i
LAPORAN AKHIR
PENELITIAN HIBAH BERSAING
REKAYASA MESIN PENGOLAH LIMBAH JARAK PAGAR DAN LIMBAH
PERTANIAN MENJADI BIOBRIKET SEBAGAI BAHAN BAKAR
ALTERNATIF RUMAH TANGGA YANG MURAH
DAN RAMAH LINGKUNGAN
Tahun ke 2 dari rencana 3 tahun
KETUA : IR. SARTONO PUTRO, MT (NIDN : 0606016302) ANGGOTA 1 : MUSABBIKHAH, ST., MT (NIDN : 0617026901) ANGGOTA 2 : IR. SRI HARTATI, MP (0624106601)
LEMBAGA PENELITIAN DAN PENGABDIAN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
iii RINGKASAN
Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan setting parameter yang tepat dari proses pembriketan agar kualitas briket meningkat ditinjau dari kadar air (moisture content) yang rendah.
Model yang digunakan untuk mengetahui kualitas biobriket ditinjau dari kadar air menggunakan lima variabel bebas yaitu Putaran motor (A) tekanan (B), Waktu penahanan (C), Komposisi bahan dan perekat (D) dan suhu pengeringan (E). Metode yang digunakan untuk mengoptimalkan proses pembriketan adalah Taguchi mengacu pada OA L8(2^7).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa faktor-faktor yang berpengaruh signifikan terhadap proses pembriketan yang menghasilkan moisture content yang rendah adalah putaran motor (A) tekanan (B), waktu penahanan (C), komposisi limbah dan perekat (D) dan suhu pengeringan (E) yang memberikan persen kontribusi masing-masing sebesar 6,97%%, 43,19%, 18,76%, 10,65% dan 19,37%. Model yang diperoleh dari variasi level faktor yang dapat mengoptimalkan biobriket adalah A2B1C2D1E2, artinya putaran motor 1250 rpm, tekanan 50 kg/cm2, waktu penahanan 7.5 menit, komposisi limbah dengan perekat 10:1 dan suhu pengeringan 105C. Pada respon kadar air, rata-rata kadar air biobriket sebesar 7.53 % artinya memenuhi standar SNI (maksimum 10 %), sehingga biobriket hasil penelitian memiliki karakteristik yang baik sebagai bahan bakar alternatif. Output Tahun II adalah biobriket yang berkualitas, dan artikel ilmiah yang dimuat dalam Simposium Nasional RAPI-XIII.
iv PRAKATA
Dengan mengucap puji syukur kepada Allah AWT atas segala Rahmad dan Karunia-Nya, sehingga laporan akhir Penelitian Hibah Bersaing Tahap II yang berjudul “ Rekayasa Mesin Pengolah Limbah Jarak Pagar dan Limbah Pertanian Menjadi Biobriket Sebagai Bahan Bakar Alternatif Rumah Tangga Yang Murah dan Ramah Lingkungan dapat diselesaikan.
Laporan penelitian ini berisi tentang : Pendahuluan, Tinjauan Pustaka, Tujuan dan Manfaat Penelitian, Metode Penelitian, Hasil dan Pembahasan, Rencana Tahapan
Berikutnya, Kesimpulan dan Saran. Metode Penelitian yang dikembangkan dalam laporan penelitian ini bersifat kuantitatif, sehingga untuk mempermudah dalam pengolahan data menggunakan analisis statistik dengan bantuan software Taguchi.
Pada kesempatan ini, tidak lupa peneliti mengucapkan banyak terima kasih kepada berbagai pihak yang telah membantu dalam kegiatan ini. Ucapan terima kasih ini disampaikan kepada :
1. Dirjen Dikti yang telah memberikan bantuan dana penelitian, sehingga penelitian ini dapat terlaksana.
2. Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyrakat Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah memberikan bantuan dan pengarahan dalam penelitian ini. 3. Segenap mahasiswa dan Laboran Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Surakarta yang telah membantu dalam eksperimen dan pengumpulan data.
4. Segenap pihak yang terlibat dan turut membantu selama penelitian dan pembuatan laporan akhir penelitian ini.
Akhir kata, semoga laporan akhir penelitian Hibah Bersaing ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan.
