EFEK PENAMBAHAN BENTONIT TERHADAP SIFAT MEKANIK
BRIKET DARI TEMPURUNG KELAPA
Minto Supeno Jurusan Kimia FMIPA Universitas Sumatera Utara
Jl. Bioteknologi No. 1 Kampus USU Medan 20155
Intisari
Penelitian tentang efek penambahan bentonit dan perekat terhadap sifat mekanik dan kalor bakar dari briket arang tempurung kelapa telah dilakukan. Perekat yang digunakan adalah water glass dengan variasi bobot perekat 2, 4, 6, 8, 10 gram dan variasi bentonit 1, 2, 3, 4, 5, gram. Hasil penelitian menunjukkan briket arang yang telah dikeringkan dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif. Bentonit mempunyai pengaruh yang baik terhadap sifat mekanik yaitu menaikkan nilai kuat tekan, sebaliknya dapat
menurunkan nilai kalor bakar. Kondisi briket arang yang terbaik adalah pada pada bobot perekat 1 gram tanpa penambahan bentonit dengan nilai kalor 8025,26 kal/g, sedangkan nilai kuat tekannya adalah pada bobot perekat 10 gram dan bobot bentonit 5 gram yang nilainya 55,15 kg/cm2. Nilai tersebut sesuai dengan Standar Nasional Indonesia (SNI).
Kata kunci: Bentonit, briket.
PENDAHULUAN
Indonesia merupakan negara yang kaya akan tanaman kelapa. Kelapa dapat memberikan keuntungan besar karena dikenal sebagai tanaman serba guna di mana semua bagian tanaman kelapa dari daun hingga akar dapat dipakai untuk berbagai keperluan.
Tempurung kelapa merupakan salah satu bagian dari buah kelapa dengan persentase 17% dari buah kelapa yang berumur 12 bulan 1. Dapat diamati bahwa tempurung kelapa memiliki jumlah yang berlimpah dan mudah diperoleh di pasar-pasar tradisional bahkan banyak yang menjadi limbah. Jika limbah tidak diolah dan dibiarkan menumpuk atau dibakar dapat menimbulkan hal yang negatif terhadap lingkungan. Salah satu usaha adalah memamfaatkan limbah menjadi produk yang memiliki nilai tambah dengan teknologi aplikasi dan kerakyatan2.
Tempurung kelapa yang terdiri dari lignin, selulosa, pentosa dan garam-garam kalium bahkan mengadung silikat memiliki keunggulan dari bahan kayu disamping memiliki kadar air yang rendah1. Biasanya dimamfaatkan sebagai bahan bakar dalam bentuk arang tempurung, sebagai arang aktif
untuk bahan adsorbsi gas dan uap maupun larutan dalam bidang industri3.
Arang briket merupakan arang yang berbentuk padat yang terbuat dari arang atau serbuk arang yang direkatkan kemudian dimampatkan sambil dipanaskan baru selanjutnya diarangkan4. Arang yang berbentuk padat, sifat fisikanya meningkat misalnya kerapatan, kebersihan, disukai oleh konsumen yang menginginkan arang dengan kualitas yang tinggi dan sesuai dengan tujuan ekspor.
METODOLOGI PENELITIAN Alat
Peralatan yang digunakan adalah: drum pembakar, furnace 1000C, alat cetak briket, ayakan 40 mesh, oven, hot plate, termometer, neraca analitis, desikator, alat-alat gelas, seperangkat alat uji kuat tekan, seperangkat alat uji nilai kalor dan SEM.
Bahan
Arang tempurung kelapa, water glass, bentonit dan air.
Prosedur Penelitian:
1. Penyediaan arang dari tempurung kelapa
Tempurung kelapa yang sudah dipotong-potong kecil, dikeringkan dimasukkan ke dalam drum pembakaran. Api dinyalakan, lubang-lubang udara dibiarkan terbuka. Jika terbentuk asap berwarna kuning dan tebal, sebaiknya tungku ditutup untuk menghindari oksigen yang masuk sehingga hasil arang yang didapat baik, jika sudah terbentuk asap berwarna biru artinya pengarangan selesai. Drum dibalik dan arang yang terbentuk dihaluskan/digiling lalu diayak dengan menggunakan ayakan yang berukuran 40 mesh.
