Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat

(1)

Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007.

TUGAS SARJANA

MESIN KONVERSI ENERGI

KAJIAN EKSPERIMENTAL

PENGARUH PENGURANGAN KADAR AIR TERHADAP

NILAI KALOR PADA BAHAN BAKAR PADAT

Oleh :

DANIEL ROMATUA 03 0401 081

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan atas karunia dan kasih-Nya yang diberikan kepada

penulis sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik dan sesuai waktu yang

diharapkan sebelumnya.

Skripsi ini merupakan Tugas Sarjana yang harus diselesaikan oleh setiap

mahasiswa di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera

Utara pada saat akan menyelesaikan masa studinya sebagai pelengkap salah satu

syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik.

Tulisan skripsi ini berjudul “Kajian Eksperimental Pengurangan Kadar

Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat” dengan cara dikeringkan

dengan menggunakan alat pengering fluidized bed drayer.

Selama penyelesaian skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan dari

berbagai pihak dan melalui kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima

kasih kepada :

1. Tulus Burhanuddin Sitorus, S.T, M.T selaku Sekertaris Departemen

Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara dan Terang U.H.S.G., S.T,

M.T yang dalam hal ini juga sebagai dosen pembimbing saya.

2. Ir. Alfian Hamsi, M.Sc selaku Ketua Departemen Teknik Mesin

Universitas Sumatera Utara.

3. Para staf pengajar di Departemen Teknik Mesin, Fakutas Teknik

Universitas Sumatera Utara atas bimbingan dan ilmunya selama masa

(3)

4. Para staf pegawai atas bantuan tertib administrasi selama masa studi.

5. Ayahanda Alm. B. Simanjuntak dan Ibunda H.N Siahaan, abang saya

Fernando Simanjuntak, S.H dan adik saya Franky Simanjuntak dan

semua keluarga yang ada di Bekasi dan di Medan yang selalu memberi

kekuatan melalui doa dan selalu memberi nasehat dan semangat

selama masa studi.

6. Seluruh teman-teman saya angkatan 2003, kelompok kecil EKLESIA,

teman saya yang ada di Bekasi : Mande, Yosua, David, Adventus,

Rico, dan teman-teman yang ada di kos 17+ dan teman-teman yang

belum disebutkan saya ucapkan terimakasih atas dukungan dan

semangatnya. Dan B’Paulus dan K’Ayu sebagai pemimpin kelompok

kecil.

Akhirnya penulis mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan yang

diberikan selama penyusunan skripsi ini. Untuk itu penulis menerima saran dan

kritik dari teman-teman yang membaca skripsi ini guna untuk mendapatkan hasil

yang lebih sempurna lagi. Semoga skripsi ini bermanfaat.

Medan, Oktober 2007 Penulis,

(4)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR i

DAFTAR ISI iii

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR TABEL vii

DAFTAR NOTASI viii

ABSTRAK ix

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Tujuan dan Manfaat Pengujian 3

1.3 Batasan Masalah 3

1.4 Sistematika Penulisan 4

1.5 Metode Pengujian 5

1.6 Metode Pengumpulan Data 5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Landasan Teori 6

2.2 Proses Pembakaran (Combustion Process) 7

2.3 Nilai Kalor (Heating Value) 10

(5)

Dulong dan Petit 12

2.3.2 Menentukan Nilai Kalor Dengan Rumus

Pendekatan Mendeleyev 14

2.3.3 Menentukan Nilai Kalor Dengan Bomb Kalorimeter 14

2.4 Pembakaran Bahan Bakar Padat 15

2.5 Prinsip-Prinsip Pengeringan 19

2.5.1 Laju Pengeringan 20

2.5.2 Pola Suhu Di Dalam Pengering 20

2.5.3 Perpindahan Kalor Di Dalam Pengeringan 21

2.5.4 Perpindahan Massa Di Dalam Pengering 23

2.5.5 Efisiensi Pengeringan 23

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Kondisi dan Waktu Pengujian 25

3.2 Diagram Jaringan Kerja Penelitian 25

3.3 Pembuatan Alat Pengering 26

3.4 Pengujian Alat Pengering 27

3.4.1 Peralatan Yang Digunakan 28

3.4.2 Prosedur Pengujian Alat Pengering 30

3.4.3 Prosedur Penentuan Kadar air 31

3.5 Pengujian Nilai Kalor 31

3.5.1 Peralatan Yang Digunakan 31

3.5.2 Prosedur Pengujian 32

(6)

4.1 Analisa Nilai Kalor Bahan Bakar Sebelum Dikeringkan 35

4.2 Analisa Nilai Kalor Bahan Bakar Sesudah Dikeringkan 42

4.2.1 Analisa Nilai Kalor Pada Serabut Kelapa Sawit 42

4.2.2 Analisa Nilai Kalor Pada Cangkang Kelapa Sawit 43

4.2.3 Analisa Nilai Kalor Pada Sekam padi 44

4.3 Laju Pindahan Panas 49

4.3.1 Koefisien Konveksi Heater 49

4.3.2 Laju Pindahan Panas Pada Tungku Pengering 49

4.4 Kecepatan Aliran Udara dan Biaya Liatrik 50

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 52

5.2 Saran 53

DAFTAR PUSTAKA 53

LAMPIRAN 54

(7)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi merupakan faktor pendukung dalam usaha meningkatkan taraf

hidup masyarakat di dunia. Sekarang ini energi dapat diciptakan atau dihasilkan

dengan mudah yaitu dengan memanfaatkan hasil dari limbah-limbah pabrik

sebagai bahan bakar pengganti minyak bumi seperti hasil limbah padat pada

pabrik kelapa sawit yaitu serabut dan cangkang yang digunakan sebagai bahan

bakar ketel dan limbah hasil pertanian yaitu sekam padi dan masih banyak lagi

yang dapat dijadikan sebagai bahan bakar alternatif.

Jenis sumber energialternatif yang bisa dikembangkan antara lain : energi

matahari, energi angin, energi panas bumi, energi panas laut (OTEC) dan energi

biomassa. Diantara sumber-sumber energi alternatif tersebut, energi biomass

merupakan sumber energi alternatif yang perlu mendapat prioritas dalam

pengembangannya dibandingkan dengan sumber energi yang lain. Di sisi lain,

Indonesia sebagai negara agraris banyak menghasilkan limbah pertanian yang

(8)

merupakan sumber energi alternatif yang melimpah, dengan kandungan energi

yang relatif besar. Limbah pertanian tersebut apabila diolah bersama-sama dengan

batu bara dan zat pengikat polutan akan menjadi suatu bahan bakar padat buatan

yang lebih luas penggunaannya sebagai bahan bakar alternatif yang di sebut

biobriket.

Batubara sebagai sumber energi dimanfaatkan untuk mengoperasikan ketel

uap (steam boiler) pada industri-industri besar, kapal-kapal dagang maupun kapal

perang, lokomotif uap dan PLTU.

Selain batubara yang digunakan dalam pengoperasian ketel uap sebagai

sumber energi, limbah padat pabrik minyak sawit juga dapat dimanfaatkan

sebagai sumber energi, yaitu sampah serabut, cangkang atau TBK, dapat dipakai

sebagai bahan bakar ketel uap untuk memenuhi kebutuhan uap panas (steam) dan

listrik dan juga limbah padat pada penggilingan padi yang jumlahnya mencapai

20÷23 % dari gabah yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar alternatif

untuk warung atau rumah tangga.

Bahan bakar yang umumnya dipakai untuk pabrik kelapa sawit adalah

sampah serabut dengan penambahan cangkang sampai 15%.