Surakarta, 10 Nopember 2014
v DAFTAR ISI
Halaman cover i
Halaman Pengesahan ii
Ringkasan iii
Prakata iv
Daftar Isi v
Daftar Tabel vi
Daftar Gambar vii
Daftar Lampiran viii
Bab I Pendahuluan
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Permasalahan 2
Bab II Tinjauan Pustaka
2.1. Dasar Teori 5
2.2. Kajian Pustaka 13
Bab III Tujuan dan Manfaat Penelitian
3.1. Tujuan Penelitian 18
3.2. Manfaat Penelitian 18
Bab IV Metode Penelitian
4.1. Lokasi Penelitian 19
4.2. Waktu Penelitian 20
4.3. Bahan dan Peralatan Penelitian 20
4.4. Variabel dan Model Penelitian 20
4.5. Teknik Sampling dan Unit Analisis 21
4.6. Instrumen Pengumpulan Data 22
4.7. Desain Penelitian Tahun II 23
Bab V Hasil dan Pembahasan
5.1 Hasil Rekayasa 24
5.2 Biobriket 28
5.3. Pembahasan 33
Bab VI. Rencana Tahapan Berikutnya
6.1. Sosialisasi dan Penerapan Mesin Press 35
6.2. Pendaftaran Patent 35
6.3. Diseminasi 36
Bab VII. Kesimpulan dan Saran
7.1 Kesimpulan 37
7.2 Saran 37
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Perbandingan Nilai Kalor Beberapa Limbah Pertanian 16
Tabel 2 Level Faktor Pembuatan Biobriket 19
Tabel 3 Hasil Penggujian Kadar Air Biobriket 31
Tabel 4 ANOVA Kadar Air Biobriket 31
Tabel 5 Efek Faktor Utama Kadar Air Biobriket 32
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Flow Chart Pembuatan Biobriket 10
Gambar 2 Fish Bone Desain Penelitian Tahun II 23
Gambar 3 Stick Assy Atas 25
Gambar 4 Sket Desain Stick Bawah dan Stick Atas 25
Gambar 5 Setting mesin diesel 25
Gambar 6 Setting mesin Mesin Press Semi otomatis Single Hydraulic 26
Gambar 7 Komposisi bahan baku limbah 26
Gambar 8 Pemasukan bahan baku ke dalam cetakan 27
Gambar 9 Proses pembriketan 27
Gambar 10 Persiapan pengambilan loyang briket 28
Gambar 11 Biobriket hasil pengepresan mesin press semi otomatis sistem single hydraulic\
29
Gambar 12 Persiapan uji moisture content 30
viii
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN 1 Artikel Ilmiah LAMPIRAN 2 Produk Penelitian
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
KOPTAN HARUM merupakan kelompok tani terpadu yang berdiri pada tahun 2005, memiliki 24 anggota yang berlokasi di Gondangrawe, Kec.Andong, Kabupaten Boyolali. Menurut data BPS Kab.Boyolali (2007), terdapat 40,48% warga Gondangrawe termasuk kategori keluarga miskin. Desa Gondangrawe terdiri dari 80 ha lahan sawah tadah hujan, 67 ha pekarangan dan 108 ha tanah tegalan.Salah satu kegiatan yang dilakukan KOPTAN HARUM adalah pengembangan budi daya tanaman jarak pagar.Selain budidaya tanamannya sangat mudah, bisa dilakukan dengan tumpang sari atau tanaman pagar juga bisa ditanam di tanah gersang dan kering.Kegiatan ini dilakukan dalam rangka menindaklanjuti program Pemerintah khususnya pengadaan BBM alternatif.
Budi daya tanaman biji jarak pagar yang dilakukan KOPTAN HARUM ini berada dalam lahan seluas 75 ha sebagai pagar rumah dan lahan pohon jarak.Namun ditengah prospek usaha budi daya yang cerah terselip permasalahan sangat besar yaitu pengolahan biji dan limbah jarak pagar. Hal ini lebih disebabkan keterbatasan pengetahuan dan paralatan yang dimiliki.Penggunaan jarak pagar sebagai bahan
bakar alternatif ini belum dikembangkan pada “KOPTAN HARUM”, sehingga
masyarakat belum dapat merasakan langsung manfaat lain dari jarak pagar. Selama
ini “KOPTAN HARUM”, hanya sebatas melayani permintaan biji jarak pagar
kepada konsumen dengan harga Rp.1.200/kg biji jarak.
2 1.2 Permasalahan
a. Permasalahan Limbah Jarak Pagar
Pengembangan tanaman jarak (Jatropha Curcas L) sebagai bahan bakar alternatif mempunyai potensi yang sangat besar, selain menghasilkan kayu dengan produktivitas tinggi, dapat juga dijadikan bahan untuk pembuatan biobriket. Pengolahan biji jarak menghasilkan randemen kayu sebesar 30%, dengan randemen yang besar tersebut, maka akan diperoleh 70% limbah atau bungkil biji jarak pagar yang masih mengandung sisa kayu yang cukup tinggi. Sampai saat ini limbah tersebut belum banyak dimanfaatkan. Bungkil jarak pagar merupakan bahan yang paling tepat dalam pembuatan biobriket (Budiman dkk., 2008).
b. Permasalahan Limbah Pertanian (Sekam Padi)
Limbah sering diartikan sebagai bahan buangan/bahan sisa dari proses pengolahan hasil pertanian. Proses penghancuran limbah secara alami berlangsung lambat, sehingga limbah tidak saja mengganggu lingkungan sekitarnya tetapi juga mengganggu kesehatan manusia. Pada setiap penggilingan padi akan selalu kita lihat tumpukan bahkan gunungan sekam yang semakin lama semakin tinggi. Saat ini pemanfaatan sekam padi masih sangat sedikit, sehingga sekam tetap menjadi bahan limbah yang mengganggu lingkungan.
Sekam padi merupakan lapisan keras yang meliputi kariopsis yang terdiri dari dua belahan yang disebut lemma dan palea yang saling bertautan. Pada proses penggilingan beras sekam akan terpisah dari butir beras dan menjadi bahan sisa atau limbah penggilingan. Sekam dikategorikan sebagai biomassa yang dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan seperti bahan baku industri, pakan ternak dan energi atau bahan bakar. Dari proses penggilingan padi biasanya diperoleh sekam sekitar 20-30% dari bobot gabah. Penggunaan energi sekam bertujuan untuk menekan biaya pengeluaran untuk bahan bakar bagi rumah tangga petani.
Penggunaan Bahan Bakar minyak yang harganya terus meningkat akan berpengaruh terhadap biaya rumah tangga yang harus dikeluarkan setiap harinya
(Balitbang Pertanian, 2007).
Dari proses penggilingan padi biasanya diperoleh sekam sekitar 20-30%, dedak antara 8- 12% dan beras giling antara 50-63,5% data bobot awal gabah.