2. Penyediaan perekat water glass (Na2SiO3)
Dibuat perekat water glass dengan bobot 2 gram, lalu dilarutkan dalam 15 ml air, dimasak dan diaduk sampai terbentuk gel. Dilakukan hal yang sama untuk pembuatan perekat waterglass dengan bobot 4, 6, 8, dan 10 gram.
3. Pembuatan briket arang dengan perekat Arang yang diperoleh dengan ukuran 40 mesh ditimbang masing-masing dengan bobot 30 gram sebanyak 5 bagian. Satu bagian dicampur dengan bentonit (Al2O3. SiO2.H2O)
dengan bobot 1 gram menggunakan alat pengaduk. Campuran tersebut dicampur dengan perekat water glass dengan bobot perekat 2 gram dan diaduk hingga merata. Campuran arang, bentonit dan perekat dimasukkan ke dalam alat cetak dan ditekan dengan alat penekan. Lalu briket arang dikeringkan. Diulang perlakuan yang sama untuk 4 bagian yang lain dengan bobot perekat 4, 6, 8, 10 gram dan bobot bentonit 1, 2, 3, 4 dan 5 gram. Setiap bagian dilakukan 3 kali perlakuan
4. Pengujian Briket Arang Melalui Pengukuran Kalor Bakar
Ditimbang contoh uji briket arang sebanyak 0,15 gram, dimasukkan ke dalam cawan silika, kemudian disiapkan kawat untuk penyala dengan menggulungnya, kedua ujungnya dihubungkan dengan batang-batang yang terdapat pada bom dan bagian kawat disentuhkan pada bagian briket arang yang akan diuji kemudian ditutup rapat. Bom diisi dengan oksigen perlahan-lahan sampai tekanan 30 atmosfir. Kemudian dimasukkan ke dalam kalorimeter yang telah diisi air sebanyak 1250 ml, lalu ditutup dengan lkalorimeter dengan penutupnya. Dihidupkan pengaduk air pendingin selama 5 menit sebelum penyala dilakukan, lalu dicatat temperatutr air pendingin. Kemudian kawat dinyalakan dengan menekan tombol yang paling kanan. Air pendingin terus diaduk selama 5 menit setelah penyalaan berlangsung, kemudian dicatat temperatur akhir pendingin. Dari hasil pengukuran perubahan temperatur pendingin, nilai kalor dapat dihitung dengan rumus berikut: Nilai kalor (kal/g) = (T2 – T1 - ΔT) x Cv x 0,239
kal
T1 = Suhu air pendingin sebelum penyalaan
(0C)
T2 = Suhu air pendingin setelah penyalaan
(0C)
Cv = Kalor jenis bom kalorimeter
(76531,42 J/gram0C)
ΔT = Kenaikan suhu akibat kawat penyala (0,050C)
5. Pengujian Briket Arang Melalui Pengukuran Kuat Tekan
Disiapkan benda uji dengan ukuran 7,5 cm x 1,5 cm x 1,5 cm (panjang x lebar x tinggi) kemudian diletakkan pada penyangga denagn jarak tumpu 7 cam dan diberi beban 100 kg dengan kecepatan 100 mm/menit dan dicatat data yang tertera pada layar monitor (display). Dari nilai beban patah yang diperoleh, maka kuat tekan ditentukan dengan rumus:
Kuat tekan = (kg/cm2)
P = beban patah/load maksimum (kg) L = jarak tumpu (cm)
b = lebar benda uji (cm) d = tebal benda uji (cm)
HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Nilai kalor
Hasil pengukuran nilai kalor briket arang diperoleh data yang tertera pada tabel 1, dengan mengolahnya lebih lanjut menggunakan
3PL
2b
daftar ANAVA menghasilkan tabel sidik ragam tertera pada tabel 2.
