PENGARUH RASIO UDARA PEMBAKARAN ANTARA UDARA PRIMER DAN SEKUNDER TERHADAP EFISIENSI PEMBAKARAN SERAT BUAH SAWIT PADA REAKTOR PEMBAKARAN FIXED-BED
TESIS
OLEH
BAGUS GIRI YUDANTO 067015004/MTM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
PENGARUH RASIO UDARA PEMBAKARAN ANTARA UDARA PRIMER DAN SEKUNDER TERHADAP EFISIENSI PEMBAKARAN SERAT BUAH SAWIT PADA REAKTOR PEMBAKARAN FIXED-BED
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Pada Program Studi Magister Teknik Mesin,
Program Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara
OLEH
BAGUS GIRI YUDANTO 067015004/MTM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Judul Penelitian : PENGARUH RASIO UDARA PEMBAKARAN ANTARA UDARA PRIMER DAN SEKUNDER TERHADAP EFISIENSI PEMBAKARAN SERAT BUAH SAWIT PADA REAKTOR PEMBAKARAN
FIXED-BED
Nama Mahasiswa : BAGUS GIRI YUDANTO
Nomor Pokok : 067015004/MTM
Program Studi : MAGISTER TEKNIK MESIN
Menyetujui Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Ilmi Abdullah, M.Sc. Ketua
Prof. Dr. Ir. Farel H. Napitupulu, DEA. Prof. Dr. Ir. Tulus, M.Si
Anggota Anggota
Ketua Program Studi, Dekan Fakultas Teknik,
Dr. Eng. Ir. Indra, MT. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME.
ABSTRAK
Kajian tentang proses pembakaran serat buah kelapa sawit (mesocarp) skala laboratorium telah dilakukan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi rasio persentase udara pembakaran antara udara primer (PA) dan udara sekunder (SA) terhadap kualitas pembakaran serat buah kelapa sawit. Secara berurutan perbandingan udara pembakaran (PA:SA) divariasikan pada rasio (20:80), (35:65), (50:50), (65:35) dan (80:20). Kegiatan eksperimen dilakukan dengan
menggunakan reaktor pembakaran fixed-bed. Pengontrolan variasi laju aliran udara
pembakaran menggunakan anemometer, pengukuran suhu digunakan thermocouple
tipe K, dan pengukuran emisi gas buang digunakan gas analyzer. Hasil karakteristik
pembakaran mesocarp dengan metode thermogravimetry (TGA) pada heat flow
5OC/menit menunjukkan bahwa proses pengeringan serat dari kadar air berlangsung
hingga suhu 168 OC, proses devolatilisasi pada suhu 298 OC dan pembakaran arang
terjadi pada suhu 311 OC. Energi aktivasi proses pembakaran mesocarp sebesar 17
kJ/mol•K dengan nilai faktor pre-eksponensial 9,40 mg/s. Berdasarkan hasil eksperimen diketahui bahwa ada pengaruh cukup signifikan pengaturan jumlah rasio udara pembakaran antara udara primer dan udara sekunder terhadap suhu dan efisiensi pembakaran.
Kata Kunci: rasio udara, udara pembakaran, biomasa, serat, udara primer, udara
ABSTRACT
Study of the oil palm fiber (mesocarp) combustion process in the laboratory scale has been conducting. The purpose of this research was to known the effect of various combustion air ratio between primary air (PA) and secondary air (SA) to combustion qualities of mesocarp. The ratio of combustion air (PA:SA) were variated at (20:80), (35:65), (50:50), (65:35) and (80:20). The research experimental was conducted using by a fixed bed reactor. The Controlling of combustion air flow rate using by the anemometer, to measure temperature using by thermocouple, and to measure gas emission using by the gas analyzer. The result of mesocarp combustion characteristics with thermo gravimetry analysis (TGA) method at heat flow 5 OC/min shown that the drying process (release H2O in the mesocarp) take place at 168 OC. The final
devolatilization of mesocarp occurs at 298 OC and the char burnout take place 311
O
C. The activation energy of mesocarp combustion around 16,13 kJ/mol•K and the pre-exponential factor around 9,43 mg/s. Based on the results of experiments known that there are significant influences the setting of combustion air ratio of primary air and secondary air to the combustion efficiency and temperature.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, atas rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis
dapat menyelesaikan laporan tesis dengan judul “Pengaruh Rasio Udara
Pembakaran Antara Udara Primer Dan Sekunder Terhadap Efisiensi Pembakaran Serat Buah Sawit Pada Reaktor Pembakaran Fixed-Bed”. Penelitian yang telah dilakukan ini merupakan salah satu usaha dalam mengimplementasikan Visi dan Misi Magister Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara, yaitu “Terdepan dalam Riset dan Pengembangan Teknologi”.
Penulisan laporan penelitian tesis ini merupakan salah satu syarat bagi mahasiswa pasca sarjana untuk dapat meraih gelar Magister Teknik dari Program Studi Teknik Mesin SPs-USU. Pada kesempatan ini, penulis haturkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Komisi Pembimbing, yaitu Bapak Prof. Dr. Ir. Ilmi Abdullah, M.Sc., Bapak Prof. Dr. Ir. Farel H. Napitupulu, DEA dan Bapak Prof. Dr. Tulus M.Si., yang selalu memberikan saran dan masukan dalam merumuskan laporan tesis ini. Tidak lupa penulis juga menghaturkan rasa terima kasih kepada Direksi Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS), yaitu Bapak Dr. Ir. Witjaksana Darmosarkoro, Bapak Dr. Ir. Luqman Erningpraja, dan Bapak Dr. Edy Sigit Sutarta yang telah mendukung tugas belajar penulis secara optimal.
Selain itu ucapan terima kasih juga penulis haturkan kepada Bapak Dr. Eng. Ir. Indra, MT., Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri beserta seluruh staf Dosen dan Administrasi Program Studi Teknik Mesin SPs-USU yang telah memberikan fasilitas, arahan dan dukungan moril selama proses penyusunan laporan tesis ini. Tidak lupa penulis juga ucapkan terima kasih kepada istri tercinta Adinda Mulianita Megar Okturna, SP, ananda tersayang Dipa Dhaniswara Yudanto, Proboretno Giri Putri dan Paramitha Anindya Giri Prameswari beserta seluruh rekan mahasiswa yang selalu memberikan motivasi dan inspirasi ketika penulis menemui kendala dalam penyusunan usulan tesis ini.
Segala upaya telah dilakukan untuk menyelesaikan tesis ini dan tentunya tak ada gading yang tak retak. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan masukan dari pembaca agar laporan ini bermanfaat bagi pembangunan industri kelapa sawit dan perkembangan khasanah ilmu pengetahuan di Indonesia.
RIWAYAT HIDUP
Nama : Bagus Giri Yudanto
Tempat/Tanggal Lahir : Malang/23 Juli 1977 Jenis Kelamin : Laki-laki
Status Perkawinan : Menikah
Pekerjaan : Peneliti – Kelti Rekayasa Teknologi & Pengelolaan Lingkungan
Jabatan Fungsional : Peneliti Pertama
Alamat Kantor : Jl. Brigjend. Katamso No.51 Medan - 20158 Alamat Rumah : Komplek Perumahan Karyawan PPKS
Jl. Brigjen Katamso No. RS 5/3A Medan - 20158 Nomor Telephon/HP : 061-7878278/081533193896
Alamat Email : bagusgiri@yahoo.com
Riwayat Pendidikan :
2001 Jurusan Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Universitas Negeri Malang (UM) – Malang, Jatim 2012 Magister Teknik Mesin
Sekolah Pasca Sarjana
Universitas Sumatera Utara (USU) – Sumatera Utara Riwayat Pelatihan :
1. Pelatihan Rancang Bangun Situs Web di Pusat Perpustakaan dan Penyebaran Teknologi Pertanian. Diselenggarakan oleh Pusat Perpustakaan Dan Penyebaran Teknologi Pertanian. Departemen Pertanian. Tanggal 12-13 Juni 2002.
2. Sosialisasi Pengembangan Sarana Pengolahan Kelapa Sawit (PKS) Mini. Diselenggarakan oleh Direktorat Jenderal Bina Pengolahan dan Pemasaran Hasil Pertanian. Departemen Pertanian. Tanggal 8 Desember 2003.