3
lingkungan. Ditinjau data komposisi kimiawi, sekam mengandung beberapa unsur kimia penting. Sekam dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan di antaranya: (a) sebagai bahan baku pada industri kimia, terutama kandungan zat kimia furfural yang dapat digunakan sebagai bahan baku dalam berbagai industri kimia, (b) sebagai bahan baku pada industri bahan bangunan, terutama kandungan silika (SiO2 ) yang dapat digunakan untuk campuran pada pembuatan semen portland, bahan isolasi, husk-board dan campuran pada industri bata merah, (c) sebagai sumber energi panas pada berbagai keperluan manusia, kadar selulosa yang cukup tinggi dapat memberikan pembakaran yang merata dan stabil. Sekam memiliki kerapatan jenis (bulk densil)1 125 kg/m3, dengan nilai kalori 1 kg sekam sebesar 3300 k. kalori. Menurut Houston (1972) sekam memiliki bulk density 0,100 g/ ml, nilai kalori antara 3300 -3600 k. kalori/kg sekam dengan konduktivitas panas 0,271 BTU (Balitbang Pertanian, 2007).
c. Permasalahan Limbah Jerami
Jerami kering, secara alamiah adalah batang kering yang di dalamnya berisi udara. Secara individual atau satu persatu, batang jerami tidak akan mampu memenuhi tugasnya sebagai bahan dengan tingkat insulasi yang tinggi, namun penggabungan beberapa batang jerami menjadi satu ikatan misalnya, akan menghasilkan suatu elemen yang tebal dan memiliki rongga udara di dalamnya secara otomatis. Pemilihan jerami sebagai objek yang diujikan didasarkan pada alasan bahwa limbah ini tersedia melimpah dan belum dimanfaatkan secara optimal.Dengan adanya limbah jerami ini, maka kebutuhan akanbahan bakar alternatif biobriket dapat dipenuhi dengan harga yang lebih rendah (Lacinski &
Bergeron, 2006).
d. Penanganan terhadap dampak pencemaran yang telah dilakukan
4
Secara teknis operasional penanganan limbah jarak pagar, sekam padi dan jerami meliputi :
1) Memanfaatkan dan mengelola limbah jarak pagar dan pertanian menjadi biobriket.
2) Mengkombinasikan komposisi limbah jarak pagar, limbah sekam padi dan jerami yang tepat dalam pembuatan biobriket sebagai pengganti kayu dan gas dalam memenuhi kebutuhan bahan bakar alternatif yang murah..
3) Melakukan uji fisis dan mekanis biobriket agar dapat diketahui kualitas produk yang dihasilkan.
5 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
a. Krisis Energi
Krisis energi telah melanda dunia, pada tahun 2012 ini mencapai 105 $/barrel. Hal ini berdampak pada berbagai sektor, khususnya` perekonomian tidak terkecuali Indonesia. Krisis ini terjadi akibat semakin langkanya bahan bakar minyak (BBM) yang berasal dari bahan-bahan yang bersifat non renewable atau tidak dapat
diperbarui. Hal ini tidak dapat dibiarkan begitu saja, karena semakin lama cadangan minyak dunia khususnya Indonesia, akan semakin menipis. Hal tersebut dapat diatasi dengan memanfaatkan bahan bakar minyak yang berasal dari bahan yang dapat diperbarui (renewable) yaitu dengan memanfaatkan tanaman penghasil biodiesel. Beberapa tanaman yang berpotensi untuk menghasilkan biodiesel antara lain kelapa sawit, kelapa, ketela, kedelai, dan jarak pagar. Dari contoh tersebut, jarak pagar merupakan tanaman yang mempunyai potensi tertinggi karena jarak pagar tidak termasuk minyak makan (edible oil) seperti bahan yang lain, sehingga pemanfaatan jarak pagar tidak akan mengganggu pemenuhan kebutuhan minyak makan di Indonesia. Selain itu, kadar biodiesel buah jarak bisa mencapai 80% (B-80), lebih tinggi dari kelapa sawit yang hanya 40% (Saptoadi. H., 2004).
Kelangkaan bahan bakar minyak, yang disebabkan oleh kenaikan harga minyak dunia yang signifikan, telah mendorong pemerintah untuk mengajak masyarakat mengatasi masalah energi bersama-sama. Penghematan bahan bakar sebetulnya harus telah digerakkan sejak dahulu karena pasokan bahan bakar yang berasal dari minyak bumi adalah sumber energi fosil yang tidak dapat diperbarui (unrenewable), sedangkan permintaan naik terus, demikian pula harganya sehingga tidak ada stabilitas keseimbangan permintaan dan penawaran.
6
dekat kawasan hutan berusaha mencari kayu bakar, baik dari ranting kering dan tidak jarang pula menebangi pohon di hutan yang terlarang untuk ditebangi, sehingga lambat laun mengancam kelestarian alam di sekitar kawasan hutan.
Ketergantungan energi Indonesia kepada bahan bakar minyak dan gas sangat tinggi, akibatnya ketika Pemerintah Pusat memutuskan kenaikan harga BBM dan gas baru-baru ini, dampaknya bukan hanya dirasakan oleh rakyat saja, akan tetapi juga dirasakan oleh Pemerintah Daerah yang terpaksa harus merevisi APBD-nya untuk menyesuaikan asumsi dasar belanja daerah (Sopian. T., 2005).