Dalam hal ini nilai kandungan air yang terkandung dalam bahan bakar

padat terdiri dari kandungan air internal atau air kristal, yaitu air yang terikat

secara kimiawi dan kandungan air eksternal atau air mekanikal, yaitu air yang

menempel pada permukaan bahan dan terikat secara fisis atau mekanis.

Air yang terkandung dalam bahan bakar meyebabkan penurunan mutu

bahan bakar karena dapat menurunkan nilai kalor dan memerlukan sejumlah kalor

(9)

menambah volume gas buang. Oleh karena itu, keadaan tersebut dapat

mengakibatkan pengurangan efisiensi ketel uap ataupun efisiensi motor bakar,

penambahan biaya perawatan ketel, menambah biaya transportasi, dan merusak

saluran bahan bakar cair (fuel line) dan ruang bakar.

Untuk itu dilakukan percobaan atau eksperimental dengan cara

mengeringkan serabut, cangkang dan sekam padi untuk mengurangi kadar air

yang terdapat pada masing-masing bahan bakar sesudah melalui proses pengering

yang mempunyai pengaruh terhadap nilai pembakaran atau nilai kalor pada

serabut, cangkang dan sekam padi.

1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan yang diharapkan dapat dicapai sehubungan dengan penelitian ini

adalah mengetahui perubahan nilai kalor sebagai pengaruh perubahan kadar air

sehingga didapatlah nilai kalor optimum (tinggi) dari bahan bakar yang akan diuji.

Manfaat dari penelitian adalah :

1. Untuk memperoleh kelebihan dan kekurangan dari masing-masing

bahan bakar yang diuji.

2. Sebagai tambahan referensi bagi dunia pendidikan perguruan tinggi

dan badan–badan / instansi terkait.

1.3 Batasan Masalah

Untuk lebih terarahnya proses penelitian dan pembahasan ini diberi

(10)

1. Analisa nilai kalor bahan bakar secara teoritis dan pengujian di

laboratorium.

2. Pemilihan bahan bakar pada proses pengujian yaitu serabut, cangkang

dan sekam padi.

3. Menentukan kadar air yang ada pada serabut, cangkang dan sekam

padi untuk mengetahui nilai kalor sesudah melalui proses pengeringan.

4. Menggunakan alat pengeringan yang telah dirancang yaitu Fluidized

Bed Dryer.

1.4 Sistematika Penulisan

Adapun sistematis penulisan tugas sarjana ini adalah sebagai berikut:

Bab 1. Pendahuluan. Pada bab ini akan dibahas mengenai Latar

Belakang, Tujuan dan Manfaat Pengujian, Sistematis Penulisan, Batasan Masalah

dan Metode Pengujian.

Bab 2. Tinjauan Pustaka. Pada bab ini akan dibahas mengenai

teori-teori dasar tentang pembakaran bahan bakar padat, nilai kalor pada bahan bakar,

prinsip pengeringan.

Bab 3. Metodologi Penelitian. Pada bab ini memberikan informasi

mengenai tempat dan waktu pelaksanaan pengujian, bahan dan peralatan yang

dipakai serta tahapan dan prosedur pengujian.

Bab 4. Hasil Analisa Pengujian. Bab ini membahas tentang hasil data

yang diperoleh dari setiap pengujian melalui pembahasan perhitungan dan

(11)

Bab 5. Kesimpulan dan Saran. Pada bab ini akan memaparkan

kesimpulan dari analisa beberapa pengujian.

1.5 Metode Pengujian

Metode yang dilakukan dalam pengujian yaitu

1. Pengujian pengeringan serabut, cangkang dan sekam padi dengan alat

yang telah dirancang yaitu fluidized bed dryer.

2. Penentuan kadar air bahan bakar yang akan diuji.

3. Pengujian nilai kalor bahan bakar dengan bom kalorimeter.

1.6 Metode Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini

adalah sebagai berikut :

a. Survei Lapangan

Survei yang dilakukan disini, dilakukan dengan peninjauan pada sebuah

pabrik pengolahan kelapa sawit yaitu pada PKS PTP. NUSANTARA IV

DOLOK ILIR Sumatera Utara dan Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS).

b. Studi Literatur

Berupa studi kepustakaan, kajian-kajian dari buku-buku dan tulisan yang

(12)

c. Diskusi

Diskusi disini berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing, dosen

pembanding yang telah ditunjuk oleh Departemen Teknik Mesin USU,

mengenai masalah yang timbul selama penelitian dan penulisan tugas sarjana.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Landasan Teori

Reaksi kimia eksotermis yang paling penting dalam produksi energi

adalah reaksi pembakaran. Reaksi ini adalah sebuah reaksi oksidasi yang terdiri

enam macam unsur yang dapat terbakar dan dapat dijumpai dalam beberapa bahan

fosil, yaitu karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, fosfor dan sulfur. Namun

unsur-unsur kimia yang paling penting adalah C, H dan S yaitu unsur-unsur-unsur-unsur yang jika

terbakar menghasilkan kalor dan berturut-turut diubah menjadi karbon dioksida

(CO2), uap air (H2O), dan sulfur dioksida (SO2). Pembakaran adalah reaksi kimia

yang cepat antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar, disertai timbulnya

cahaya dan menghasilkan kalor. Oksigen yang dipakai biasanya dari udara yang

terdiri dari 79% N2 + 21% O2. Pembakaran dapat dibedakan menjadi 3 tipe

(13)

a. Pembakaran sempurna (complete combustion) terjadi bila semua unsur

C, H dan S yang terkandung dalam bahan bakar bereaksi membentuk

CO2, H2O dan SO2.

b. Pembakaran parsial (incomplete parsial) terjadi bila proses

pembakaran bahan bakar menghasilkan intermediate combustion

product seperti CO, H2, aldehid, disamping CO2 dan H2O.

c. Pembakaran spontan (spontaneous combustion) terjadi jika zat atau

bahan mengalami oksidasi perlahan-lahan, kalor yang dihasilkan tidak

dilepas, sehingga suhu bahan naik secara perlahan juga sampai suhu

mencapai titik bakarnya (ignition point), maka bahan terbakar dan

menyala.

Beberapa cara meningkatkan pembakaran :

1. Membuat aliran udara yang baik dalam api.

2. Insulasi yang dibuat disekitar ruang bakar adalah untuk membantu

mencegah panas terbuang keluar.

3. Menghindarkan penggunaan bahan-bahan yang berat, material yang dingin

atau yang bersifat basah.

2.2 Proses Pembakaran (Combustion Process)

Dalam ilmu kimia yang dimaksud dengan pembakaran adalah Oksidasi yang

berlangsung pada temperatur tertentu, dengan kecepatan reaksi yang tinggi dan

menghasilkan panas

Dalam proses pembakaran ini unsur–unsur yang mempengaruhinya adalah

(14)

Karbon + Oksigen = Karbon dioksida + panas

Hidrogen + Oksigen = Uap air + panas

Sulfur + Oksigen = Sulfur dioksida + panas

Karbon merupakan salah satu unsur yang dapat terbakar yang paling

penting dan menjadi bagian utama dari setiap senyawa hidrokarbon. Oksidasi

karbon agak lambat dan lebih sulit bila dibandingkan dengan unsur hidrogen dan

sulfur. Walaupun karbon mempunyai suhu pembakaran yang lebih rendah (407oC)

dari zat cair, karbon adalah zat padat dengan temperatur tinggi dan

pembakarannya relatif lambat. Akibatnya, dalam setiap proses pembakaran

teoritis, akan dianggap bahwa sulfur dan hidrogen keduanya terbakar sempurna

sebelum karbon terbakar. Selanjutnya ini akan diasumsikan bahwa semua karbon

akan teroksidasi menjadi karbon monoksida sebelum semua bagian karbon itu

diubah menjadi karbon dioksida. Reaksi kimianya adalah

)

pada reaksi ini, 2 mol karbon (24 kg) bereaksi dengan 1 mol oksigen (32 kg)

menghasilkan 2 mol karbon monoksida (56 kg). apabila terdapat oksigen yang

cukup memadai, karbon monoksida itu akan teroksidasi menjadi karbon dioksida

dengan melepaskan energi tambahan :

)

jadi, 2 mol karbon monoksida (56 kg) bereaksi dengna 1 mol oksigen (32 kg)

menghasilkan 2 mol karbon dioksida (88 kg). dengan demikian, 64/24 atau 2.66

kg oksigen dibutuhkan untuk membakar sempurna 1 kg karbon.