3. Manajemen Komersialisasi Hasil-Hasil Riset dan Teknologi. Diselenggarakan oleh Asisten Deputi Urusan Kajian Riptek dan Ekonomi Deputi Bidang Program Riptek. Kementerian Riset dan Teknologi. Tanggal 15 Pebruari 2005.
Bekerjasama dengan IPB dan Jepang. Departemen Pertanian. Tanggal 01 Maret 2005.
5. Heat Exchanger Technology, Optimation & Maintenance. Diselenggarakan oleh Sinergi Dinamika Mandiri. Tanggal 14-16 Maret 2005.
6. Dasar-dasar Korosi & Pengendalian. Diselenggarakan oleh Sinergi Dinamika Mandiri. Tanggal 17-19 Maret 2005.
7. Metrologi dan Standardisasi Dalam Perspektif Otonomi Daerah. Diselenggarakan oleh Pusat Penelitian Kalibrasi Instrumentasi dan Metrologi-LIPI. Tanggal 23 Juni 2005.
8. Sosialisasi dan Peningkatan Kapasitas Terpadu Dalam Clean Development Mechanism (ICS-CDM). Diselenggarakan oleh Kementerian Lingkungan Hidup Bekerjasama dengan Institute for Global Environmental Strategies. Tanggal 21-23 November 2005.
9. Manajemen Mutu (ISO 9000), Lingkungan (ISO 14000) Manajemen Laboratorium (ISO 17025) dan Keamanan Pangan (HCCP). Diselenggarakan oleh Pusat Penelitian Kelapa Sawit. Tanggal 6-9 November 2006.
10. Diklat Fungsional Peneliti Tingkat Pertama angkatan XLI – LIPI. Diselenggarakan oleh Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI). Tanggal 15 April – 05 Mei 2007.
11. Effective Presentation Skills. Diselenggarakan oleh GML Performance Consulting. Tanggal 26-27 Juni 2007.
12. Training of Pneumatic & Hydraulic System, Microcontroller, and Programable Logic Controller. Diselenggarakan oleh CV. Andalan Prima Sejahtera. Tanggal 10-11 September 2008.
13. Workshop Pengujian Mutu Alat dan Mesin Pertanian (ISO 17025). Diselenggarakan oleh Direktorat Jenderal Bina Pengolahan dan Pemasaran Hasil Pertanian. Departemen Pertanian. Tanggal 8-11 Juni 2009.
14. Pelatihan Jurnalistik Majalah Ilmiah Populer. Diselenggarakan oleh Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) dan Majalah Agro Observer. 22-24 Juni 2009.
15. In-house Training for Biomass Gasification. Diselenggarakan oleh Program Magister Teknik Mesin USU bekerjasama dengan Matsue National College of Technology, Matsue-Japan. 29 September 2009.
17. Pendidikan dan Pelatihan Ahli K3 UMUM. Diselenggarakan oleh Kementerian Tenaga Kerja Dan Transmigrasi R.I. Diselenggarakan pada 27 September – 06 Oktober 2010 di Cisarua, Bogor.
Riwayat Pekerjaan :
2000-2001 Asisten Inspektor Pengelasan Konstruksi Baja di PLTU Paiton
[PT. DIDIK HADI JAYA. Malang, Jawa Timur].
2001-2003 Sistem Data & Informasi Agribisnis Perkebunan (SIAP), di
Lembaga Riset Perkebunan Indonesia (LRPI), Bogor. Jawa Barat. 2003-Sekarang Staf Peneliti Kelompok Peneliti Rekayasa Teknologi dan
Pengelolaan Lingkungan-PUSAT PENELITIAN KELAPA SAWIT (PPKS) di Medan. Sumatera Utara.
Kegiatan Penelitian, Pengembangan dan Konsultansi Antara 2005-2009:
A. Kegiatan Penelitian
No. Judul
1 Pengembangan Reaktor Biodiesel Kelapa
Sawit Kapasitas 1 Ton/Hari.
Peneliti Anggota PPKS
2 Pengendalian Laju Korosi Pada Sterilizer
di Pabrik Kelapa Sawit.
Peneliti Utama PPKS
3 Pengendalian Laju Korosi Pada Bottom
Cone Hydrocyclone dan Screw Press di Pabrik Kelapa Sawit.
Peneliti Utama PPKS
4 Rancang Bangun Alat dan Mesin
Pemisah Serat dan Biji Kelapa Sawit
Peneliti Utama APBN - DEPTAN
5 Pemanfaatan Gas Buang Boiler Pabrik
Kelapa Sawit Sebagai Pemanas Air Pendahuluan
Peneliti Utama PPKS
6 Optimasi Proses Pembakaran di Boiler
Pabrik Kelapa Sawit
Peneliti Anggota APBN - Program
SINTA-DEPTAN 2008
7 Rancang Bangun Alat dan Mesin
Penyebar Kompos di Kebun Kelapa Sawit
Peneliti Utama PTPN IV
8 Biomass Gasification of Rubber Wood Peneliti Anggota USU- Matsue National College of Technology,
Kegiatan Penelitian, Pengembangan dan Konsultansi untuk Lima Tahun Terakhir (2009-2014):
B. Kegiatan Penelitian
No. Judul
Posisi (Peneliti Utama
/ Peneliti Anggota)
Sumber Dana
1 Rancang Bangun Alat Dan Mesin
Penyebar Kompos Di Kebun Kelapa Sawit
Peneliti Utama PTPN IV
2 Rancang Bangun Alat Dan Mesin
Pembenam Pupuk Di Kebun Kelapa Sawit
Peneliti Utama PTPN IV
3 Teknologi Blending CPO Berbasis
Microcontroller
Peneliti Utama PPKS
4 Pengaruh Rasio Udara Antara Primary
Air dan Secondary Air Terhadap Kualitas Pembakaran Bahan Bakar Serat Sawit Pada Reaktor Pembakaran Fixed-Bed
Peneliti Utama
Kemenristek Program RISTEK 2010
5 Pengembangan Teknologi Kompor dan
Biobriket dari Cangkang Kelapa Sawit
Untuk Daerah Remoute
Peneliti Utama
C. Kegiatan Konsultansi
No. Konsultan Posisi Institusi
1 Studi Kelayakan Pembangunan Pabrik
Kelapa Sawit (PKS) Pelaihari Kapasitas 30 Ton TBS/Jam.
Tim Ahli Bidang Kajian Konversi Energi &
Teknologi Alat dan Mesin
PTPN XIII
2 Studi Kelayakan Pembangunan Pabrik
Kelapa Sawit (PKS) Kembayan Kapasitas 45 Ton TBS/Jam
Tim Ahli Bidang Kajian Konversi Energi &
Teknologi Alat dan Mesin
PTPN XIII
3 Studi Kelayakan Pembangunan
Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa Sawit (PLTBS) Tanjung Seumantoh Kapasitas 5 MW.
Tim Ahli Bidang Kajian Konversi Energi &
Teknologi Alat dan Mesin
PTPN I
4 Evaluasi Kinerja Pabrik Kelapa Sawit
(PKS)
Tim Ahli Bidang Kajian Konversi Energi &
Teknologi Alat dan Mesin
PTPN VIII
4 Tim Investigasi Tipikor Polda Sumut
Dalam Pemeriksaan Kredit Macet BNI di Pabrik Kelapa Sawit Mini Asahan
Anggota Bidang Kajian Teknologi Alat & Mesin
Polda Sumatera Utara
5 Tim Investigasi Tipikor Kejaksaan Negeri
Sumatera Utara Dalam Pemeriksaan Pabrik Kelapa Sawit di PTPN III.