Energi dianggap sebagai salah satu prasarana dalam mencapai kesejahteraan sebuah daerah mengingat energi dibutuhkan untuk keperluan transportasi, industri dan rumah tangga. Masalah energi alternatif kini menjadi perbincangan yang ramai di masyarakat. Krisis bahan bakar minyak (BBM) telah menggugah masyarakat Indonesia untuk tidak bergantung pada energi minyak bumi.
Krisis selain sebagai batu ujian, juga telah memunculkan ide-ide besar dan kreatif mengatasi masa-masa sulit. Selain itu, krisis energi menjadi momentum bagi pemerintah untuk menyiapkan kebijakan yang mendukung penggunaan biodiesel.
Bahan bakar minyak dari fosil makin sulit ditemukan sehingga harganya terus naik. Padahal, Indonesia memiliki potensi alam untuk dikembangkan menjadi bahan bakar alternatif yang produksinya bisa dilakukan rakyat karena proses sederhana.
Beberapa alasan mengapa penggunaan BBM alternatif menjadi penting. Pertama, menurut data Pertamina, kebutuhan konsumsi BBM dalam negeri kini mencapai 1,15 juta barel per hari. Sementara itu, kemampuan produksi Indonesia hanya 950.000 barel per hari. Dengan kondisi ini, tak heran jika ketergantungan terhadap impor BBM terus meningkat. Kedua, makin menurunnya investasi pencarian karena cadangan minyak bumi kian menipis dan diperkirakan habis dalam waktu 10 tahun ke depan. Ketiga, harga minyak dunia terus melambung mencapai US$60-US$70 per barel.
7 b. Limbah Jarak Pagar
Pengembangan tanaman jarak pagar (Jatropha Curcas L) sebagai bahan bakar alternatif mempunyai potensi yang sangat besar, selian menghasilkan
minyak dengan produktivitas tinggi, dapat juga dijadikan bahan untuk pembuatan biobriket. Pengolahan biji jarak menghasilkan randemen minyak sebesar 30%, dengan randemen yang besar tersebut, maka akan diperoleh 70% limbah atau bungkil biji jarak pagar yang masih mengandung sisa minyak yang cukup tinggi. Sampai saat ini limbah tersebut belum banyak dimanfaatkan. Bungkil jarak pagar merupakan bahan paling tepat dalam membuat biobriket (Budiman. S dkk, 2008).
c. Limbah Pertanian
1) Arang Sekam Padi
Limbah sering diartikan sebagai bahan buangan/bahan sisa dari proses pengolahan hasil pertanian. Proses penghancuran limbah secara alami berlangsung lambat, sehingga limbah tidak saja mengganggu lingkungan sekitarnya tetapi juga mengganggu kesehatan manusia. Pada setiap penggilingan padi akan selalu terlihat tumpukan bahkan gunungan sekam yang semakin lama
semakin tinggi. Saat ini pemanfaatan sekam padi masih sangat sedikit, sehingga sekam tetap menjadi bahan limbah yang mengganggu lingkungan.
Sekam padi merupakan lapisan keras yang meliputi kariopsis yang terdiri dari dua belahan yang disebut lemma dan palea yang saling bertautan. Pada proses penggilingan beras sekam akan terpisah dari butir beras dan menjadi
bahan sisa atau limbah penggilingan. Sekam dikategorikan sebagai biomassa yang dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan seperti bahan baku industri, pakan ternak dan energi atau bahan bakar. Dari proses penggilingan padi
biasanya diperoleh sekam sekitar 20-30% dari bobot gabah. Penggunaan energi sekam bertujuan untuk menekan biaya pengeluaran untuk bahan bakar bagi rumah tangga petani. Penggunaan Bahan Bakar minyak yang harganya terus meningkat akan berpengaruh terhadap biaya rumah tangga yang harus dikeluarkan setiap harinya (Balitbang Pertanian, 2007).
8
lingkungan. Ditinjau data komposisi kimiawi, sekam mengandung beberapa unsur kimia penting. Sekam dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan di antaranya: (a) sebagai bahan baku pada industri kimia, terutama kandungan zat kimia furfural yang dapat digunakan sebagai bahan baku dalam berbagai industri kimia, (b) sebagai bahan baku pada industri bahan bangunan, terutama kandungan silika (SiO2 ) yang dapat digunakan untuk campuran pada pembuatan semen portland, bahan isolasi, husk-board dan campuran pada industri bata merah, (c) sebagai sumber energi panas pada berbagai keperluan manusia, kadar selulosa yang cukup tinggi dapat memberikan pembakaran yang merata dan stabil. Sekam memiliki kerapatan jenis (bulk densil)1 125 kg/m3, dengan nilai kalori 1 kg sekam sebesar 3300 k. kalori. Menurut Houston (1972) sekam memiliki bulk density 0,100 g/ ml, nilai kalori antara 3300 -3600 k. kalori/kg sekam dengan konduktivitas panas 0,271 BTU (Balitbang Pertanian, 2007).
2) Arang Jerami
Jerami kering, secara alamiah adalah batang kering yang di dalamnya berisi udara. Secara individual atau satu persatu, batang jerami tidak akan mampu memenuhi tugasnya sebagai bahan dengan tingkat insulasi yang tinggi, namun penggabungan beberapa batang jerami menjadi satu ikatan misalnya, akan menghasilkan suatu elemen yang tebal dan memiliki rongga udara di dalamnya secara otomatis. Pemilihan jerami sebagai objek yang diujikan didasarkan pada alasan bahwa limbah ini tersedia melimpah dan belum dimanfaatkan secara optimal.Dengan adanya limbah jerami ini, maka kebutuhan akanbahan bakar alternatif biobriket dapat dipenuhi dengan harga yang lebih rendah (Lacinski & Bergeron 2006).
d. Biobriket
9
Untuk membuat biobriket, bungkil dan sludge jarak dicampurkan dengan bahan tambahan berupa arang sekam, arang jerami atau jerami dan bahan perekat berupa lem kanji singkong (tapioka). Dapat pula dicampur tempurung biji jarak dan ranting-ranting tanaman pagar jarak.Jika memungkinkan, biobriket ini juga bisa diperkaya dengan tempurung kelapa.