Dari tabel sidik ragam (tabel 2), diketahui bahwa faktor bobot perekat; Fhitung >
F0,01, yaitu 280,52 > 7,01. Menunjukkan bahwa
hipotesa nol ditolak dan hipotesa alternatif diterima pada taraf signifikan 1%, berarti bahwa bobot perekat mempunyai pengaruh yang nyata terhadap nilai kalor briket arang dari ketiga puluh jenis perlakuan dari variasi bobot perekat dan bobot bentonit. Untuk taraf faktor bobot bentonit, Fhitung > F0,01,yaitu 309,77 > 3,34.
Menunjukkan bahwa hipotesa nol ditolak dan hipotesa alternatif diterima pada taraf signifikan 1%, berarti bahwa bobot bentonit mempunyai pengaruh yang nyata terhadap nilai kalor briket arang dari ketiga puluh jenis perlakuan dari variasi bobot perekat dan bobot bentonit. Untuk taraf faktor interaksi antara bobot perekat dan bobot bentonit, Fhitung > F0,01, yaitu 3,97 > 2,72.
Menunjukkan bahwa hipotesa nol ditolak dan hipotesa alternatif diterima pada taraf signifikan 1%, berarti bahwa ada interaksi yang nyata antara bobot perekat dan bobot bentonit terhadap nilai kalor briket arang dari ketiga puluh jenis perlakuan dari variasi bobot perekat dan bobot bentonit.
5000
Gambar 1.Grafik Nilai Kalor Briket Arang Terhadap Bobot Perekat Dengan
Bobot Bentonit Yang Berbeda.
Pada gambar 1 menunjukkan besarnya nilai kalor berhubungan dengan bobot perekat dan bobot bentonit. Semakin rendah bobot perekat akan menyebabkan meningkatnya nilai kalor. Hal ini disebabkan kadar abu yang terkandung dalam perekat water glass mempengaruhi nilai kalor briket itu sendiri. Semakin rendah bobot perekat maka semakin rendah pula kadar abu yang terkandung
Tabel 1. Data Hasil Perhitungan Nilai Kalor
Bobot
7908,11 7908,11 7205,16 6853,70 6853,70 8083,84 7732,37 7205,16 7205,16 6853,70 8083,84 8083,84 7732,37 7029,43 7029,43 Total 24075,79 23724,32 22142,69 21088,29 20736,83
Rataan 8025,26 7908,11 7380,90 7029,43 6912,28
1 g
7708,11 7732,37 7205,16 7029,43 6677,96 7908,11 7732,37 7205,16 7205,16 6853,70 8083,84 7908,11 7380,90 7029,43 6677,96 Total 23700,06 23372,85 21791,22 21264,02 20209,62
Rataan 7900,02 7790,95 7263,74 7088,01 6736,54
2 g
7732,37 7380,90 7029,16 6853,70 6502,22 7556,64 7205,16 7205,16 7029,43 6502,22 7380,90 7380,90 7205,16 7029,43 6326,49 Total 22669,91 21966,96 21439,48 20912,56 19330,93
Rataan 7556,64 7322,32 7146,49 6970,85 6443,64
3 g
7556,64 7205,16 6853,70 6677,96 6150,75 7380,90 7205,16 7205,16 6677,96 6150,75 7380,90 7029,43 6853,70 6502,22 6150,75 Total 22318,44 21439,75 20912,56 19858,18 18452,25
Rataan 7439,48 7146,58 6970,85 6619,38 6150,75
Bobot Bentonit
Bobot Perekat
2 g 4 g 6 g 8 g 10 g Nilai Kalor
(Kal/g)
Nilai kalor (Kal/g)
Nilai Kalor (kal/g)
Nilai Kalor (kal/g)
Nilai Kalor (kal/g)
6853,70 6502,22 6326,49 5675,02 5623,54 Total 21088,29 20209,62 18803,73 17625,05 16870,62
Rataan 7029,43 6736,54 6267,91 5875,02 5623,54
5 g
6677,96 6326,49 5975,02 5623,54 5447,81 6502,22 6326,49 5975,02 5447,81 5272,07 6326,49 6150,75 5799,28 5272,07 5272,07 Total 19506,67 18803,73 17749,32 16343,42 15991,95
Rataan 6502,22 6267,91 5916,44 5447,81 5330,65
Tabel 2. Data Hasil Perhitungan ANAVA Nilai Kalor
SK DB JK KT F hit F 0,05 F 0,01