Anggota Bidang Kajian Teknologi Alat & Mesin
Kejaksaan Tinggi Sumatera Utara
6 Tim Pengkajian Penerapan Teknologi
Revitalisasi: Boiler 320 dan Bunch Crusher
Tim Ahli Bidang Kajian Konversi
7 Studi Kelayakan Pembangunan Pabrik
Eco-Plywood Berbasis Kayu Kelapa Sawit
Kapasitas 27.500 m3
Tim Ahli Bidang Kajian Konversi Energi &
Teknologi Alat dan Mesin /thn di Tanjung
Seumantoh
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... iii
RIWAYAT HIDUP ... iv
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
DAFTAR ISTILAH ... xv
1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Perumusan Masalah ... 5
1.3. Tujuan Penelitian ... 6
1.4. Pembatasan Penelitian ... 7
1.5. Manfaat Penelitian ... 9
2. TINJAUAN KEPUSTAKAAN 2.1. Klasifikasi Bahan Bakar ... 11
2.2. Biomassa dari Produk Samping Pabrik Kelapa Sawit ... 12
2.3. Proses Pembakaran ... 14
2.1.1. Analisis Proximate ... 17
2.1.2. Analisis Ultimate ... 20
2.4. Perbandingan Udara Bahan Bakar (Air Fuel Ratio) ... 23
2.4.1. Perbandingan Udara Bahan Bakar Teoretis ... 23
2.4.2. Perbandingan Udara Bahan Bakar Aktual ... 23
2.5. Proses Pembakaran Pada Tungku Pembakaran Fixed-bed ... 25
2.6. Kinetika Reaksi Pembakaran ... 29
2.7. Rencana Penelitian ... 31
3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu ... 34
3.3. Pendekatan Metode ... 35
3.4. Disain Penelitian ... 39
3.5. Variabel Penelitian ... 39
3.6. Teknik Sampling dan Analisis Data ... 40
3.6.1. Teknik Sampling ... 40
3.6.2. Analisis Data ... 42
3.7. Set-up Gas Analyzer ... 43
4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Kharakteristik Pembakaran Bahan Bakar Serat Sawit (Mesocarp) ... 45
4.2. Pengaruh Rasio Udara Pembakaran Antara Udara Primer dan Udara Sekunder Terhadap Suhu Pembakaran ... 53
4.3. Pengaruh Rasio Udara Pembakaran Antara Udara Primer dan Udara Sekunder Terhadap Efisiensi Pembakaran ... 53
5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 63
5.2. Saran ... 66
DAFTAR KEPUSTAKAAN ... 67
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Karakteristik Bahan Bakar Biomassa Dari Limbah Padat
Kelapa Sawit ... 19
Tabel 3.1. Jarak Pemasangan Thermocouple ... 38
Tabel 3.2. Disain Penelitian ... 39
Tabel 3.3. Variabel yang Dilibatkan Dalam Penelitian ... 40
Tabel 3.4. Estimasi Lama Waktu Sampling Emisi Gas Buang Per Data Sampling ... 41
Tabel 4.1. Data Nilai Energi Aktivasi dan Faktor Pre-Eksponensial Proses Pirolisis ... 50
Tabel 4.2. Pengolahan Data Hasil Uji Analisis Deskriptif Suhu Pembakaran ... 55
Tabel 4.3. Pengolahan Data Hasil Uji One Way-Anova Suhu Pembakaran ... 55
Tabel 4.4. Laju Reaksi Pembakaran Berdasarkan Suhu Pembakaran di Reaktor ... 57
Tabel 4.5. Data Hasil Uji Analisis Deskripsi Efisiensi Pembakaran Bruto ... 60
Tabel 4.6. Data Hasil Uji One Way-Anova Efisiensi Pembakaran Bruto ... 60
Tabel 4.7. Efisiensi dan Suhu Pembakaran Berdasarkan Rasio Udara Pembakaran ... 61
Tabel L1. Spesifikasi Gas Analyzer ... 73
Tabel L2. Data Kadar Air Rata-Rata Bahan Bakar Serat Sawit ... 75
Tabel L3. Nilai K4 Untuk Berbagai Jenis Bahan Bakar ... 83
Tabel L4. Bukaan Area Grate Untuk Reaktor Fixed-bed Kapasitas Kecil ... 90
Tabel L5. Bukaan Area Grate Untuk Reaktor Fixed-bed Kapasitas Kecil ... 90
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1. Bahan Bakar Serat Buah Kelapa Sawit Keluar
Dari Mesin Screw Press ... 1
Gambar 1.2. Emisi Pembakaran dari Boiler Pabrik Kelapa Sawit ... 2
Gambar 1.3. Skema Proses Pembakaran Pada Biomassa ... 3
Gambar 2.1. Pengumpanan Bahan Bakar PadaReaktor Fixed-bed ... 26
Gambar 2.2. Jenis Grate Pada Reaktor Pembakaran Fixed-bed ... 26
Gambar 2.3. Metode Pengumpanan Bahan Bakar pada Reaktor Fixed-bed ... 26
Gambar 2.4. Hubungan Antara Udara Pembakaran dan Tebal Tumpukan Bahan Terhadap Pembentukan Emisi Gas Karbon ... 28
Gambar 2.5. Kurva Hubungan Antara ln [dY/dt] dengan 1/T ... 30
Gambar 2.6. Kerangka Konsep Penelitian ... 34
Gambar 3.1. Reaktor Pembakaran Jenis Fixed-Bed beserta Instrumennya ... 36
Gambar 3.2. Metode sampling emisigas buang ... 41
Gambar 4.1. Grafik Kharakteristik Pembakaran Mesocarp ... 48
Gambar 4.2. Kurva Hubungan Antara ln [dY/dt] dengan 1/T ... 51
Gambar 4.3. Hubungan Antara Rasio Udara Pembakaran Terhadap Suhu Pembakaran ... 54
Gambar 4.4. Hubungan Antara Suhu Pembakaran Dengan Laju Reaksi ... 58
Gambar 4.5. Hubungan Antara Rasio Udara Pembakaran Terhadap Efisiensi Bruto ... 59
Gambar 4.6. Hubungan Antara Suhu Pembakaran Dengan Efisiensi Pembakaran Bruto ... 62
Gambar L1. Gas Analyzer Merk Kane May Tipe 9106 ... 70
Gambar L2. Komponen Perlengkapan Gas Analyzer ... 71
Gambar L3. Konektifitas Antar Perangkat Gas Analyzer ... 72
Gambar L4. Tempat Pengambilan Sampel Bahan Bakar Serat Sawit ... 74
Gambar L5. Tahap Penentuan Kadar Air Dalam Serat Sawit ... 75
Gambar L6. Set-Up Instrumen Penelitian ... 86
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Perangkat Uji Emisi Gas Buang Merk KM9106 yang Diproduksi
Oleh Keison, Chelmsford, Essex, CM1 3UP, England ... 70
Lampiran 2. Penentuan Kadar Air Pada Serat Buah Sawit (Mesocarp) ... 74
Lampiran 3. Penentuan Jumlah Udara pembakaran ... 76
Lampiran 4. Analisis Pembakaran ... 79
Lampiran 5. Disain Reaktor Pembakaran Fixed-Bed ... 86
Lampiran 6. Data Mentah dan Data Olah Hasil Eksperimen ... 92
Lampiran 7. Menentukan Energi Aktivasi dan Faktor Pre-eksponensial ... 106
DAFTAR ISTILAH
Simbol Arti
A Udara Pembakaran (%)
A Faktor pre-eksponensial (%/s)
A grate Luas permukaan grate (mm2
C Jumlah karbon di dalam bahan bakar serat sawit (%)
)
Cb Massa karbon yang sebenarnya terbakar per satuan massa bahan bakar
Cr Fraksi massa bahan bakar karbon yang tak terbakar di dalam sisa
Ca Fraksi massa karbon dari analisis ultimasi begitu terbakar
CO2 Karbon dioksida
CO2 Maks Jumlah karbon dioksida teoritis (CO2) (%)
d Angka perbandingan udara bahan bakar teoretis
DFGL Kerugian pada gas buang kering (%)
dt Perubahan waktu (dt)
dY Penurunan fraksi massa
e Bilangan natural (2,72)
E Energi aktifasi bahan (J/mol)
EP Efficiency of Combustion (%)
F Bahan bakar
F/A Rasio bahan bakar per udara
GCV Nilai kotor kalor bahan bakar (Gross calorific value)
GHV Nilai kotor panas bahan bakar (Gross heating value)
Grate load Beban grate
H Kandungan hidrogen di dalam bahan bakar (%)
HHV Nilai tinggi kalor bahan bakar (Higher heating value)
H2O Persentase kandungan air di dalam bahan bakar serat sawit (%)
H2 Persentase kandungan hidrogen di dalam serat sawit (%)
K1n Konstanta nilai kalor bahan bakar dengan basis perhitungan LHV
K1g Konstanta nilai kalor bahan bakar dengan basis perhitungan LHV
K2 Max CO2 teoritis (%)
K3 Kerugian panas akibat kandungan air (%)
K4 Merupakan persentase kerugian karbon yang tidak terbakar (%)
LHV Nilai rendah kalor bahan bakar (Lower heating value)
λ Lambda Rasio antara udara dan bahan bakar
mi Massa awal
m(t) Massa yang berubah terhadap waktu
•
N Kandungan nitrogen di dalam bahan bakar (%)
Nf Fraksi massa nitrogen dalam bahan bakar (dari analisis ultimasi)