Sekam juga dapat digunakan sebagai bahan campuran biobriket. Sekam ini dipilih dengan pertimbangan bahwa, sekam padi tersedia cukup banyak dan mampu menghasilkan energi panas mencapai 400°C. Sebagai bahan pencampur biobriket, sekam padi dapat langsung dicampurkan. Namun. Akan lebih baik jika sekam dibakar terlebih dahulu hingga menjadi arang atau sudah dikarbonisasi. Jika sekam dijadikan arang, biobriket yang dihasilkan nantinya akan mengeluarkan asap relatif lebih sedikit ketika dibakar.
1)Bahan pembuatan biobriket
Dalam pembuatan biobriket, agar dihasilkan briket yang berkualitas, komposisi bahan untuk membuat briket adalah bungkil jarak pagar, sludge , daun, ranting, sekam padi, jerami dan lem kanji . Menurut penelitian, kalori biobriket adalah 5.500 kal, sebanding dengan briket batu bara (muda). Kualitas briket yang dihasilkan tergantung pada perbandingan bungkil dan arang sekam, konsentrasi pati yang digunakan, kekuatan pengepresan, dan tingkat kekeringan briket. Semakin banyak arang sekam yang digunakan, briket yang dihasilkan akan semakin rapuh dan jumlah lem kanji yang dibutuhkan juga semakin banyak. Hal ini disebabkan arang cenderung menyerap air lebih banyak.
2) Proses pembuatan biobriket
Pembuatan biobriket dilakukan dengan tahapan seperti berikut :
a) Persiapan bahan
(1)Sekam padi dan jerami dikarbonisasi dalam wadah tertutup selama 45-60 menit, dihaluskan, dan diayak sehingga diperoleh ukuran yang seragam.
10
(2)Bungkil jarak dan sludge dikeringkan, dihaluskan, dan diayak sehingga diperoleh ukuran yang seragam.
(3)Lem kanji singkong 1% sampai dengan 17% dipanaskan pada suhu 75C selama 30 menit. Selama pemanasan, lem kanji diaduk secara kontinyu agar panas merata dan tidak terjadi pengumpulan di bawah.
b) Pencampuran dan Pencetakan
Pencampuran dapat dilakukan secara manual dengan peralatan sederhana seperti cangkul. Pencetakan dapat dilakukan menggunakan mesin press atau secara manual menggunakan pralon dengan diamater dan panjang tertentu. Campuran bahan briket dimasukan ke dalam cetakan hingga merata pada permukaan. Dalam pengepresan ini dilakukan penahanan agar briket yang dihasilkan benar-benar padat.
c) Pengeringan
Pengeringan biobriket dilakukan dengan cara menjemurnya dibawah sinar matahari langsung selama 2 sampai 3 hari hingga briket terasa ringan bila diangkat. Briket juga bisa dikeringkan dalam oven yang dipanaskan
dengan minyak jarak. Berat rata-rata briket basah adalah 30 gram dan saat kering akan berat rata-rata setelah kering adalah 22 gram. Gambar 1 berikut
ini flow chart pembuatan biobriket.
Gambar 1. Flow chart pembuatan BioBriket Limbah Pertanian
(sekam padi dan jerami
Bungkil biji jarak kering
Lem kanji
Karbonasi Penghalusan Pemanasan
Penghalusan
Pengayaan
Pengayaan
Pencampuran
Pencetakan
Pengeringan
11 e. Pengertian Bahan Bakar
Bahan bakar padat yang terdapat di bumi kita ini berasal dari zat – zat organik. Bahan bakar padat mengandung unsur – unsur antara lain : zat arang atau karbon (C), Hidrogen (H), zat asam atau Oksigen (O), zat lemas atau Nitrogen (N), Belerang (S), Abu dan air, yang semuanya itu terikat dalam satu persenyawaan kimia. Pembakaran bahan bakar padat memerlukan tahapan tertentu sebelum terjadi proses pembakaran. Adapun beberapa tahapan dalam pembakaran bahan bakar padat adalah pengeringan, devolatilisasi dan pembakaran arang. Ditinjau dari sudut teknis dan ekonomis, bahan bakar diartikan sebagai bahan yang dikonsumsi untuk menghasilkan energi berupa kalor. Bahan bakar dapat diklasifikasikan dalam tiga kelompok :
1)Bahan yang dikonsumsi dalam proses pembakaran reaksi kimia. 2)Bahan yang digunakan pada reaktor nuklir - reaksi inti.
3)Bahan yang dikonsumsi oleh makhluk hidup untuk metabolisme.
f. Pengertian Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar, disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor. Pembakaran sempurna adalah pembakaran dimana semua konstituen yang dapat terbakar di dalam bahan bakar membentuk gas CO2, air (H2O), dan gas SO2, sehingga tak ada lagi bahan yang dapat terbakar tersisa.
g. Analisis Proximate
Analisis Proximate adalah analisa pendekatan dari suatu bahan bakar yang dilaksanakan dengan cara memanaskannya dan memperhitungkan hasil-hasil pemanasannya, yaitu diantaranya adalah kandungan air (moisture), volatile matter,
fixed carbon, dan kadar abu. 1). Kandungan Air (Moisture)
12
ditentukan oleh proses pengolahan dan pengerjaan biomassa. Kadar air ini merupakan kandungan air pada bahan bakar padat. Semakin besar kadar air yang terdapat pada bahan bakar padat, maka nilai kalornya semakin kecil, begitu juga sebaliknya.