Hidrogen mempunyai temperatur penyalaan yang paling tinggi di antara

(15)

gas, kinetika perubahan hirogen berlangsung sangat cepat. Akibatnya, bila

terdapat udara yang cukup, hidrogen akan terbakar sempurna menjadi air.

Persamaan reaksinya adalah :

2H2 +O2→2H2O+2QH QH =286.470 kJ/(kg.molH2)

2 mol hidrogen (4 kg) bereaksi dengan 1 mol oksigen (32 kg) menghasilkan 2 mol

air (36 kg). jadi massa oksigen yang dibutuhkan untuk membakar sempurna satu

satuan massa hidrogen adalah 32/4 atau 8 kg.

Sulfur memiliki temperatur penyalaan 243oC atau 470oF, yang merupakan

temperatur penyalaan terendah di antara ketiga unsur dapat terbakar tersebut.

Sementara oksidasi sulfur melepaskan energi kimia dalam reaksi berikut.

Persamaan reaksi adalah :

2S+O2 →SO2+2QS QS =296.774kJ/(kg.molS)

1 mol sulfur (32 kg) ditambah 1 mol oksigen (32 kg) menghasilkan 1 mol sulfur

dioksida (64 kg). Jadi, 32/32 atau 1 kg oksigen yang dibutuhkan unutk membakar

1 kg sulfur.

Dibawah ini adalah tabel komposisi bahan bakar padat yang mempunyai

unsur-unsur kimia yang terdapat pada bahan bakar padat :

Tabel 2.1 Komposisi Bahan Bakar Padat

(16)

Tabel 2.2 Komposisi Sekam Padi

Apparent density (kg/m³) 1,006

Bulk density (kg/m³) 620

Higher heating value (dry basis) (MJ/kg) 16,04

Lower heating value (dry basis) (MJ/kg) 14,63 Lower heating value (wet basis) (MJ/kg) 13,76

Proximate analysis

Moisture content (%) 5,93

Volatile matter (%) 61,02

Fixed carbon (%) 16,59

Ash, (%) 16,46

Sumber :

Tabel 2.3. Komposisi Kimia Serabut dan Cangkang

Komposisi

Bahan bakar

Cangkang Serabut

Karbon (%)

2.3 Nilai Kalor (Heating Value)

Kalor pembakaran adalah kalor yang dihasilkan dari pembakaran sempurna

1 satuan berat bahan bakar padat atau bahan bakar cair atau 1 satuan volume

(17)

60 oF atau 0 oC) atau nilai banyaknya energi panas yang diperoleh (dilepaskan)

pada waktu terjadinya oksidasi unsur-unsur kimia yang terdapat dalam bahan

bakar pada proses pembakaran 1 (satu) kilogram.

Nilai kalor bahan bakar terbagi atas dua bagian yaitu :

a. Nilai Kalor Atas (High Heating Value)

Kalor yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna satu satuan berat bahan

bakar padat atau cair, atau satu satuan volume bahan bakar gas, pada tekanan

tetap, suhu 25oC apabila semua air yang mula-mula berwujud cair setelah

pembakaran mengembun menjadi cair kembali.

b. Nilai Kalor Bawah (Low Heating Value)

Merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari

pengembunan uap atau air yang besarnya sama dengan nilai kalor atas

dikurangai kalor yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar

dan air yang terbentuk dari pembakaran. Umumnya kandungan hidrogen

dalam bahan bakar berkisar 15 %, yang berarti bahwa setiap satu satuan bahan

bakar 0,15 bagian merupakan hidrogen.

Nilai kalor (Heating Value) atau (Calorific Value) dari unsur-unsur

karbon, hidrogen, dan sulfur seperti disebutkan dalam persamaan kimia di atas

adalah sebagai berikut :

• Nilai Panas Karbon

(18)

= 2194,73 kkal/kg

QCO-CO2 = 283180 kJ/kg.mol CO = 10109,96 kJ/kg CO

= 2414,259 kkal/kg CO

Dalam hal ini nilai panas karbon tidak ada nilai tertinggi dan terendah, karena

tidak ada kehilangan energi panas selama terjadinya reaksi kimia.

• Nilai Panas Hidrogen

QH = 286470 kJ/kg.mol H2

= 142098,21 kJ/kg H2

= 33933 kkal/kg H2

Nilai panas H2 sebelum dikurangi panas pembentuk uap disebut N. Nilai kalor

kotor (tertinggi) atau (Gross Heating Value) adalah

HHV = 143235 kJ/kg H2

LHV = 120067 kJ/kg H2

• Nilai Kalor Sulfur

QS = 296774 kJ/kg.mol S

= 9256,83 kJ/kg S

= 2210,53 kkal/kg S

Maka, dari pembakaran 1 kg bahan bakar yang terdiri dari senyawa kimia tersebut

di atas akan dilepaskan energi panas sebesar :

Q = 32769 C + 142097 H2 + 9257 S kJ/kg ( 2.1 )

(19)

Sebenarnya ada dua macam nilai pembakaran, yakni nilai pembakaran

tinggi atau bruto dan nilai pembakaran rendah atau netto. Perbedaan antara kedua

nilai pembakaran ini pada dasarnya sama dengan panas laten penguapan dari uap

air yang terdapat dalam hasil gas buang ketika bahan bakar dibakar dengan udara

kering. Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada

proses pembakaran dapat berasal dari kandungan air yang memang sudah ada

dalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan

parsial 20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang motor bakar) adalah

2400 kJ/kg. HHV dan LHV merupakan panas laten dari sejumlah uap air yang

terjadi dari hasil pembakaran bahan bakar bersangkutan, bila pembakaran

memakai udara kering. Perbedaan anatra nilai pembakaran tinggi dan rendah

dihitung dengan cara pendekatan berdasarkan rumus berikut ini yang dapat

dipakai untuk sebarang bahan bakar dalam basis massa(1, hal : 46)

Nilai HHV dapat ditentukan sebagai berikut :

HHV = 33950 C + 144200 (H2

-8

2

O

) + 9400 S kJ/kg ( 2.2 )

di mana :

HHV : Nilai kalor atas

C : Persentase karbon dalam bahan bakar

H2 : Persentase hidrogen dalam bahan bakar

O2 : Persentase oksigen dalam bahan bakar

S : Persentase sulfur dalam bahan bakar

Nilai (H2

-8

2

O

(20)

Bila dalam bahan bakar terdapat H2 bagian berat Hidrogen dan O2 bagian berat

Oksigen yang terdapat dalam bahan bakar habis bersenyawa dengan hidrogen,

maka jumlah hidrogen yang diikat oleh oksigen sama dengan seperdelapan jumlah

oksigen dari bahan bakar, jadi jumlah hidrogen yang tidak ikut bereaksi adalah :

H2 -

8

2

O

. Jadi ini berati bahwa bahan bakar telah berkurang seberat 8

2

O

kg, oleh

sebab itulah HHV dihitung berdasarkan berat bahan bakar sebelum bereaksi

dengan oksigen dari luar.