NCV Nilai bersih kalor bahan bakar (Net calorific value)
NHV Nilai bersih panas bahan bakar (Net heating value)
O2 Kandungan oksigen di dalam bahan bakar (%)
O2m
p Angka perbandingan udara bahan bakar aktual
Jumlah oksigen yang diukur didalam gas buang (%)
ρ Densitas udara (kg/m3
Qnet Nilai kalor rendah bahan bakar serat sawit (kJ/kg)
)
Qg Nilai kalor tinggi bahan bakar serat sawit (kJ/kg)
Rumus K4 di dasarkan pada nilai pembakaran tinggi (Qgr) suatu bahan bakar. Untuk memperoleh nilai ”kerugian” berdasarkan nilai
R Konstanta gas (8,31 J/mol K)
S Kandungan sulfur di dalam bahan bakar (%)
SO2 Sulfur dioksida
T Suhu pembakaran (K)
Tf Temperatur gas buang (O
Ti Temperatur udara pembakaran masuk reaktor (
C)
O
Tnet Temperatur sebenarnya (OC)
C)
UF Kerugian karbon yang tak terbakar (%)
Uog Jumlah udara pembakaran (kg udara/kg bahan bakar)
Uov Jumlah udara pembakaran (Nm3 udara/kg bahan bakar)
Uog Jumlah udara pembakaran (kg udara/kg bahan bakar)
V Volume aliran udara (m3/s)
Wa Jumlah udara pembakaran (kg udara)
WL Kerugian akibat kandungan air (%)
Wserat Jumlah bahan bakar yang dibakar (kg)
Y Fraksi massa = m(t)/mi
Perbandingan antara bahan bakar dan udara teoritis
aktual
ABSTRAK
Kajian tentang proses pembakaran serat buah kelapa sawit (mesocarp) skala laboratorium telah dilakukan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi rasio persentase udara pembakaran antara udara primer (PA) dan udara sekunder (SA) terhadap kualitas pembakaran serat buah kelapa sawit. Secara berurutan perbandingan udara pembakaran (PA:SA) divariasikan pada rasio (20:80), (35:65), (50:50), (65:35) dan (80:20). Kegiatan eksperimen dilakukan dengan
menggunakan reaktor pembakaran fixed-bed. Pengontrolan variasi laju aliran udara
pembakaran menggunakan anemometer, pengukuran suhu digunakan thermocouple
tipe K, dan pengukuran emisi gas buang digunakan gas analyzer. Hasil karakteristik
pembakaran mesocarp dengan metode thermogravimetry (TGA) pada heat flow
5OC/menit menunjukkan bahwa proses pengeringan serat dari kadar air berlangsung
hingga suhu 168 OC, proses devolatilisasi pada suhu 298 OC dan pembakaran arang
terjadi pada suhu 311 OC. Energi aktivasi proses pembakaran mesocarp sebesar 17
kJ/mol•K dengan nilai faktor pre-eksponensial 9,40 mg/s. Berdasarkan hasil eksperimen diketahui bahwa ada pengaruh cukup signifikan pengaturan jumlah rasio udara pembakaran antara udara primer dan udara sekunder terhadap suhu dan efisiensi pembakaran.
Kata Kunci: rasio udara, udara pembakaran, biomasa, serat, udara primer, udara
ABSTRACT
Study of the oil palm fiber (mesocarp) combustion process in the laboratory scale has been conducting. The purpose of this research was to known the effect of various combustion air ratio between primary air (PA) and secondary air (SA) to combustion qualities of mesocarp. The ratio of combustion air (PA:SA) were variated at (20:80), (35:65), (50:50), (65:35) and (80:20). The research experimental was conducted using by a fixed bed reactor. The Controlling of combustion air flow rate using by the anemometer, to measure temperature using by thermocouple, and to measure gas emission using by the gas analyzer. The result of mesocarp combustion characteristics with thermo gravimetry analysis (TGA) method at heat flow 5 OC/min shown that the drying process (release H2O in the mesocarp) take place at 168 OC. The final
devolatilization of mesocarp occurs at 298 OC and the char burnout take place 311
O
C. The activation energy of mesocarp combustion around 16,13 kJ/mol•K and the pre-exponential factor around 9,43 mg/s. Based on the results of experiments known that there are significant influences the setting of combustion air ratio of primary air and secondary air to the combustion efficiency and temperature.
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Serat buah kelapa sawit (mesocarp), seperti ditunjukkan pada Gambar 1.1
yang diperoleh dari proses ekstraksi minyak sawit pada mesin screw press seluruhnya
digunakan sebagai bahan bakar utama di boiler pabrik kelapa sawit (PKS). Energi
panas yang dilepaskan dari pembakaran mesocarp di ruang pembakaran boiler
tersebut digunakan untuk merubah fase air menjadi uap (steam). Uap panas latent
bertekanan 21 kg/cm2 dengan suhu sekitar 260 OC yang diproduksi oleh boiler
digunakan untuk memutar turbin uap guna menggerakkan generator listrik untuk
keperluan penyediaan energi listrik di pabrik. Keluaran uap jenuh dari turbin uap
bertekanan 3 kg/cm2 dengan suhu sekitar 130 OC digunakan untuk keperluan proses
produksi di unit pengolahan (Guthrie Plantation and Agriculture service, 1995).
Gambar 1.1. Bahan Bakar Serat Buah Kelapa Sawit Keluar Dari Mesin Screw Press
Pada beberapa pabrik yang memiliki unit konversi energi dengan efisiensi
tinggi tidak diperlukan lagi bahan bakar tambahan. Namun, pada beberapa PKS
dengan efisiensi pembakaran rendah diperlukan bahan bakar tambahan berupa
cangkang kelapa sawit (shell) antara 20% - 30% dari jumlah total cangkang yang
tersedia di pabrik. Proses pembakaran yang berlangsung dengan kondisi tidak komplit
(masih terdapat unsur bahan bakar di dalam gas buang) dapat menurunkan efisiensi
pembakaran yang diindikasikan dengan hilangnya bahan bakar (dalam bentuk gas)
yang ikut keluar bersama gas buang. Bahan bakar yang tidak terbakar dan ikut keluar
bersama gas buang melalui cerobong asap tersebut dapat diidentifikasi dengan
munculnya asap berwarna hitam atau putih pekat selama proses pembakaran
berlangsung seperti ditunjukkan Gambar 1.2.
Pada umumnya, faktor penyebab utama kualitas pembakaran bahan bakar
mengalami penurunan cukup signifikan disebabkan oleh proses pencampuran antara
udara pembakaran (oksidator) dengan bahan bakar di dalam ruang pembakaran tidak
berlangsung dengan baik (Culp, 1991).
Aliran udara pembakaran pada ruang pembakaran boiler di pabrik kelapa
sawit (PKS) dibagi menjadi dua aliran, yaitu udara primer (primary air) dan udara
sekunder (secondary air). Udara primer (PA) yang dialirkan dari bagian bawah
tungku pem-bakaran (grate) berfungsi untuk mengoksidasi fixed carbon dan
mendinginkan grate. Sedangkan udara sekunder (SA) yang dialirkan pada bagian atas
grate atau bahan bakar berfungsi untuk mengoksidasi unsur volatile matter (Hallett,
2005).
Gambar 1.3. Skema Proses Pembakaran Pada Biomassa
Gambar 1, menunjukkan proses oksidasi bahan bakar padat di atas tungku
ditemui di boiler PKS. Pada awalnya, proses dekomposisi bahan bakar dimulai dari
tahap pengeringan (drying) kadar air (H2O) pada suhu antara 100 OC – 200 OC. Tahap
kedua, proses devolatilisasi (devolatilization) yang merupakan proses pelepasan
senyawa gas volatile matter pada suhu antara 280 OC – 400 OC (Hagge, 2006). Tahap
ketiga, proses pembakaran fixed carbon yang menghasilkan gas CO dan CO2 pada
suhu di atas 400 OC. Terakhir, proses degradasi kandungan mineral bahan bakar
menjadi abu (ash forming) pada suhu sekitar 1000 OC (Ragland, 1991).