Prosedur pengujian kadar air dilakukan dengan mengambil sebagian dari sampel uji briket, selanjutnya ditimbang dengan berat 2 gram sebagai berat awal XA. Sampel uji dikeringkan dalam oven pada suhu tertentu sampai beratnya konstan. Kemudian didinginkan atau dimasukan ke dalam desikator dan dilakukan penimbangan sampai diperoleh berat konstan (XB). Kadar air briket dihitung menggunakan standar ASTM D-3173 dengan menggunakan persamaan:
....(1) ... ... ... ... ... ... ... 100% x A X B X A X Air Kadar
2). Volatile Matter (Zat Terbang)
Volatile Matter merupakan hasil dekomposisi pada waktu pemanasan bahan bakar yang terdiri dari gas-gas yang mudah terbakar seperti hidrogen (H2), karbon monoksida (CO), hidro karbon (CH4), dan gas yang tak terbakar seperti karbon dioksida (CO2), dan juga uap air.
3). Fixed Carbon (Karbon Tetap)
Fixed carbon merupakan jumlah kandungan karbon tetap yang terdapat dalam suatu bahan bakar. Kandungan karbon ini diperoleh dari pengurangan kandungan kadar karbon bahan bakar tersebut yang dikurangi dengan kadar air, volatile matter, dan kadar abu.
4). Kadar Abu
Abu merupakan bahan mineral yang tak dapat terbakar pada bahan bakar padat yang tertinggal setelah proses pembakaran. Abu pada bahan bakar akan menurunkan mutu pembakaran bahan bakar tersebut, karena akan menurunkan nilai kalornya. Partikel abu yang terbentuk bermacam-macam tergantung dari jenis bahan bakarnya.
h. Penerapan Metode Taguchi
13
Hasil eksperimen konfirmasi akan menentukan apakah level faktor optimal yang diperoleh bisa diperluas ke skala industri. Menurut Ross (1998), fungsi kerugian dibedakan menjadi tiga jenis yaitu :
1) Smaller the better : L(y) = k (y-m)2……...………...(2)
2) Nominal the better : L(y) = k(y)2………...(3)
3) Larger the better : L(y) = k(1/y)2……...…...(4)
Di dalam analysis of variance (ANOVA), derajat bebas, jumlah kuadrat, rata-rata kuadrat dan sebagainya dihitung dan diorganisasikan dalam format tabel standar. Pada ANOVA dua arah ini data eksperimen terdiri dari dua faktor atau lebih dan dua level atau lebih. Menurut Montgomery (1996), beberapa formula di dalam ANOVA : ) ...(5 ... ... ... ... ... ... CF k 1 i n 1 j 2 ij y T SS ..(6) ... ... ... ... ... ... ... ... CF k 1 i A n 2 i A A SS k CF...................(7)
1 i nB 2 i B B SS ) 8 ..( ... ... ... ... c 1 i CF SSA SSB 2 AXB n AXB AXB SS AXB B A T SS SS SS SS SSe ...(9)
MSA = SSA/VA ………….…………...(10)
MSB = SSB/VB …………...…………...(11)
MSAXB = SSAXB / VAXB …...……...(12)
Mse = SSe/Ve ………...…...………....(13)
k 1 i n 1 j yij...(14) T
2.2. Kajian Pustaka
14
Penelitian mengenai pembakaran antara jerami dan batu bara diteliti oleh Pedersen dkk. (1996) yang dalam risetnya menghasilkan kesimpulan bahwa dengan pembakaran antara batu bara Kanada, emisi NO dan SO2 dapat direduksi bila dibandingkan dengan pembakaran batu bara saja, juga didapatkan hasil terjadi penurunan kadar asap dan abu.
Naruse dkk. (1999) melakukan penelitian perilaku pembakaran dan kontrol emisi pada pembakaran biobriket. Hasil penelitian ini, biobriket memiliki temperatur penyalaan yang lebih rendah dan waktu pembakaran yang lebih singkat dari pada batu bara normal. Hasil pengujian pada tungku api biasa menunjukkan bahwa dari pembakaran briket, emisi partikulat yang dihasilkan rendah.
Dujambi (1999) meneliti laju pembakaran briket batu bara produksi PT. Bukit Asam dengan variasi pembakaran, seperti ukuran briket, laju aliran udara, temperatur dinding tungku dan temperatur preheat. Laju pembakaran naik jika laju aliran udara naik tetapi terdapat suatu kondisi optimum dimana laju pembakaran menurun dengan kenaikan lebih lanjut dari laju aliran udara, karena pengaruh dari pendinginan yang terjadi secara konveksi. Laju pembakaran dipengaruhi temperatur
dinding tungku, semakin besar ukuran partikel, maka laju pembakaran berkurang. Sedangkan karakter pembakaran limbah pertanian pernah diteliti oleh Werther (2000), yang menyatakan antara lain, limbah pertanian banyak sekali mengandung volatile sehingga memyebabkan pembakaran dimulai pada temperatur rendah, disamping itu konsentrasi polutan tertinggi yaitu abu, dan sangat penting untuk menganalisa komposisi abu karena sangat mempengaruhi proses pembakaran itu sendiri. Butiran biomass yang kecil dan kering memberikan penyalaan yang stabil. Apabila limbah pertanian dibakar bersama-sama dengan batu bara, maka tidak ada efek negatif yang muncul, terutama dari segi emisi polutan.