Dan besar nilai kalor bawah (LHV) dapat ditentukan sebagai berikut, yaitu

selisih antara HHV dengan panas laten yang terbentuk dari proses pembakaran.

HHV – LHV = 2400 (M + 9H2) kJ/kg ( 2.3 )

M : kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

H2 : fraksi massa hidrogen bahan bakar

2.3.2 Menentukan Nilai Kalor Dengan Rumus Pendekatan Mendeleyev

Selain rumus Dulong dan Petit untuk menentukan nilai kalori pada bahan

bakar padat yaitu batubara, persamaan Mendeleyev berlaku juga untuk semua

(21)

QL = 81C + 246H + 26 (O-SV ) – 6W ( 2.7 )

di mana :

QL : NHV (net heating value) = LHV (low heating value) = nilai kalor bawah

C : kandungan karbon

H : kandungan hidrogen

SV : kandungan sulfur

O : kandungan oksigen

W : kandungan air

2.3.3 Menentukan Nilai Kalor Dengan Bomb Kalorimeter

Pengujian menggunakan bomb kalorimeter dapat menentukan nilai kalor

suatu bahan yang akan diuji. Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah

penyalaan (T1 dan T2) yang telah diperoleh pada pengujian “Bomb Kalorimeter”

selanjutnya digunakan untuk menghitung nilai kalor atas bahan bakar (HHV)

dengan persamaan berikut(10, hal :12) :

HHV = (T2 – T1 – Tkp) × Cv × 1000 ( 2.8 )

dimana :

HHV : Nilai kalor atas ( High Heating Value )

T1 : Temperatur air pendingin sebelum penyalaan

T2 : Temperatur air pendingin sesudah penyalaan

Cv : Panas jenis bomb kalorimeter ( 73529,6 J/g. oC )

Tkp : Kenaikan temperatur akibat kawat penyala ( 0,04

o

(22)

Selanjutnya untuk memperoleh harga nilai kalor rata–rata bahan bakar

digunakan persamaan berikut ini :

HHVrata - rata =

5

1 i

iΣ= HHV

( kJ/kg ) ( 2.9 )

2.4 Pembakaran Bahan Bakar Padat

Bahan bakar padat yang sebagian besar terdiri dari karbon, hidrogen dan

oksigen, pembakarannya berlangsung sebagai berikut:

Mula-mula bahan bakar padat tersebut akan membentuk gas-gas atau yang

biasa disebut menge-gas (= ontgassing), pada waktu berlangsung destilasi kering,

dan gas-gas tersebut akan terurai lebih lanjut menjadi CO dan H2 (water gas) dan

akan terbakar.

Selanjutnya arang atau kokas yang tertinggal (yang semuanya terdiri dari

karbon) akan menguap atau sublimasi terlebih dahulu, dan kemudian baru

terbakar menjadi CO2 bila jumlah Oksigen yang tersedia mencukupinya.

Udara pembakar, yang diperlukan untuk ”menge-gas”-kan (ontgassing)

dari Karbon C, disebut udara primair, sedangkan udara pembakar yang digunakan

untuk membakar gas-gas CO menjadi CO2 disebut udara sekundair.

Dengan demikian maka pada waktu membakar bahan bakar padat, dapat

dibagi menjadi dua periode, yaitu:

a. Menge-gas (ontgassing) bahan bakar padat tadi menjadi gas-gas

(23)

b. Membakar lebih lanjut gas-gas yang terbentuk tadi menjadi CO

dan yang untuk selanjutnya menjadi CO2.

Faktor-faktor yang mempengaruhi pembakaran bahan bakar padat, antara

lain :

1. Ukuran partikel

Partikel yang lebih kecil ukurannya akan lebih cepat terbakar.

2. Kecepatan aliran udara

Laju pembakaran biobriket akan naik dengan adanya kenaikan

kecepatan aliran udara dan kenaikan temperatur

3. Jenis bahan bakar

Jenis bahan bakar akan menentukan karakteristik bahan bakar.

Karakteristik tersebut antara lain kandungan volatile matter dan

kandungan moisture.

4. Temperatur udara pembakaran

Kenaikan temperatur udara pembakaran menyebabkan semakin

pendeknya waktu pembakaran. Beberapa masalah yang berhubungan

dengan pembakaran serabut kelapa sawit dengan batubara antara lain :

a. Kadar air

Kandungan air yang tinggi menyulitkan penyalaan dan

mengurangi temperatur pembakaran.

b. Kadar kalori

Semakin besar nilai kalor maka kecepatan pembakaran semakin

(24)

c. Kadar abu

Kadar abu yang tinggi didalam batubara tidak mempengaruhi

proses pembakaran.

d. Volatile matter atau zat-zat yang mudah menguap

Semakin banyak kandungan volatile matter pada biobriket maka

semakin mudah biobriket untuk terbakar dan menyala.

e. Bulk density

Serabut kelapa mempunyai bulk density yang jauh lebih rendah

bila dibandingkan dengan batubara.

Penguraian dan oksidasi dari batubara berlangsung dimulai pada

temperatur yang rendah. Temperatur penguraian dan Oksidasi ini makin rendah

bila umur geologis bahan bakar makin muda, atau makin banyak kandungan

zat-zat penguapnya (volatile matter), dan kandungan-kandungan Oksigennya, serta

bila susunan bahan bakar makin sulit.

Untuk penguraian zat-zat, dibutuhkan sejumlah panas. Sebaliknya pada

waktu oksidasi akan terbentuk panas. Bilamana panas yang terbentuk telah

melebihi panas yang dibutuhkan, baik untuk penguraian zat-zat maupun untuk

menaikkan temperatur bahan bakar sekelilingnya hingga mencapai temperatur

penyalaan, maka proses akan berlangsung lebih cepat (atau makin dipercepat),

sehingga bila pembakaran telah terjadi, maka bahan bakar akan terbakar terus.

Berapa tebalnya lapisan batubara di atas rangka bakar yang seharusnya,

adalah tergantung dari besarnya butiran batubara. Makin kecil

(25)

Pada lapisan yang tipis dari bahan bakar yang sedikit mengandung

gas-gas, terdapat cukup O2 di dalam gas asap di atasnya, yang mampu untuk

membakar gas-gas yang dihasilkan dari destilasi kering bahan bakar.

Untuk jenis batubara berupa gas coal dan cooking coal, bunga apinya agak

pendek, temperatur penguraian gas dan panas pembakaran dari gas-gasnya adalah

lebih tinggi, susunan gas-gasnya lebih banyak mengandung zat air-arang,

sehingga dengan kecepatan perubahan dari C ke CO yang terbatas, menyebabkan

bunga api menyala lebih terang dibandingkan dengan jenis-jenis batubara muda

lainnya, namun pembentukan jelaganya juga lebih banyak. Kokas yang terbentuk

agak sukar terbakar.

Unsur-unsur api yang mungkin timbul di bahan bakar dapat menyebabkan

banyak warna ketika pembakaran. Di samping ini, warna dari suatu nyala api

adalah bergantung pada perbandingan bahan bakar dengan udara.