Sebagaimana diketahui bahwa biomasa memiliki kandungan unsur volatile
matter lebih tinggi (sekitar 65%) dari pada unsur fixed carbon (De Souza and Santos,
2004). Ini artinya bahwa pada saat proses oksidasi bahan bakar biomassa, komponen
volatil yang terbentuk jumlahnya relatif lebih banyak yang terurai menjadi gas
(sekitar 65%) dibanding kandungan fixed karbon sehingga diperlukan jumlah udara
pembakaran yang tepat pada masing-masing saluran udara (udara primer dan
sekunder) untuk mengoksidasinya agar diperoleh proses pembakaran dengan efisiensi
yang relatif tinggi.
Sampai dengan saat ini, belum ada aturan baku mengenai jumlah persentase
rasio udara pembakaran antara saluran udara primer (PA) dan udara sekunder (SA),
terutama pada proses pembakaran bahan bakar biomassa serat buah kelapa sawit.
Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah mencari rasio udara pembakaran
yang tepat antara udara primer (PA) dan udara sekunder (SA) agar diperoleh efisiensi
pembakaran serat buah kelapa sawit melalui pengaturan jumlah rasio udara
pembakaran antara udara primer dan udara sekunder.
1.2. Perumusan Masalah
Secara aktual, efisiensi proses pembakaran pada bahan bakar padat (biomass)
dipengaruhi oleh 5 hal yaitu, homogenitas campuran reaktan, ketersedian udara yang
cukup, suhu pembakaran yang cukup, waktu yang cukup untuk berlangsungnya
reaksi, dan densitas bahan bakar (Culp, 1991). Sejalan dengan latar belakang masalah
seperti telah diuraikan pada sub bab 1.1 dan dengan mempertimbangkan kompleksitas
permasalahan pada proses pembakaran yang banyak melibatkan parameter dan
variabel penelitian, maka perlu diberikan batasan masalah secara jelas dan terfokus.
Untuk itu, pada kegiatan riset ini variabel yang digunakan sebagai prediktor
penentu efisiensi proses pembakaran adalah jumlah rasio udara pembakaran antara
udara primer dan udara sekunder. Penentuan efisiensi pembakaran dilakukan dengan
mempertimbangkan faktor kehilangan kalor pada gas buang kering (dry flue gas loss)
dan faktor kehilangan kalor pada gas buang dalam kondisi basah (wet loss). Dimana,
faktor kehilangan kalor pada gas buang kering (dry flue gas loss) ditentukan oleh
parameter nilai kalor rendah bahan bakar (Low Heating Value), kadar CO2 teoritis,
kadar oksigen di dalam gas buang, dan suhu gas buang. Sementara itu, faktor
kehilangan kalor pada gas buang basah (wet loss) ditentukan oleh parameter kerugian
panas akibat kandungan air dan suhu gas buang. Selain itu, juga akan dicari pengaruh
suhu di dalam reaktor pembakaran. Hal ini mengingat bahwa suhu pembakaran dapat
mempengaruhi efisiensi proses pembakaran (Culp, 1991).
Berdasarkan batasan masalah seperti telah diuraikan sebelumnya, maka
masalah yang menjadi obyek penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut:
1. Bagaimanakah kharakteristik pembakaran bahan bakar serat sawit (mesocarp)?
2. Apakah ada pengaruh yang cukup signifikan jumlah rasio udara pembakaran
antara udara primer dan udara sekunder terhadap suhu di dalam reaktor
pembakaran?
3. Apakah ada pengaruh yang cukup signifikan jumlah rasio udara pembakaran
antara udara primer dan udara sekunder terhadap efisiensi proses pembakaran?
1.3. Tujuan Penelitian
Sejalan dengan rumusan masalah yang telah dirinci sebelumnya, tujuan yang
ingin dicapai dalam kegiatan riset ini adalah untuk mengetahui:
1. Kharakteristik pembakaran bahan bakar serat sawit (mesocarp)
2. Pengaruh jumlah rasio udara pembakaran antara udara primer dan udara
sekunder terhadap suhu di dalam reaktor pembakaran.
3. Pengaruh jumlah rasio udara pembakaran antara udara primer dan udara
1.4. Pembatasan Penelitian
Kegiatan riset yang dilakukan ini sifatnya eksperimental. Oleh karena itu
perlu dilakukan pembatasan dalam kegiatan penelitian ini antara lain;
1. Bahan bakar serat buah kelapa sawit (serabut) yang digunakan untuk kegiatan
eksperimen diambil dari Pabrik Kelapa Sawit (PKS) Adolina yang merupakan
salah satu unit usaha PT. Perkebunan Nusantara (PTPN) IV, dimana serat
tersebut diperoleh dari mesin screw press. Dengan demikian kadar air dan
kharakteristik (kandungan volatile matter dan fixed carbon) bahan bakar serat
buah kelapa sawit yang digunakan sebagai dasar perhitungan di dalam penelitian
ini mengacu pada hasil kharakterisasi bahan bakar di PKS Adolina.
2. Reaktor pembakaran yang digunakan untuk proses pembakaran serat buah kelapa
sawit pada saat eksperimen menggunakan reaktor pembakaran jenis fixed bed
dengan mengikuti disain reaktor Sheffield University Waste Incereration Center
(SUWIC) tanpa menghitung proses perpindahan panas yang terjadi pada reaktor
tersebut.
3. Proses pemasukan bahan bakar untuk setiap kali eksperimen dilakukan dengan
cara memasukkannya melalui bagian atas reaktor dengan terlebih dahulu
membuka penutup bagian atas reaktor dan setelah itu menutupnya kembali secara
4. Jumlah kadar air yang digunakan sebagai dasar acuan untuk perhitungan kadar
air di dalam bahan bakar serat ditentukan pada saat awal saja, sedangkan pada
setiap eksperimen tidak dilakukan pengukuran kadar air.
5. Untuk menentukan suhu pembakaran di dalam reaktor digunakan thermocouple
yang dipasang pada tumpukan bahan bakar, bagian tengah reaktor dan pada
saluran gas buang.
6. Untuk menentukan efisiensi pembakaran dilakukan dengan mempertimbangkan
faktor kehilangan kalor pada gas buang kering (dry flue gas loss) dan faktor
kehilangan kalor pada gas buang basah (wet loss). Dimana, faktor kehilangan
kalor pada gas buang kering (dry flue gas loss) ditentukan oleh parameter nilai
kalor rendah bahan bakar (Low Heating Value), kadar CO2 teoritis, kadar
oksigen di dalam gas buang dan suhu gas buang. Sementara itu, faktor
kehilangan kalor pada gas buang basah (wet loss) ditentukan oleh parameter
kerugian panas akibat kandungan air dan suhu gas buang.
7. Jumlah rasio persentase udara pembakaran antara udara primer (PA) dan udara
sekunder (SA) dalam penelitian ini diatur dengan ketentuan (PA:SA) secara
berurutan adalah (20:80), (35:65), (50:50), (65:35), dan (80:20). Dimana, rasio
(65:35) digunakan sebagai kontrol karena rasio inilah yang sering digunakan di
1.5. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat bagi pihak-pihak yang
terkait dalam pengembangan daya saing industri hilir kelapa sawit, pemerhati energi
dan pemerhati lingkungan. Secara rinci manfaat dari kegiatan riset ini dapat
dijabarkan sebagai berikut:
1.5.1. Bagi Pengguna (User)
Data dan informasi yang dihasilkan dari kegiatan riset ini dapat digunakan
sebagai bahan referensi yang bersifat teknis dalam upaya untuk:
1. Konservasi energi di pabrik kelapa sawit (PKS).
2. Mengatur jumlah persentase rasio udara pembakaran yang tepat antara udara
primer dan udara sekunder.
3. Meningkatkan efisiensi proses pembakaran bahan bakar biomassa.
4. Mengurangi dampak penurunan kualitas lingkungan yang diakibatkan oleh
ketidaksempurnaan proses pembakaran yang terjadi di dalam reaktor pembakaran
boiler pabrik kelapa sawit.