Von Raczeck dalam Werther (2000) mengadakan percobaan pembakaran dengan bahan bakar berupa kulit kopi, serpihan kayu, dan batubara bituminous. Dari hasil penelitian menunjukan bahwa proses devolatilisasi kulit kopi dan serpihan kayu mulai terjadi pada suhu 1600C hingga 200 0C. Pada saat suhu mencapai 200 0C proses devolatilisasi berlangsung cepat dan kehilangan massa yang signifikan, ketika suhu di atas 500 0C massa cenderung konstan.
15
briket yang memiliki porositas yang lebih besar akan mengalami sedikit hambatan akan lajunya oksigen dan terjadinya pembakaran, artinya semakin porous maka bahanbakar semakin reaktif. Semakin halus ukuran partikel penyusun briket maka briket tersebut akan semakin reaktif.
Cai dan Zygouraks (2003) melakukan penelitian tentang model transien untuk menentukan karakteristik pembakaran arang yang memiliki porositas yang tinggi, dari hasil penelitian tersebut didapatkan bahwa porositas dan luasan area akan terkait dengan besarnya cavity yang akan mempengaruhi reaktivitas dan pembakaran partikel arang.
Biagini dan Tognotti (2004) melakukan penelitian mengenai pengaruh ukuran partikel dan variasi struktur kimia terhadap aspek dasar proses pembakaran bahan bakar biomassa dan batubara. Penelitian dilakukan dengan variasi laju pemanasan tungku pembakaran 5 0C/menit, 10 0C/menit, dan 20 0C/menit untuk bahan bakar yakni batubara Kema (kadar volatil yang tinggi), batubara Chang Cun dengan kadar zat volatil rendah, limbah tanaman zaitun, limbah lumpur kertas, dan butiran batubara (10 % berat).
Saptoadi (2004) melakukan penelitian mengenai karakteristik pembakaran briket dari jeramian dan lignit. Briket merupakan perpaduan komposisi antara jeramian dan lignit yaitu 100% lignit, 75% lignit 25% jeramian, 50% lignit 50% jeramian, 25% lignit 75% jeramian dan 100% jeramian. Temperatur dinding tungku setiap pembakaran diset pada 350 0C, massa briket sebesar 3 gram. Laju aliran udara yang digunakan 0,6 m/s, 0,8 m/s, 1,0 m/s dan 1,2 m/s.
Subroto; Himawanto; Putro.S (2008) menyatakan bahwa limbah pertanian (sekam padi dan jerami) potensial untuk diolah menjadi bahan bakar alternatif
16
Rosariastuti, Himawanto dan Supriyadi (2005), Limbah industri pati aren dan limbah pertanian memiliki nilai kalor yang potensial untuk diolah menjadi bahan bakar, limbah tepung onggok memilki nilai kalor sebesar 3821,83 kal/gram, sekam padi memiliki nilai kalor sebesar 3731,671 kal/gram dan jerami memiliki nilai kalor sebesar 3752,237 kal/gram, briket batu bara dianggap sebagai bahan bakar alternatif pengganti kayu bakar memiliki nilai kalor sebesar 4.500 kal/gram.
Tabel 1. Perbandingan Nilai Kalor Beberapa Limbah Pertanian
Himawanto, Putro. S (2003) melakukan penelitian mengenai pengolahan
limbah pertanian menjadi biobriket, dan didapatkan bahwa nilai kalor yang dimiliki oleh limbah pertanian (sekam padi dan jerami) relatif cukup tinggi sehingga prospektif untuk dijadikan bahan bakar altenatif.
Teguh. Y dan Musabbikhah (2010), meneliti tentang optimasi kualitas biobriket. Hasil penelitian menunjukkan bahwa untuk mengoptimalkan kekuatan tekan biobriket diperlukan setting parameter A2B1C2D1E2F2, artinya komposisi limbah jarak 58%, komposisi arang sekam 35%, komposisi larutan pati 17%, tekanan pengepressan 200kg/cm2, waktu penahanan 60 menit dan waktu pengeringan 3 hari. Kondisi optimum dipilih untuk setiap level yang memberikan nilai rata-rata rasio S/N tertinggi. faktor-faktor yang berpengaruh secara signifikan terhadap kekuatan tekan biobriket adalah komposisi limbah jarak (A), komposisi arang sekam (B), komposisi larutan pati (C), tekanan pengepressan (D), waktu penahanan (E) dan waktu pengeringan (F), memberikan persen kontribusi masing-masing sebesar 17.811%, 17.213%, 11.461%, 6.025%, 31.92% dan 15.521% .