Tabel 2.4 Warna nyala api

Color Chemical

Carmine Lithium Chloride Red Strontium Chloride

Orange Calcium Chloride (a bleaching powder)

Yellow Sodium Chloride (table salt) or Sodium Carbonate Yellowish Green Borax

Green Copper Sulfate Blue Copper Chloride

Violet 3 parts Potassium Sulfate

1 part Potassium Nitrate (saltpeter) Purple Potassium Chloride

White Magnesium Sulfate (Epsom salts)

(26)

Cahaya dari nyala hidrokarbon adalah dari energi yang dilepaskan oleh elektron

dari yang rendah sampai batas yang tertinggi selama proses pembakaran. Energi

yang dilepas bergantung pada frekuensi dari cahaya dan warna nyala api. Warna

nyala merah menunjukan energi yang dihasilkan rendah dan frekuensi yang

rendah. Warna nyala kuning menunjukan energi dan frekuensi yang dihasilkan

sedang, sedangkan warna nyala hijau, orange, biru dan violet adalah energi dan

frekuensi yang dihasilkan tinggi. Biasanya pembakaran bahan bakar padat selalu

dihasilkan nyala api berwarna kuning.

2.5 Prinsip-Prinsip Pengeringan

Pada umumnya, pengering (drying) zat padat berarti pemisahan sejumlah

kecil zat atau zat cair lain dari bahan padat, sehingga mengurangai kandungan sisa

zat cair di dalam zat padat itu sampai suatu nilai rendah yang dapat diterima. Zat

padat yang akan dikeringkan biasanya terdapat dalam berbagai bentuk serpih

(flake), bijian (granule), kristal (crystal), serbuk (powder), lempeng (slab), atau

lembaran senambung (continuous sheet) dengan sifat-sifat yang mungkin sangat

berbeda satu sama lain. Beberapa hal yang harus dipertimbangkan dalam prinsip

pengeringan diantaranya adalah laju pengeringan, pola suhu di dalam pengering,

perpindahan kalor dalam pengering, perpindahan massa di dalam pengering,

efisiensi pengeringan.

2.5.1 Laju Pengeringan

Pada gambar dibawah ini menunjukan kurva laju pengeringan, tipikal

(27)

N = Nc = tetap. Perioda laju tetap ditentukan sepenuhnya oleh laju pindahan panas

dan masssa eksternal karena suatu lapisan tipis air bebas selalu tersedia pada

permukaan penguapan(2, hal : 10) .

Gambar 2.1 Laju pengeringan vs Kadar air (sumber : Sakamon Devahastin

”Panduan Praktis Mujumdar Untuk Pengeringan Industrial” hal : 13)

2.5.2 Pola Suhu Di Dalam Pengering

Gejala perubahan suhu di dalam pengering bergantung pada sifat bahan

umpan dan kandungan zat cairnya, suhu medium pamanas, waktu pengeringan,

serta suhu akhir yang diperbolehkan dalam pengeringan zat padat itu. Namun,

pola itu ada kesamaannya antara satu pengering dengan pengering lain. Dalam

pengering kontinu, setiap parikel atau elemen zat padat itu mengalami suatu siklus

yang serupa dengan gambar dibawah ini., selama dalam proses dari masuk

pengering sampai keluar. Dalam proses keadaan-stedi suhu pada setiap pengering

titik di dalam pengering kontinu selalu konstan, tetapi berubah disepanjang

(28)

ri

Gambar 2.2 Pola suhu di dalam pengering (sumber : Warren L.Mccabe

”Operasi Teknik Kimia” hal : 252)

2.5.3 Perpindahan Kalor Di Dalam Pengeringan

Jika pada suatu benda terdapat gradien suhu (Temperatur Gradient), maka

menurut pengalaman akan terjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu tinggi

kebagian bersuhu rendah. Dapat dikatakan bahwa energi berpindah secara

konduksi berbanding dengan gradien suhu normal :

x

Jika dimasukkan konstanta proposionalitas atau tetapan kesebandingan, maka :

Untuk bidang selinder seperti pipa digunakan persamaan Fourier. Luas bidang

aliran kalor dalam sistem silinder menjadi

(29)

Gambar 2.3 Aliran kalor satu-dimensi melalui silinder bolong dan analogi listriknya

atau

Dengan kondisi batas

T = Ti pada r = ri

T = To pada r = ro

Maka, persamaannya untuk bidang selinder menjadi

)

k : konduktifitas panas pipa

L : panjang pipa

T_i : suhu permukaan dalam pipa

T_o : suhu permukaan luar pipa

r_o : jari-jari luar pipa

r_i : jari-jari dalam pipa

Kalor yang diberikan kepada pengering dengan tujuan sebagai berikut :

a. Memanaskan umpan ( zat padat dan zat cair ) sampai suhu penguapan.

b. Menguapkan zat cair.

c. Memanaskan zat padat sampai suhu akhirnya.

(30)

Dalam perhitungan pengeringan juga berlaku persamaan dasar

perpindahan kalor yaitu perpindahan kalor per satuan volume pengering.

____

T hA

q= ∆ ( 2.14 )

di mana :

h = koefisien perpindahan panas

V = luas perpindahan kalor

____

T

∆ = beda suhu

Untuk menghitung koefisien konveksi yang ditimbulkan kotak heater sampai pada

tungku diperlukan beberapa parameter yaitu Bilangan Reynold dan Bilangan

Nusselt. Untuk menentukan parameter diatas harus diketahui dari sifat-sifat fluida

dengan suhu rata-rata yang sudah ditentukan.

2.5.4 Perpindahan Massa Di Dalam Pengering

Dalam semua pengeringan di mana gas di alirkan atau melalui zat padat,

perpindahan massa selalu terjadi dari permukaan zat padat ke dalam gas, dan

kadang-kadang melalui saluran-saluran pedalaman yang terdapat di dalam zat

padat.

2.5.5 Efisiensi Pengeringan

Efisiensi operasi pengeringan dapat ditentukan sebagai perbandingan

panas yang secara teoritis dibutuhkan untuk menghasilkan panas laten penguapan

air yang telah dikeringkan, dengan penggunaan panas yang sebenarnya di dalam

(31)

pemanasan dan oleh karena itu efisiensi ini didasarkan pada jumlah panas yang

dapat diperoleh bahan bakar yang dibakar untuk menghasilkan panas.

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

(32)

Pengujian eksperimental ini dilaksanakan di Laboratorium Teknologi

Mekanik Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Pengujian eksperimental ini dilakukan pada musim kemarau dengan kondisi suhu

lingkungan yang berada pada Laboratorium Teknologi Mekanik Departemen

Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara yaitu dengan suhu sekitar 30oC.

3.2 Diagram Jaringan Kerja

Diagram jaringan kerja penelitian dapat dilihat pada gambar 3.1. Secara

terperinci diagram tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut : Pengumpulan Dan

Pengolahan Bahan Baku

1. Bahan Penelitian

- Serabut

- Cangkang

- Sekam padi

2. Pengolahan

Pencacahan atau menghaluskan serabut, cangkang dan sekam padi

menjadi serbuk setelah melalui proses pengeringan yang selanjutnya digunakan

untuk menganalisa nilai kalor dengan menggunakan alat uji bomb kalorimeter.

Pengumpulan Bahan Baku : Serabut, Cangkang Dan Sekam Padi

Permasalahan :

Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai

(33)

`

Gambar 3.1 Diagram jaringan kerja penelitian

3.3 Pembuatan Alat Pengering

Dalam pembuatan alat pengering yang digunakan untuk mengeringkan

bahan bakar serabut, cangkang dan sekam padi untuk mengeringkan bahan bakar.