Blok 2 26518,27 12359,137
Perekat ( P) 4 17488260,55 4372065,137 280,520 ** 3,84 7,01 Galat (p) 8 124684,62 15585,578
Bentonit (B) 5 28232564 5646512,830 309,770 ** 2,37 3,34
P x B 9 652778,381 72530,931 3,979 ** 2,04 2,72
Galat (b) 61 1111912,080 18228,067 Total 89 47636718,051
Keterangan: Fk = 4194291302,41 KK (p) = 1,83%
KK (b) = 1,98%
tn = tidak nyata ** = sangat nyata
Pada gambar 1 menunjukkan besarnya nilai kalor berhubungan dengan bobot perekat dan bobot bentonit. Semakin rendah bobot perekat akan menyebabkan meningkatnya nilai kalor. Hal ini disebabkan kadar abu yang terkandung dalam perekat water glass mempengaruhi nilai kalor briket itu sendiri. Semakin rendah bobot perekat maka semakin rendah pula kadar abu yang terkandung dalam perekat tersebut. Ini berarati bahwa kadar zat mudah menguap semakin rendah dan nilai kalornya semakin besar. Sebaliknya semakin besar bobot perekat yang digunakan, kadar zat mudah menguap cenderung semakin besar sehingga nilai kalor briket arang akan berkurang. Bobot bentonit mempunyai pengaruh terhadap nilai kalor briket arang, semakin besar bobot bentonit yang digunakan maka nilai kalor dari briket arang juga semakin kecil, sebaliknya bobot bentonit yang digunakan semakin kecil menyebabkan nilai kalor briket arang semakin besar. Bentonit dapat menurunkan nilai kalor disebabkan bentonit yang berupa clay tidak mempunyai unsur hidrokarbon sehingga waktu pembakaran tidak menghasilkan kalor sehingga tidak menambah
nilai kalor briket arang. Pada bobot perekat 2 gram nilai kalor semakin meningkat dengan berkurangnya bobot bentonit yaitu pada bobot bentonit 5, 4, 3, 2, 1 gram sampai tanpa penambahan bentonit. Kondisi nilai kalor briket arang tertinggi adalah pada bobot perekat 2 gram tanpa penambahan bentonit pada arang tersebut. Berdasarkan standar kualitas briket arang yang terlihat pada tabel 5. Maka nilai kalor yang diperoleh briket arang dari tempurung kelapa rata-rata di atas standar SNI, Jepang, USA, dan Inggris. Hal ini dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti bahan bakar minyak bumi dan batu bara yang semakin menipis persediaannya.
2. Kuat tekan
Dari hasil pengukuran kuat tekan briket arang diperoleh data yang tertera pada tabel 3, dengan mengolahnya lebih lanjut menggunakan daftar ANAVA menghasilkan tabel sidik ragam yang tertera pada tabel 4.
Dari daftar sidik ragam (tabel 4) diketahui bahwa untuk taraf bobot perekat;
Fhitung > F0,01 ; yaitu 235,32 > 7,01.
hipotesa alternatif diterima pada taraf signifikan 1%, berarti bahwa bobot perekat mempunyai pengaruh yang nyata terhadap nilai kuat tekan briket arang dari ketiga puluh jenis perlakuan dari variasi bobot perekat dan bobot bentonit. Untuk taraf faktor bobot bentonit; Fhitung > F0,01 ;
yaitu 21,61 > 3,34. Menunjukkan bahwa hipotesa nol ditolak dan hipotesa alternatif diterima pada taraf signifikan 1%, yang berarti bahwa bobot bentonit mempunyai pengaruh yang nyata terhadap nilai kuat tekan briket arang dari ketiga puluh jenis perlakuan dari variasi bobot perekat dan bobot bentonit. Untuk taraf faktor interaksi bobot perekat dan bobot bentonit; Fhitung > F0,01; yaitu 3,25 > 2,72.