1.5.2. Bagi Produsen Boiler
Data dan informasi yang diperoleh dari kegiatan riset ini dapat digunakan
sebagai bahan masukan yang bersifat teknis dalam rangka mengatur udara
1.5.3. Bagi Kalangan Akademisi, Pemerintah dan Institusi Riset
Data dan informasi yang diperoleh dari kegiatan riset ini dapat digunakan
sebagai bahan referensi dalam menambah khasanah Iptek dan pengembangan
ilmu-ilmu terapan dalam bidang konversi energi terutama dalam bidang proses
pembakaran bahan bakar biomassa. Selain itu, hasil penelitian ini juga diharapkan
dapat dijadikan sebagai masukan awal dalam tindakan yang bersifat teknis dalam
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Klasifikasi Bahan Bakar
Bahan bakar merupakan suatu materi di mana apabila dipanaskan pada suhu
tertentu disertai oksidasi dengan oksigen (O2) akan terjadi proses pembakaran.
Produk hasil proses pembakaran ada tiga, yaitu; radiasi panas, emisi gas buang dan
abu. Berdasarkan formasi dan proses pembentukannya bahan bakar dapat
diklasifikasikan menjadi beberapa macam, antara lain;
1. Berdasarkan materi pembentuknya, bahan bakar dapat diklasifikasikan menjadi
dua, yaitu:
a. Bahan bakar berbasis bahan organik, yang terdiri dari:
• Bahan bakar fosil, misalnya: batubara, minyak bumi dan gas bumi.
• Bahan bakar terbarukan (biofuel), misalnya; biomassa, biogas,
biodiesel, bioetanol yang berbasis pada minyak nabati dan hewani.
Bahan bakar organik tersusun dari unsur-unsur karbon (C), hidrogen (H),
nitrogen (N), oksigen (O), sulfur (S), dan lain-lain dalam jumlah kecil. Dari
beberapa unsur kimia pembentuk bahan bakar tersebut, unsur C, H, dan S
b. Bahan bakar nuklir, misalnya;uranium dan plutonium. Energi yang
dihasilkan dari reaksi rantai penguraian atom-atom melalui peristiwa
peluruhan radioaktif.
2. Berdasarkan wujudnya, bahan bakar dibagi menjadi tiga, yaitu; Bahan bakar
padat, bahan bakar cair, dan Bahan bakar gas.
3. Berdasarkan proses pembentukannya, bahan bakar dibagi menjadi dua, yaitu;
Bahan bakar alamiah dan bahan bakar non-alamiah.
2.2. Biomassa dari Produk Samping Pabrik Kelapa Sawit
Biomassa merupakan bahan bakar organik yang terbentuk dari zat-zat organik
yang disusun oleh tumbuhan melalui proses fotosintesis (dengan bantuan energi
matahari). Biasanya bahan bakar jenis ini diklasifikasikan ke dalam bahan bakar
padat yang memiliki unsur kimia 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. Salah satu bahan bakar
padat alternatif yang digunakan sebagai sumber energi adalah biomassa.
Biomassa merupakan materi turunan organisme hidup seperti
tumbuh-tumbuhan. Sebagai contoh pupuk, sampah, dan serbuk gergaji, yang semuanya itu
merupakan sumber biomassa. Biomassa merupakan sumber energi terbarukan yang
meliputi banyak karbon yang tidak sama dengan sumber-sumber alamiah lain seperti
Biomassa sawit termasuk dalam kategori bahan bakar padat yang
mengandung dua komponen utama, yaitu; komponen dapat terbakar (combustible)
dan komponen tak dapat dibakar (uncombustible). Komponen dasar yang tak dapat
terbakar adalah air (water) dan abu (ash) dan bahan yang dapat dibakar adalah gas
dan karbon. Perbedaan utama antara biomassa dengan batu bara adalah bahwa
kandungan volatile matter pada biomassa relatif lebih banyak dibanding batu bara
dan kandungan abu pada biomassa lebih sedikit dibanding batu bara.
Dalam penelitian ini biomassa yang digunakan sebagai bahan bakar adalah
serat buah kelapa sawit (mesocarp). Serat buah sawit merupakan limbah padat dari
industri pengolahan kelapa sawit. Persentase serat buah sawit dalam satu ton tandan
buah segar (TBS) yang diolah sekitar 18% (Guthrie Plantation and Agriculture
service, 1995)
Seperti diketahui bahwa untuk membangkitkan uap guna mendukung kegiatan
proses produksi di pabrik kelapa sawit (PKS) diperlukan sejumlah energi yang
diperoleh dari proses pembakaran biomassa sawit. Pada umumnya biomassa sawit
yang digunakan sebagai bahan bakar untuk keperluan tersebut adalah serat buah sawit
(mesocarp). Serat tersebut diperoleh dari mesin screw press setelah buah sawit
mengalami proses pengempaan. Menurut kharakteristiknya, biomassa serat buah
sawit memiliki kadar air antara 30–50% dengan nilai kalor 4.278 Cal/gr (17.911,13
kJ/kg) dan kandungan volatile matter (VM) sekitar 71,47% serta kandungan karbon
2.3. Proses Pembakaran
Pembakaran merupakan reaksi kimia cepat antara oksigen dan bahan bakar
pada suhu tertentu, yang disertai pelepasan suatu kalor. Berdasarkan kondisinya,
pembakaran dibagi menjadi tiga, yaitu; pembakaran spontan, pembakaran sempurna
dan pembakaran parsial. Sebelum proses pembakaran berlangsung, terlebih dahulu
bahan bakar dinaikkan suhunya hingga titik bakarnya tercapai (flash point).
Penguraian dan oksidasi dimulai pada suhu yang rendah ke suhu tinggi. Jika bahan
bakar mengandung unsur oksigen dan zat penguap (volatile matter) yang tinggi maka
suhu penguraian dan oksidasi akan semakin rendah.
Pada proses pembakaran biomassa, 80% energi yang dilepaskan dalam bentuk
gas yang mudah terbakar dan sisanya dalam bentuk karbon. Oleh karena itu, selama
proses pembakaran sangat penting untuk mempertahankan agar oksigen dapat selalu
dijaga dalam kontak dengan bahan bakar dan gas-gas yang terbentuk ketika
pembakaran berlangsung pada suhu penyalaannya. Kontak yang baik antara bahan
bakar dengan oksigen akan menghasilkan proses pembakaran secara cepat dan
komplit, sehingga diperoleh efisiensi pembakaran yang relatif tinggi.
Jika bahan bakar dalam bentuk gas, maka pencampuran reaktan (oksigen dan
bahan bakar) dapat dicapai secara optimal karena substansi gas-gas tersebut dapat
dengan mudah dicampur secara cepat dan tepat sesuai dengan rasio kebutuhan udara
yang diperlukan. Proses pembakarannya pun mungkin dapat terjadi secara cepat, dan
pengurangan bahan bakar maupun oksigen yang diperlukan. Supaya proses
pembakaran bahan bakar biomassa juga dalam situasi yang sama dengan proses
pembakaran gas alam, maka bahan bakar biomassa yang dioksidasi perlu direduksi
ukurannya menjadi partikel-partikel lebih kecil dari kondisi awalnya.
Proses pembakaran pada bahan bakar pada pada umumnya dibagai menjadi 3
tahap, antara lain;
1. Proses pengeringan
2. Proses devolatilisasi
3. Proses pembakaran karbon
Pada saat biomasa dipanasi, kandungan air di dalam bahan bakar sedikit demi
sedikit mulai menguap pada suhu antara 90 – 100 OC. Kandungan air yang dilepaskan
dari bahan bakar biomasa tersebut kemudian mengalir keluar bersama dengan gas
buang melalui cerobong. Pada suhu antara 140 – 400 OC terjadi proses devolatilisasi
yang akan melepaskan gas-gas pembentuk unsur biomassa (volatile). Gas-gas
tersebut kemudian dioksidasi dengan udara sekunder dan akan melepaskan kalor
hingga suhunya mencapai 800 – 1.026 OC (De Souza and Santos, 2004). Proses
pembakaran tersebut terjadi secara sinambung mengikuti ketiga reaksi di atas.
Sebagaimana diketahui bahwa pembakaran adalah proses oksidasi dimana
oksigen diberikan dengan mengikuti rasio udara berlebih terhadap massa bahan bakar
agar diperoleh reaksi pembakaran yang komplit. Reaksi utama dari proses
pembakaran antara karbon dengan oksigen akan membentuk karbon monoksida (CO)
memiliki temperatur rendah. Oksidasi karbon monoksida ke karbon dioksida hanya
dapat terbentuk jika memiliki sejumlah oksigen yang seimbang. Kandungan CO yang
tinggi mengindikasikan proses pembakaran tidak komplit dan ini harus seminimal
mungkin dihindari, karena:
a. CO adalah gas yang dapat dibakar. Kandungan CO yang tinggi akan
menghasilkan efisiensi pembakaran yang rendah
b. Dapat menyebabkan gangguan bau (odour)
c. Bila konsentrasi gas CO sangat tinggi mempunyai resiko yang tinggi bagi
makhuk hidup dan lingkungan sekitarnya.