Dalam pembuatannya sederhana. Bahan yang digunakan dalam pembuatan alat

pengering ini sangat mudah didapat di toko-toko besi. Bahan yang digunakan

mencakup beberapa bahan antara lain :

Pembuatan Alat Pengering

Melakukan Pengujian

Data Hasil Pengujian

Analisa Data

Selesai

(34)

a. Seng atau plat berbentuk lembaran yang akan dipotong-potong menjadi

beberapa bagian.

b. Kawat jaring yang sisi-sisinya diberi plat yang digunakan untuk alas

serabut, cangkang dan sekam padi.

c. Mesin las.

d. Pipa besi untuk menyalurkan udara panas kedalam alat pengering yang

ditempatkan pada sisi plat.

e. Glasswool yang digunakan untuk mengisolasi permukaan pengering dan

pipa.

3.4 Pengujian Alat Pengering

Dalam proses pengujian alat pengering ini yang digunakan untuk

mengeringkan bahan bakar padat yaitu serabut, cangkang dan sekam padi yang

memiliki kadar air. Maka, untuk mendapatkan nilai kalor yang optimum sebagai

perubahan kadar air dalam pengujian ini, akan dilakukan pengeringan dengan

menggunakan sistem pengering berjenis fluidized bed dryer untuk mengurangi

kadar air yang terkandung pada serabut, cangkang dan sekam padi.

Sebelum melakukan pengujian hal yang harus dikerjakan adalah

1. Mengumpulkan kurang lebih 15 kg untuk masing-masing bahan bakar

serabut, cangkang kelapa sawit dan sekam padi.

2. Mempersiapkan alat-alat yang akan digunakan.

(35)

Gambar 3.2 Skematik alat pengujian

Keterangan :

1. Blower

2. Saluran Pipa Udara

3. Kotak Heater

4. Pipa Tempat Termokopel

5. Tungku Pengering

6. Termokopel tipe K

7. Kabel

8. Inverter

9. Termometer

3.4.1 Peralatan Yang Digunakan

a. Tungku Pengering

(36)

b. Pemanas (heater)

Berfungsi sebagai memanaskan udara.

Spesifikasi pemanas :

• Tipe pemanas berbentuk sirip (finned heater).

• Daya sebesar 1000 Watt.

c. Blower

Berfungsi sebagai pendorong udara masuk ke dalam alat pengering.

Spesifikasi blower :

• Daya : 370 Watt

• Putaran : 2800/3500 rpm

d. Termometer

Berfungsi sebagai mengukur suhu udara panas pada titik yang sudah

ditentukan.

Spesifikasi Termometer :

• Range : -50 sampai 350 oC (-58 sampai 662 oF)

• Tipe sensor : Termokopel tipe K (-50 oC sampai 1300 oC)

• Resolution : 0,1 derajat atau 1 derajat

• Laser : Laser merah, sebesar 1 mW, EN60825

e. Inverter

Berfungsi sebagai pengatur kecepatan udara pada blower.

g. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk mencatat waktu yang dibutuhkan proses

(37)

• Bahan bakar padat

Bahan bakar padat yang akan diuji disini yaitu :

a. Serabut kelapa sawit

b. Cangkang kelapa sawit

c. Sekam padi

Gambar 3.3 Cangkang kelapa sawit Gambar 3.4 Serabut kelapa sawit

Gambar 3.5 Sekam padi

3.4.2 Prosedur Pengujian Pengeringan

Permulaan pengujian :

(38)

2. Mengukur nilai kalor sebelum dikeringkan dengan bomb kalorimeter.

Hal yang dikerjakan :

1. Mengatur waktu dengan menggunakan stopwatch selama proses

pengeringan dengan waktu pengeringan 1, 3, 5, 7.5, 10, 15, 20, 30, 40

menit.

2. Untuk setiap waktu yang ditentukan, ulangi untuk menghitung kembali

nilai kadar air dan nilai kalor dari masing-masing bahan bakar.

Untuk percobaan ini dilakukan pengulangan sebanyak 2 kali tiap bahan

bakar yang akan di uji. Pada gambar 3.7 menunjukan diagram alir dari pengujian

alat pengering yang akan dilakukan.

3.4.3 Prosedur Penentuan Kadar air

Untuk masing-masing bahan bakar yang akan di uji sebelum dan sesudah

pengeringan dilakukan penentuan kadar air sebagai berikut :

Kadar Air (KA) = Mo - Mt

di mana :

Mo = Berat kadar air total yang terkandung dalam 100 gram bahan.

Mt = Berat kadar air yang terkandung dalam 100 gram bahan setelah dengan

waktu pengeringan yang ditentukan.

Untuk menentukan berat kadar air total yang terkandung dalam 100 gram

bahan atau Mo adalah

1. Berat contoh bahan yang akan diuji ditimbang untuk memperoleh berat

(39)

2. Bahan dikeringkan sampai tidak mengandung air sehingga diperoleh

berat tetap.

3.5 Pengujian Nilai Kalor

Pengujian nilai kalor ini dilakukan untuk mengetahui nilai kalori dari suatu

bahan bahan bakar. Dalam pengujian ini dilakukan 5 kali pengujian untuk setiap

bahan.

3.5.1 Peralatan Yang Digunakan

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdapat di Laboratorium

Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU.

• Bomb Kalorimeter

Berfungsi sebagai alat untuk mengukur nilai kalor dari bahan yang

akan diuji.

• Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air

pendingin.

• Stop watch.

(40)

Gambar 3.6 Bomb calorimeter

Bahan

• Bahan bakar padat

Bahan bakar padat yang akan diuji disini yaitu :

a. Serabut kelapa sawit

b. Cangkang kelapa sawit

c. Sekam padi

• Tabung gas yang berisi oksigen

3.5.2 Prosedur Pengujian Nilai Kalor

Diagram alir untuk pengujian nilai kalor bahan bakar yang dilakukan dalam

(41)

Mulai

a

• Mengukur kadar air masing-masing bahan bakar sebelum dimasukkan kedalam pengering

• Mengukur nilai kalor masing- masing bahan bakar dengan bomb kalorimeter.

• Menghidupkan heater

• Menghidupkan blower dan mengatur kecepatan blower dengan inverter

• Mengatur suhu untuk proses pengering agar konstan 120oC

Pada saat suhu ruang konstan :

Memasukkan bahan bakar serabut, cangkang dan sekam padi dengan waktu pengeringan 1, 3, 5, 7.5, 10, 15, 20, 30, 40menit

• Mengukur kembali kadar air masing-masing bahan bakar sesudah dimasukkan kedalam pengering.

• Mengukur kembali nilai kalor masing- masing bahan bakar sesudah dimasukkan kedalam pengering dengan bomb kalorimeter

Mengulangi percobaan untuk tiap-tiap bahan bakar yang akan diuji sebanyak 2 kali dengan waktu pengeringan yang sudah ditetapkan

Menganalisa data

(42)

Gambar 3.7 Diagram alir pengujian pengeringan

 Berat sampel bahan bakar 0,20 gram

 Volume air

pendingin: 1250 ml

 Tekanan oksigen 30 Bar

Melakukan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

Mencatat temperatur air pendingin T1 (oC)

Menyalakan bahan bakar

Melanjutkan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

Menghitung HHV bahan bakar : HHV = (T2 – T1 – Tkp) × Cv× 1000 ( J/kg )

Mencatat temperatur air pendingin T2 (

o C)

a

(43)

Gambar 3.8 Diagram alir pengujian nilai kalor

BAB 4

HASIL ANALISA PENGUJIAN

4.1 Analisa Nilai Kalor Bahan Bakar Sebelum Dikeringkan

Analisa Nilai Kalor Pada Serabut Kelapa Sawit

Data hasil pengujian nilai kalor bahan bakar sebelum dimasukkan ke

dalam alat pengering adalah sebesar :

Hasil Pengujian :

Tabel 4.1 Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah pengujian

untuk serabut kelapa sawit

No. Pengujian

T1

(ºC)

T2

(ºC) 1 24,89 25,30 2 25,50 25,85 3 26,03 26,42 4 26,56 26,91 5 26,98 27,35

Analisa nilai kalor pada serabut dengan menggunakan persamaan 2.8 didapat nilai

HHV :

T1 = 24,89 ºC

T2 = 25,30 ºC

HHVserabut = 27205,952 kJ/kg

Selesai

(44)

Dengan menggunakan metode yang sama, dilakukan untuk menghitung

nilai kalor pada masing-masing bahan bakar pada pengujian kedua hingga kelima.