Menunjukkan bahwa hipotesa nol ditolak dan hipotesa alternatif diterima pada taraf signifikan 1%, yang berarti bahwa ada interaksi yang nyata antara bobot perekat dan bobot bentonit terhadap nilai kuat tekan briket arang dari ketiga puluh jenis perlakuan dari variasi bobot perekat dan bobot bentonit.
.
Gambar 2. Grafik Nilai Kuat Tekan Briket ArangTerhadap Bobot Perekat Dengan Bobot Bentonit Yang Berbeda.
Gambar 2 menunjukkan bahwa bobot perekat dan bobot bentonit mempunyai pengaruh yang nyata terhadap kuat tekan briket
arang. Di mana dapat dilihat, nilai kuat tekan briket arang semakin tinggi dengan bertambahnya bobot perekat dan bobot bentonit. Proses pencampuran arang dengan perekat berpengaruh terhadap kuat tekan briket arang yang dihasilkan. Semakin merata pencampuran semakin tinggi pula kuat tekannya. Bentonit berguna untuk menutupi pori pori antar karbon sehingga interaksi antar karbon-bentonit dengan perekat semakin kuat, hal ini menunjukkan nilai kuat tekannya semakin meningkat maka briket arang yang dihasilkan tahan lama waktu pembakaran. Ukuran partikel arang pada umumnya berpengaruh terhadap sifat fisik dan mekanik briket arang. Kekuatan briket arang ditentukan oleh ukuran pertikel. Ukuran partikel terlalu halus akan berakibat kekuatan briket kurang kuat, karena akan diperoleh luas permukaan yang semakin besar sehingga membutuhkan bahan pengikat dalam jumlah besar6. Hal ini berarti bahwa pencampuran serbuk arang yang lebih halus dari 40 mesh dapat dilakukan asal proporsinya tidak lebih dari 30 persen volume7. Ukuran partikel arang yang ideal untuk pembuatan briket arang adalah 20-40 mesh, maka peneliti menggunakan ukuran pertikel arang 40 mesh secara seragam6. Kuat tekan briket arang sangat penting untuk mengetahui seberapa besar daya tahan briket arang yang berpengaruh pada saat pengemasan, pengangkutan dan pemasarannya karena briket arang yang mempunya kuat tekan yang tinggi akan menunjukkan briket arang tersebut tidak mudah pecah dan tahan lama sewaktu pembakaran. Kondisi paling baik kuat tekan briket arang adalah pada bobot perekat 10 gram dengan bobot bentonit 5 gram yang nilainya 55,15 kg/cm2. Kondisi paling baik ini dapat dilihat pada tabel 5. Berdasarkan standar kualitas briket arang pada tabel 8, maka nilai kuat tekan yang diperoleh briket arang dari tempurung
Tabel 3. Data Hasil Perhitungan Kuat Tekan
Bobot
4,45 2,45 19,16 17,76 30,64 3,70 2,98 13,97 22,33 31,11 2,64 7,37 22,15 21,00 37,73
Total 10,79 12,80 55,28 61,09 99,48
Rataan 3,60 4,27 18,43 20,36 33,16
Bobot Bentonit
Bobot Perekat
2 g 4 g 6 g 8 g 10 g Kuat Tekan
(kg/cm2
Kuat Tekan (kg/cm2
Kuat Tekan (kg/cm2
Kuat Tekan (kg/cm2
Kuat Tekan (kg/cm2 3,05 10,11 24,61 22,58 36,55 9,86 5,57 16,67 32,20 36,92
Total 18,66 20,00 63,89 69,80 101,93
Rataan 6,22 6,67 21,30 23,27 33,98
2 g
7,34 14,21 28,59 38,88 43,02 8,02 10,11 22,89 25,91 44,36 5,66 2,58 17,01 19,22 34,75