Emisi gas CO2 di atmosfer sangat problematik, sejak kehadiran CO2 menjadi
pertimbangan utama dalam kasus efek pemanasan global maka keberadaan CO2 saat
ini mulai dipertimbangkan lagi. Selama proses pembakaran bahan bakar biomasa gas
CO2 yang dikeluarkan akan segera diikat kembali oleh tanaman selama proses
pertumbuhannya berlangsung. Hal ini dapat terjadi karena CO2 yang dihasilkan dari
proses pembakaran biomasa adalah CO2 netral berbeda dengan bahan bakar fosil.
Selama proses pembakaran biomassa juga akan menghasilkan gas metan
(CH4) yang merupakan komponen dasar dari gas alam. CH4 mempunyai kontribusi
yang besar terhadap efek pemanasan global, bahkan lebih kuat 21 kali dari pada CO2.
Keberadaan CH4 di atmosfer dapat mencapai jangka waktu 12 tahun sebelum
akhirnya terdegradasi secara alami. Beberapa gas lainnya juga akan dihasilkan dari
nitrogen, yaitu; NO, N2O, dan NO2. Pada beberapa literatur menyebutkan bahwa
jumlah oksida nitrogen diperoleh dari dua sumber, yaitu; panas dan udara.
Untuk mendapatkan proses pembakaran secara komplit diperlukan sejumlah
udara pembakaran yang cukup untuk mengoksidasi unsur-unsur pembentuk biomassa.
Jumlah kebutuhan udara untuk keperluan oksidasi bahan bakar biomassa dapat
ditentukan berdasarkan persentase kandungan unsur-unsur pembentuknya. Komposisi
unsur senyawa bahan bakar dapat diketahui melalui analisis proksimasi (analisis
pendekatan) dan analisis ultimasi (analisis tuntas).
2.3.1. Analisis Proksimasi (Proximate)
Analisa ini dilakukan pada bahan bakar padat yang didasarkan pada sifatnya
yang dapat/ mudah menguap atau membentuk gas (volatile), yaitu:
a. Fixed carbon
Merupakan bahan bakar padat yang tertinggal dalam reaktor pembakaran
setelah bahan yang mudah menguap didestilasi. Kandungan utamanya adalah
karbon tetapi juga mengandung hidrogen, oksigen, sulfur dan nitrogen yang
tidak terbawa gas. Fixed carbon memberikan perkiraan kasar terhadap nilai
panas bahan bakar.
b. Volatile matter
Bahan yang mudah menguap dalam bahan bakar seperti; metan, hidrokarbon,
hidrogen, karbon monoksida, dan gas-gas yang tidak mudah terbakar (karbon
kandungan bahan bakar bentuk gas di dalam bahan bakar. Kandungan bahan
yang mudah menguap pada biomasa berkisar antara 60 – 80 %. Hal inilah
menjadi alasan utama mengapa arang di dalam karung terlihat lebih ringan bila
dibandingkan dengan volume yang tampak. Arang karbon mempunyai volume
asli yang lebih ringan dari pada biomasa dalam keadaan normal (sebelum
dibakar). Ini dapat terjadi karena 80 % dari pembentuknya (volatile matter)
telah hilang terdevolatilisasi pada saat proses gasifikasi. Kandungan volatile
yang tinggi pada bahan bakar menandakan bahwa jumlah persentase udara
pembakaran secara umum harus lebih banyak diberikan pada bagian atas
tumpukan bahan bakar (secondary air), dimana gas-gas yang telah
terdevolatilisasi tersebut akan dibakar, dan tidak di bawah tumpukan bahan
bakar (primary air).
c. Kadar abu
Abu merupakan kotoran yang tidak akan terbakar. Kandungan abu pada bahan
bakar biomasa relatif lebih sedikit dibandingkan dengan bahan bakar batu
bara, yaitu; berkisar antara 1 % - 6 %. Bahan bakar biomasa juga mengandung
kadar garam yang mempunyai peranan penting dalam proses pembakaran.
Kandungan utamanya adalah potassium (K) dan sebagian sodium (Na), di
mana kandungan garam dasar tersebut menghasilkan abu yang bersifat
lengket. Hal ini yang biasanya banyak ditemui pada beberapa kasus pada
d. Kadar air
Kandungan air yang tinggi di dalam bahan bakar biomasa dapat menurunkan
efisiensi proses pembakaran dan menurunkan kandungan panas per kg bahan
bakar.
Berdasarkan hasil analisis proksimasi dan ultimasi, karakteristik bahan bakar
biomassa dari limbah padat pengolahan kelapa sawit disajikan seperti tampak pada
Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Karakteristik Bahan Bakar Biomassa dari Limbah Padat Kelapa Sawit
Parameter Analisis
Standard Acuan : International Standard / ASTM Tandan Kosong
Sawit
Serat Cangkang
2.3.2. Analisis Ultimasi (Ultimate)
Analisis ini bertujuan untuk menentukan berbagai macam unsur kimia seperti
karbon, hidrogen, oksigen, sulfur, dll. Analisis ini berguna dalam penentuan jumlah
udara yang diperlukan untuk pembakaran dan menentukan volume gas pembakaran.
Informasi ini diperlukan untuk perhitngan suhu nyala dan perancangan saluran gas
buang dan lain-lain. Data analisis ini meliputi:
a. Karbon (C).
b. Hidrogen (H).
c. Nitrogen (N)
d. Oksigen (O), dan
e. Sulfur (S).
Setelah dilakukan analisis, maka dapat dihitung jumlah udara pembakar yang
dibutuhkan untuk melakukan pembakaran sempurna. Perhitungan ini dapat dihitung
melalui pendekatan stoikiometri. Air Fuel Ratio (AFR) merupakan perbandingan
massa udara yang ada selama proses pembakaran. Ketika semua bahan bakar
bergabung dengan udara bebas, campuran tersebut berdasarkan reaksi kimia
setimbang dan perbandingan AFR ini disebut dengan campuran stoikiometri.
Campuran stoikiometri ini dapat terjadi jika jumlah oksigen dalam campuran
tepat untuk bereaksi dengan C, H, dan S membentuk CO2, H2O dan SO2. Secara teori
sempurna dari bahan bakar yang tersedia. Namun, pada prakteknya hampir tidak
pernah tercapai, karena beberapa kondisi yang tidak ideal.
Lambda (λ) dapat digunakan sebagai suatu alternatif untuk mewakili AFR. Lambda (λ) merupakan ukuran untuk mengetahui seberapa besar stoikiometri tersebut
berperan dalam campuran. Suatu campuran dikatakan campuran kaya bahan bakar,
bila lamda (λ) >1, sedangkan campuran dikatakan kurus bahan bakar bila λ < 1.
Sementara itu, campuran dikatakan ideal atau sesuai dengan stoikiometri bila λ≈1
(Kenneth, 2005). Jika jumlah lamda sama dengan 1 maka dikatakan setimbang, jika
kurang dari 1 disebut campuran kental dan jika lebih besar dari 1 disebut campuran
miskin.
Hubungan langsung antara lambda (λ) dan stoikiometri dapat dihitung melalui harga lambda (λ) yang telah diketahui, perkalian lambda (λ) hasil pengukuran
terhadap AFR stoikiometri untuk bahan bakar yang dimaksud. Untuk memperoleh
harga lamda (λ) dari nilai (F/A), dapat dihitung melalui pembagian F/A terhadap AFR
stoikiometri. Biasanya lamda untuk bahan bakar biomassa sekitar 1,4 – 1,6
(Davidson, 2006). Persamaan reaksi ini dapat ditulis dengan:
Untuk melakukan pembakaran diperlukan kalor, besarnya kalor yang
dibutuhkan disebut dengan nilai kalor (calorific value). Jumlah nilai kalor yang
dibutuhkan oleh setiap bahan bakar berbeda-beda tergantung dari titik nyalanya (flash
poin). Nilai kalor juga dapat didefenisikan sebagai panas total yang diberikan saat
bahan bakar yang digunakan terbakar sempurna dengan oksigen bebas. Nilai kalor
dibagi menjadi dua bagian yaitu:
a. Nilai kalor atas
Nilai kalor atas disebut juga GHV (gross heating value), GCV (gross calorific
value) atau HHV (higher heating value), yaitu; kalor laten yang dihasilkan dari
uap air yang dapat digunakan untuk tujuan-tujuan yang berguna yang
ditambahkan ke dalam nilai kalor bawah. Nilai HHVdapat dicari melalui
persamaan Dulong (Muin, 1988), berikut;
HHV = 33.950C+144.200 [H2-(O2/8)]+9.400S ………..