Selanjutnya untuk memperoleh harga nilai kalor rata–rata bahan bakar digunakan

persamaan 2.9 :

HHVrata - rata = HHVpengujain = 24558,8864 kJ/kg

Untuk nilai kalor pada pengujian pertama hingga kelima, nilai kalor rata–rata dan

kadar air serabut kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 4.2 berikut ini

Tabel 4.2 Data serabut kelapa sawit sebelum dimasukkan

ke dalam pengering

No.

24558,8864 17,7 2 22794,176

3 25735,360 4 22794,176 5 24264,768

Analisa Nilai Kalor Pada Cangkang Kelapa Sawit

Hasil Pengujian :

untuk cangkang kelapa sawit

(45)

Analisa nilai kalor pada cangkang, dengan menggunakan persamaan 2.8 didapat

nilai HHV :

T1 = 25,17 ºC

T2 = 25,58 ºC

HHVcangkang = 27205,952 kJ/kg

persamaan 2.9 :

untuk nilai kalor pada pengujian pertama hingga kelima, nilai kalor rata–rata dan

kadar air cangkang kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 4.4 berikut ini.

Tabel 4.4 Data cangkang kelapa sawit sebelum dimasukkan

ke dalam pengering

No Pengujian

HHV (kJ/kg)

HHV rata-rata

(kJ/kg)

Kadar air (%)

1 20588,288

25882,4192 23,4 2 17647,104

3 16176,512 4 20588,288 5 21323,584

Analisa Nilai Kalor Pada Sekam Padi

(46)

untuk sekam padi

No.

Analisa nilai kalor pada sekam padi, dengan menggunakan persamaan 2.8 didapat

nilai HHV :

T1 = 26,89 ºC

T2 = 27,21 ºC

HHVsekam padi = 20588,288 kJ/kg

persamaan 2.9 :

Untuk nilai kalor pada pengujian pertama hingga kelima, nilai kalor rata–rata dan

kadar air sekam padi dapat dilihat pada Tabel 4.6 berikut ini.

Tabel 4.6 Data sekam padi sebelum dimasukkan

ke dalam pengering

No

19264,7552 12,7 2 22794,176

(47)

4.2 Analisa Nilai Kalor Bahan Bakar Sesudah Dikeringkan

Analisa yang dilakukan setelah bahan bakar dikeringkan berdasarkan waktu

interval yang diberikan dan suhu dalam tungku pengering sekitar 120 ºC maka,

dilakukan pengukuran kembali pada masing-masing bahan bakar yang meliputi

kadar air dan nilai kalor.

4.2.1 Analisa Nilai Kalor Pada Serabut Kelapa Sawit

Perhitungan pada 1 (satu) menit untuk pengujian pertama dan kedua

Analisa nilai kalor pada serabut kelapa sawit pada pengujian pertama,

dengan menggunakan persamaan 2.8 :

T1 = 28,81 ºC

T2 = 28,41 ºC

HHVserabut = 26470,656 kJ/kg

untuk pengujian pertama

No.

pengujian T1 (ºC)

T2 (ºC)

HHV (kJ/kg)

1 28,41 28,81 26470,656 2 _25,8 _26,23 _28676,544 3 26,41 26,84 28676,544 4 26,99 27,41 27941,248 5 _27,56 _27,96 _26470,656

Untuk pengujian kedua dapat digunakan cara yang sama untuk

menentukan nilai kalor dari serabut kelapa sawit. Menghitung nilai kalor tinggi

(HHV rata-rata) pada masing-masing bahan bakar pada pengujian pertama dan kedua

(48)

HHVrata - rata = 27647,13 kJ/kg

Untuk nilai kalor pada pengujian pertama dan kedua dengan waktu

pengeringan 1, 3, 5, 7.5, 10, 15, 20, 30, 40 menit, nilai kalor tinggi rata–rata

(HHV rata-rata) dan kadar air serabut kelapa sawit dapat dilihat pada lampiran 1.

4.2.2 Analisa Nilai Kalor Pada Cangkang Kelapa Sawit

Analisa nilai kalor pada cangkang kelapa sawit pada pengujian pertama, dengan

menggunakan persamaan 2.8 didapat nilai HHV :

T1 = 27,88 ºC

T2 = 28,27 ºC

HHVcangkang = 25770,3636 kJ/kg

No. pengujian

T1

(ºC)

T2

(ºC)

HHV (kJ/kg)

1 27,88 28,27 25770,36 2 25,48 25,92 29451,84

3 26 26,43 28715,544

4 26,52 26,92 26506,656 5 26,94 27,37 28715,544

(49)

(HHV rata-rata) pada masing-masing bahan bakar pada pengujian pertama dan kedua

digunakan persamaan 2.9 :

(HHV rata-rata) dan kadar air cangkang kelapa sawit dapat dilihat pada lampiran 2.

4.2.3 Analisa Nilai Kalor Pada Sekam Padi

Analisa nilai kalor pada sekam padi pada pengujian pertama, dengan

menggunakan persamaan 2.8 didapat nilai HHV :

T1 = 26,89 ºC

T2 = 27,21 ºC

HHVsekam padi = 20588,29 kJ/kg

No. pengujian

T1

(ºC)

T2

(ºC)

HHV (kJ/kg)

1 26,89 27,21 20588,29 2 27,16 27,44 17647,1 3 27,45 27,71 16176,51 4 27,65 27,97 20588,29 5 27,89 28,22 21323,58

(50)

rata-Daniel Romatua : Kajian Eksperimental Pengaruh Pengurangan Kadar Air Terhadap Nilai Kalor Pada Bahan Bakar Padat, 2007.

rata) pada masing-masing bahan bakar pada pengujian pertama dan kedua

digunakan persamaan 2.9 :

(HHV rata-rata) dan kadar air sekam padi dapat dilihat pada lampiran 3.

Analisa yang didapat dari gambar 4.1 adalah bahwa pada kadar air 14,9%

pada menit ke-1 terlihat nilai kalor HHV sebesar 27500.07 kJ/kg dan akan terus

naik sampai 29558,9 kJ/kg ini terjadi pada kadar air 7,7% menit ke-10. Disini

dapat dilihat bahwa nilai kalor tertinggi terjadi pada kadar air 7,7% menit ke-10

dengan nilai kalor 29558,9kJ/kg.

HHV vs kadar air

0 3500 7000 10500 14000 17500 21000 24500 28000 31500

0 2 4 6 8 10 12 14 16

kadar air (%)

H

V

(

kJ/

kg

)

Gambar 4.1 Grafik pengeringan kadar air terhadap nilai kalor pada serabut

Hal ini disebabkan :

• Lama waktu yang diberikan sehingga kadar air yang terkandung pada

(51)

• Bila secara teori kenaikan nilai kalor juga dipengaruhi oleh kandungan

bahan yang mudah menguap (volatile matter) karena volatile matter

mempengaruhi kesempurnaan pembakaran dan intensitas nyala api di

dalam serabut.