Total 21,02 26,90 68,49 84,01 122,13
Rataan 7,01 8,97 22,83 28,00 40,71
3 g
13,53 21,09 26,97 44,08 50,74 10,14 4,07 25,35 35,34 48,37 2,76 3,95 26,10 27,56 50,21
Total 26,43 29,11 78,42 106,98 149,32
Rataan 8,81 9,70 26,14 35,66 49,77
4 g
8,49 16,36 31,45 35,37 49,56 13,00 7,00 32,20 41,22 53,60 8,03 8,65 25,39 42,81 51,90
Total 29,52 32,01 89,04 119,40 155,06
Rataan 9,84 10,67 29,68 39,80 51,69
5 g
9,02 14,77 28,84 31,95 54,53 16,42 12,94 25,97 46,45 53,76 6,63 11,73 37,33 47,00 57,15
Total 32,07 39,44 92,14 125,40 165,44
Rataan 10,69 13,15 30,71 41,40 55,15
Tabel 4. Data Hasil Perhitungan ANAVA Kuat Tekan
SK DB JK KT F hit F 0,05 F 0,01
Blok 2 29,71 14,855
Perekat ( P) 4 17131,18 4282,795 235,320 ** 3,84 7,01
Galat (p) 8 145,60 18,200
Bentonit (B) 5 2458,198 491,640 21,606 ** 2,37 3,34
P x B 9 666,664 74,074 3,255 ** 2,04 2,72
Galat (b) 61 1388,053 22,755 Total 89 21819,053
Keterangan: Fk = 49282,74 KK (p) = 18,23%
KK (b) = 20,39%
tn = tidak nyata ** = sangat nyata
Tabel 5. Data Hasil Pengamatan Kondisi Paling Baik Briket Arang Tempurung Kelapa
Karakteris
tik Nilai
Bobot Perek
at
Bobot Bentonit Uji Nilai 8025, 2 g Tanpa
Kalor 26 bentonit
Uji Kuat
Tabel 6. Standar Kualitas Briket Arang
Jenis Uji Satuan SNI USA
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Nilai kalori Kuat tekan Kadar air Kadar abu Zat terbang Kadarkarbon terikat
Kal/g Kg/cm2
% % % %
Min 5500 Min 6 Max 7,5
14,20 max 15
--
6230 62 6,5 8,3 19 – 28 60
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
1) Bentonit mempunyai pengaruh yang besar 2) terhadap sifat mekanik dan kalor bakar.
Semakin besar penambahan bobot bentonit, maka sifat mekanik briket arang semakin tinggi sebaliknya menghasilkan nilai kalor yang rendah. Semakin besar sifat mekanik maka kerapatan antar partikel arang-bentonit semakin kuat sehingga menghasilkan kalor yang konstan.
3) Kondisi yang terbaik adalah pada penambahan bobot perekat 2 gram tanpa penambahan bentonit yang nilai kalornya 8025,26 kal/g dan nilai kuat tekannya adalah pada penambahan bobot perekat 10 gram dengan bobot bentonit 5 gram yang nilainya adalah 55,15 kg/cm2.
DAFTAR PUSTAKA
Setyamidjaja, D., Bertanam Kelapa, edisi III, Kanisius, Yogyakarta, (1991)
Pari, G., Teknologi Alternatif Pamanfaatan Limbah Industri Pengolahan Kayu,
Makalah Falsafah Sains, Jakarta, (2002)
Sukamto, Upaya Meningkatkan Produksi
Kelapa, Penebar Swadaya, Jakarta,
(2001)
Sembiring, M.T, dan Tuti, S.S., Arang Aktif,
Pengenalan dan Proses Pembuatannya,
Karya Tulis, Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknik USU, Medan, (1990) Brady, G., Material Hand Book, Twelf edition,
MC Graw Hill Book Company, New York, (1986)
Suganal dan Yuyun, B., Briket Batubara
Ombilin, pertambangan dan Energi No.2,
Jakarta, (1992)
Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan, Pedoman Teknis Pembuatan
Briket Arang, Departemen Kehutanan,
