tepung tapioka d. pembakaran jerami
e. arang jerami padi
f. pengempa biopelet
RIWAYAT HIDUP
Adinda Mutiara lahir di Jakarta 23 November 1993, merupakan putri pertama dari Bapak Enda dan Alm Ibu Euis. Penulis lulus TK Assalam Bekasi pada tahun 1999. Kemudian melanjutkan pendidikan dasar di SD negeri Cimulya dan lulus tahun 2005. Pada tahun 2008, penulis lulus dari SMP negeri 275 kemudian melanjutkan ke SMA Anggkasa 2 setelah lulus SMA pada tahun 2011, penulis melanjutkan pendidikan ke Institut Pertanian Bogor melewati jalur SMPTN Undangan sebagai mahasiswa Fisika.