Selanjutnya pada kadar air 7,4% sampai 5% dapat dilihat pada gambar 4.1,

grafik mulai menurun sedangkan kadar air berkurang ini terjadi pada menit ke-15

sampai menit ke-40. Hal ini disebabkan pada saat pengujian pengujian pengering

berlangsung gas-gas yang terkandung atau meterial yang terdapat didalamnya

menguap bersama dengan udara, dan pada saat pengujian bomb kalorimeter unsur

kimia yang terdapat pada serabut tidak terbakar secara sempurna sehingga

menyebabkan nilai kalor menurun.

Analisa yang didapat dari gambar 4.2 bahwa kadar air 15,7% pada

menit ke-1 terlihat nilai kalor HHV sebesar 27831,99 kJ/kg akan terus naik

sampai 30482,65kJ/kg ini terjadi pada kadar air 11,9% menit ke-7,5. Disini dapat

dilihat bahwa nilai kalor tertinggi terjadi pada kadar air 11,9% menit ke-7,5

dengan nilai kalor 30482,65kJ/kg.

HHV vs kadar air

0 4000 8000 12000 16000 20000 24000 28000 32000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

kadar air (%)

H

V

(

kJ/

kg

)

(52)

cangkang sudah berkurang.

dalam cangkang.

Selanjutnya pada kadar air 11,4% sampai 2,4% dapat dilihat pada gambar

4.2, grafik mulai menurun sedangkan kadar air berkurang ini terjadi pada menit

ke-10 sampai menit ke-40. Hal ini disebabkan pada saat pengujian pengujian

pengering berlangsung gas-gas yang terkandung atau meterial yang terdapat

didalamnya menguap bersama dengan udara, dan pada saat pengujian bomb

kalorimeter unsur kimia yang terdapat pada serabut tidak terbakar secara

sempurna sehingga menyebabkan nilai kalor menurun.

Analisa yang didapat dari gambar 4.3 bahwa pada kadar air 8,5% pada

menit ke-1 terlihat nilai HHV sebesar 20441,23kJ/kg dan akan terus naik sampai

25441,24 kJ/kg ini terjadi pada kadar air 7,7% menit ke-5. Disini dapat dilihat

bahwa nilai kalor tertinggi terjadi pada kadar air 7,7% menit ke-10 dengan nilai

(53)

LHV vs kadar air

0 3500 7000 10500 14000 17500 21000 24500 28000

0 2 4 6 8 10

kadar air (%)

H

V

(

kJ/

kg

)

Gambar 4.3 Grafik pengeringan kadar air terhadap nilai kalor pada sekam padi

sekam padi sudah berkurang.

dalam sekam padi.

Selanjutnya pada kadar air 7,4% sampai 4,3% dapat dilihat pada gambar

4.6, grafik mulai menurun sedangkan kadar air berkurang ini terjadi pada menit

ke-7,5 sampai menit ke-40. Hal ini disebabkan pada saat pengujian pengering

berlangsung gas-gas yang terkandung atau meterial yang terdapat didalamnya

menguap bersama dengan udara, dan pada saat pengujian bomb kalorimeter unsur

kimia yang terdapat pada serabut tidak terbakar secara sempurna sehingga

menyebabkan nilai kalor menurun

(54)

Pembahasan laju pindahan panas pada konstruksi alat pengering pada bahan

bakar padat kotak heater dan tungku pengering. Pengukuran temperatur pada alat

pengering bahan bakar padat dengan menggunakan termometer infrared.

Termometer ini digunakan untuk mengukur temperatur dari bagian-bagian tungku

pengering dan kotak heater.

Besarnya koefisien konveksi yang ditimbulkan heater dapat dihitung

dengan menentukan sifat-sifat fluida pada suhu rata-rata.

4.3.1 Laju Pindahan Panas Pada Kotak Heater

Laju aliran udara didalam pipa :

60

Laju aliran udara di dalam kotak heater :

_pipa

Aheater = luas penampang kotak heater

Maka : Vheater = 5,86

Sifat-sifat udara diukur pada suhu rata-rata = + = 2

90 30

f

T 60oC atau 333 K

(55)

υ = 19,0362 m2/ s k = 0,0287414 W/m2 oC

µ = 1,9972×10-5 kg/m.s Pr = 0,70074

Terlebih dahulu menentukan bilangan Reynold yaitu

υ

D V_heater

=

Re

Bilangan Reynold adalah

(

)

₇₀₆_,₅₁

= ₋ (yang berarti alirannya laminar)

Bilangan Nusselt adalah

Maka, koefisien konveksi adalah

hx = Nu

laju pindahan panas berdasarkan persamaan 2.14 adalah :

Dengan Aheater = luas permukaan heater = 2[(0,29×0,4) + (0,4×0,4) + (0,4×0,29)]

(56)

Maka : q=1,18×0,784×

(

90−30

)

= 55,5072 W

4.3.2 Laju Pindahan Panas Pada Tungku

Laju aliran udara di dalam tungku :

_pipa

Aheater = luas penampang tungku

= 5,86

Sifat-sifat udara diukur pada suhu rata-rata = + = 2

50 90

f

T 70oC atau 343 K

(lampiran 5) dengan interpolasi didapat :

υ = 20,0502×10 -5 m2/s k = 0,02949 W/m2 oC Pr = 0,69854 µ = 2,0429×10-5 kg/m.s

Terlebih dahulu menentukan bilangan Reynold yaitu

υ

D V_tungku

=

Re

Bilangan Reynold adalah

(

)

₅₇₈_,₅₄₇

= ₋ (yang berarti alirannya laminar)

(57)

Nu =

Maka, koefisien konveksi adalah

hx = Nu

laju pindahan panas berdasarkan persamaan 2.14 adalah

Dengan Atungku = luas permukaan tungku = 2[(0,5×0,4) + (0,4×0,4) + (0,4×0,5)]

= 1,12 m2

Maka : q=1,02×1,12×

(

90−50

)

= 45,696 W

(58)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Untuk nilai kalor yang paling tinggi adalah cangkang kelapa sawit dengan

(59)

serabut kelapa sawit dan sekam padi dengan masing-masing nilai kalor

29558,9 kJ/kg dan 25441,24 kJ/kg.

2. Pada cangkang kelapa sawit, peningkatan nilai kalor dimulai dari 27831,99

kJ/kg dengan pengurangan kadar air 7,7% dengan lama waktu pengeringan

satu menit sampai dengan 30482,654 kJ/kg dengan pengurangan kadar air

9,9% dengan lama waktu pengeringan lima menit, ini merupakan nilai kalor

tertinggi untuk cangkang kelapa sawit.

3. Pada serabut kelapa sawit, peningkatan nilai kalor dimulai dari 27500,07 kJ/kg

dengan pengurangan kadar air 2,8% dengan waktu satu menit sampai dengan

29558,9 kJ/kg dengan pengurangan kadar air 10% dengan lama waktu

pengeringan sepuluh menit, ini merupakan nilai kalor tertinggi untuk serabut

kelapa sawit.

4. Pada sekam padi, peningkatan nilai kalor dimulai dari 20441,229 kJ/kg

dengan pengurangan kadar air 4,2% dengan lama waktu pengeringan satu

menit sampai dengan 25441,242 kJ/kg dengan pengurangan kadar air 5%

dengan lama waktu pengeringan lima menit. ini merupakan nilai kalor

tertinggi untuk serabut kelapa sawit.

5. Peningkatan nilai kalor yang terjadi pada bahan bakar disebabkan karena

adanya proses pengeringan sehingga kadar air yang terkandung berkurang,

kadungan kimia yang terdapat pada bahan bakar tersebut dan ukuran partikel

dari bahan, kadar abu, dan zat-zat yang mudah menguap (valatile mattter).