Musabbikhah, Himawanto, Taufiq.LAD (2011), meneliti tentang Rekayasa Tungku Pembakaran Genteng Berbahan Bakar Biocoal Optimal Guna Meningkatkan Produktivitas Genteng di Wiroko Wonogiri. Hasil penelitian
Sifat BatuBara
Lignite
Arang Kayu
Limbah
Pati Aren Jerami
Sekam Padi
Ampas Tebu
Kadar air (%) 14,31 6,86 14,49 10,155 10,585 10,33
Kadar abu (%) 2,02 4,09 1,73 20,72 21,76 2,785
Fixed Carbon (%) 69,53 52,35 2,63 8,005 6,565 4,865
Volatile Matter (%) 14,14 36,69 81,15 61,12 61,09 82,02
17
37 BAB VII
KESIMPULAN DAN SARAN
7.1. Kesimpulan
a. Mesin press semi otomatis sistem single hydraulic hasil rekayasa memiliki keunggulan: (1) menggunakan sistem automatic hydraulic sebagai daya pengepresan sehingga mudah melakukan pengaturan untuk kuat tekan, waktu tahan, putaran hydraulic pump, (2) menggunakan pencetak: punch dan dies model knock down, sehingga mudah dilepas untuk membuat variasi bentuk briket.
a. Faktor-faktor yang berpengaruh secara signifikan (=5%) terhadap kadar
air biobriket yaitu putaran motor (A) tekanan (B), waktu penahanan (C), komposisi bahan dan perekat (D) dan suhu pengeringan (E) yang masingmasing memberikan persen kontribusi sebesar adalah 17.56; 17.533; -17.617; -17.589; -17.263; -17.481; -17.56; -17.731.
b. Kondisi optimum untuk mengoptimalkan kadar air biobriket diperlukan setting parameter A2B1C2D1E2, yaitu putaran motor 1250 rpm, tekanan 50 kg/cm2, waktu penahanan 7.5 menit, komposisi limbah dengan perekat
10:1 dan suhu pengeringan 105C.
7.2. Saran
a. Penelitian dapat dikembangkan untuk skala industri menggunakan variabel seperti kadar abu, zat terbang dan nilai kalor agar kualitas biobriket meningkat dan memenuhi syarat mutu briket yang telah ditentukan.
b. Dapat menggunakan metode yang lain sebagai pembanding dari hasil penelitian ini.
38
DAFTAR PUSTAKA
Belavendram. N., 1995, Quality by Design, Prentice Hall,
Biagini, E., Tognotti, L., 2004. Fundamental Aspect of Biomass/Coal Co-firing,
Dipartiminto di Ingegneria Chimia-Universita di Pisa via Diotisalvi, Pisa, Italy.
Budiman.S; Sukrido;Harliana.A, 2008. Pembuatan Biobriket Dari Campuran
Bungkil Biji Jarak Pagar (Jatropha Curcas L.) Dengan Sekam Sebagai
Bahan Bakar Alternatif, Seminar Rekayasa Kimia Dan Proses ISSN : 1411-4216 Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang
Cai, Yingwei., Zygouraks, Kyriacos., 2003, A Multiscale Transient Mode for
Combustion of Highly Porous Chars, Ind.Eng.Chem.Res 42, pp. 2746-2755
Dujambi,S.,1999, Burning Rate of Single Large Coal Briqettes ; An Investigation
on The Effect of Size, Air Preheater, Furnace Wall Temperature and Air
Flow Rate, Thesis, Gadjah Mada University
Hart, S., Ward, J., Biffes, M., 2001, Development of A Method to Asses The
Reactivity of Multi Component Solid fuel Briquette, IFRF combustion Journal, Article no. 06, June 2001
Montgomery, C.D., 1997, Design and Analysis Experimen, Fourth Edition, Arizona State University.
Naruse, Ichiro., Gani., Asri., Morishita,Keiju.,2001,Fundamental Characteristic On Co-Combustion of Low Rank Coal With Biomass, Pittsburg Coal Conf. Naruse, Ichiro.,Lu,Guoqing.,Kim,Heejoon.,Yuan,Jianwei.,1999,Combustion
Behavior and Emission Control In Biobriquette Combustion,
Proc.Int.Conf.on Mech.Eng.,Tanzania,Africa
Nur Aklis, Putro, S, 2007, Karakteristik Pembakaran Limbah Daun Cengkeh
Sisa Proses Penyulingan Minyak Cengkeh Melalui Sistem Co-Combustion
39
Pedersen,Lars Strom., Nielsen,Hanne Phillbert.,Kill,Soren.,Hansen,Lone Aslaug., Johansen,KimDam.,Kildsig,Finn.,Christensen,Jan.,Jespersen,Peer.,1996,F
ull Scale Co-Firing Of Straw and Coal, Fuel, Volume 75,Number 13,pp.1584-1590
Rosariastuti, Himawanto dan Supriyadi (2005),Pengolahan Limbah Industri Pati Aren dan Limbah Pertanian untuk mendapatkan Bahan Bakar Alternatif, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin, ISSN: 1411-4348, pp.51-58
Ross. P.J, 1998, Taguchi Techniques for Quality Engineering: Loss Function, Orthogonal Experiments, Parameter and Tolerance Design, McGraw Hill Professional
Saptoadi,H., 2004. Research Of Combustion Characteristics Of Fuel Briquettes
Made from Wooden Saw And Lignite. Proceedings International Workshop on Biomass & Clean Fossil Fuel Power Plant Technology : Sustainable Energy Development& CDM, Jakarta, January 13-14
Subroto dan Himawanto, 2008, Pengolahan Limbah Pertanian Sebagai Bahan Bakar Alternatif Biobriket, Jurnal Media Teknik, UNS Surakarta
Werther,J., Saenger, M., Hartge, E-U., Ogada,T., Siagi, Z.,2000,Combustion of
Agricultural Residues, Progress in Energy and Combustion Science 26,pp.1-27
Yuwono dan Musabbikhah., 2010, Variasi Komposisi Limbah Jarak Pagar,
Limbah Pertanian, Tekanan Pengepresan dan Waktu Pengeringan untuk
Mengoptimalkan Kuat Tekan Biobriket dalam Rangka Mewujudkan