Dimana,
HHV = Nilai kalor atas (higher heating value) (kJ/kg)
C = Kandungan karbon dalam bahan bakar (%)
H2 = Kandungan hidrogen dalam bahan bakar (%)
O2 = Kandungan oksigen dalam bahan bakar (%)
S = Kandungan sulfur dalam bahan bakar (%)
b. Nilai kalor bawah
Nilai kalor bawah disebut juga NCV (net calorific value), NHV (net heating
value) atau LHV (lower heating value), yaitu; kalor yang dihasilkan saat nilai
kalor bahan bakar ditentukan, mengingat bahwa air dalam bentuk uap. Nilai
LHVdapat dicari melalui persamaan Dulong (Muin, 1988), berikut;
LHV = HHV – 2.400 (M + 9H2) ………...
Dimana,
LHV = Nilai kalor rendah (low heating value) (kJ/kg)
HHV = Nilai kalor atas (higher heating value) (kJ/kg)
M = Kandungan air dalam bahan bakar (%)
H2 = Kandungan hidrogen dalam bahan bakar (%)
2.4. Perbandingan Udara Bahan Bakar (Air Fuel Ratio)
2.4.1. Perbandingan Udara Bahan Bakar Teoritis
Perbandingan udara bahan bakar teoritis atau stoikiometri menunjukkan
kebutuhan udara minimum untuk pembakaran sempurna suatu bahan bakar.
Perbandingan ini dapat dinyatakan dalam bentuk massa udara/massa bahan bakar,
mol udara/mol bahan bakar, ataupun dalam bentuk volume udara/volume bahan
bakar. Perbandingan ini dapat ditentukan dengan analisis ultimasi begitu terbakar.
Perbandingan ini dihitung dengan membuat kesetimbangan massa oksigen pada
reaktan dapat terbakar (karbon, hidrogen dan sulfur).
Perbandingan udara bahan bakar teoritis ditulis dengan persamaan:
232 , 0
2 yangdibutuhkandariudara perkgbahanbakar
2.4.2. Perbandingan Udara Bahan Bakar Aktual
Angka perbandingan antara udara dan bahan bakar aktual untuk suatu proses
pembakaran umumnya ditaksir dari pengukuran eksperimental komponen-komponen
gas di dalam gas buang. Gas buang dapat dianalisis dengan menggunakan peralatan
orsat. Untuk menentukan perbandingan antara udara dan bahan bakar aktual pada
waktu membakar suatu bahan bakar maka analisis ultimasi dan analisis orsat sangat
diperlukan. Setelah analisis gas buang dengan menggunakan gas analyser dan
analisis ultimasi diketahui, maka perbandingan antara udara dan bahan bakar aktual
dapat dihitung melalui persamaan:
(
)( )
Nf = Fraksi massa nitrogen dalam bahan bakar (dari analisis
ultimasi).
0,768 = Fraksi massa nitrogen dalam udara.
Harga Cb dapat dihitung melalui persamaan:
r
b C C
C = − ………...
Dimana:
C = Fraksi massa karbon dari analisis ultimasi begitu terbakar.
Cr =Fraksi massa bahan bakar karbon yang tak terbakar di dalam
sisa.
(2.5)
Secara teoretis, oksigen dan karbon monoksida tidak dapat muncul secara serempak
dalam gas buang tetapi biasanya keduanya muncul dalam proses pembakaran aktual
disebabkan oleh pencampuran tak sempurna.
Apabila angka perbandingan antara udara dan bahan bakar aktual diketahui,
maka persentase kelebihan udara dapat dihitung. Persentase kelebihan udara
ditentukan melalui persamaan:
( ) ( )
p = Angka perbandingan udara bahan bakar aktual
d = Angka perbandingan udara bahan bakar teoretis
2.5. Proses Pembakaran Pada Tungku Pembakaran Fixed-bed
Boiler di pabrik kelapa sawit, pada umumnya menggunakan tungku
pembakaran jenis fixed-bed. Pada tungku ini, distribusi bahan bakar ke dalam ruang
pembakaran dilakukan secara overfeed. Udara pembakaran dialirkan melalui dua
buah saluran udara, yaitu saluran udara primer (primary air) yang terletak di bagian
bawah grate dan saluran udara sekunder (secondary air) yang terletak pada dinding
bagian atas grate di sisi kiri dan kanan dinding.
Tungku pembakaran jenis fixed-bed merupakan tungku pembakaran biomassa
menggunakan grate dengan model alas tetap atau tidak bergerak. Di mana bahan
bakar yang akan dibakar ditumpuk di atas alas dasar (bed) tungku pembakaran
(Gambar 2.1- 2.2). Pada tungku pembakaran fixed-bed terdapat susunan logam secara
memanjang yang berfungsi sebagai alas dasar bahan bakar. Material logam yang
mempunyai lubang dengan jarak tertentu tersebut berguna untuk memasukkan udara
dari bagian bawah tungku pembakaran. Jumlah bukaan lubang udara pada alas dasar
(bed) tungku pembakaran antara 20-40 % dari total luas area grate (Woodruff, 1984).
Gambar 2.1. Pengumpanan Bahan Bakar PadaReaktor Fixed-bed.
Gambar 2.2. Jenis Grate Pada Reaktor PembakaranFixed-bed.
Proses pengumpanan bahan bakar biomassa ke dalam ruang pembakaran di
boiler dilakukan dengan 2 cara, yaitu dengan bantuan peralatan mekanis (rotary
feeder) dan operator (Gambar 2.3).
Gambar 2.3. Metode Pengumpanan Bahan Bakar pada Reaktor Fixed-bed
a) Wide grate, 1 in
b) Wide grate, 3 in
c) Coal Tupper grate
d) Sawdust grate
Di pabrik kelapa sawit, proses pengumpanan bahan bakar pada umum
dilakukan dengan kombinasi dua cara tersebut di atas, yaitu secara mekanis dan
manual. Kebanyakan prosedur pengisian bahan bakar ke dalam ruang pembakaran
dilakukan dengan mengandalkan “feeling” dari seorang operator berdasarkan
indikator tekanan presure gauge boiler. Apabila tekanan kerja boiler turun maka
diberikan umpan bahan bakar secara banyak dan apabila bahan bakar yang
diumpankan berlebih maka operator boiler yang berada di bagian bawah akan
mengeluarkan sebagian bahan bakar yang berada di dalam boiler tersebut.
Cara pengisian bahan bakar yang dilakukan tanpa mempertimbangkan aspek
stoikiometri (memenuhi prinsip kesetimbangan campuran antara bahan bakar dan
udara) dapat menurunkan efisiensi pembakaran (karena boros bahan bakar). Proses
pembakaran tidak sempurna yang diindikasikan dengan konsumsi bahan bakar yang
boros akan memberikan dampak lain yang tidak kalah penting, yaitu penurunan
kualitas lingkungan akibat peningkatan emisi pembakaran di udara.
Umpan bahan bakar yang tidak terkontrol dapat menyebabkan kelebihan
bahan bakar di dalam ruang pembakaran. Tumpukan bahan bakar yang melebihi
beban grate tersebut dapat menyebabkan bahan bakar sulit teroksidasi dengan baik
karena propagasi api menjadi lambat akibat padatnya bahan bakar. Jumlah beban
massa bahan bakar yang diumpankan ke dalam ruang bakar (grate) dapat ditentukan
dapat ditentukan melalui persamaan berikut ini (De Souza and Santos, 2004)
Grate load =
grate fuel
A HHV
Di mana:
HHV fuel : Nilai kalor tinggi bahan bakar (J/kg)
A grate : Luas permukaan grate (mm2)
Penumpukan bahan bakar yang tidak terkontrol di atas grate ditambah dengan
kandungan air yang relatif tinggi serta kurangnya pasokan udara pembakaran di
dalam ruang pembakaran merupakan suatu kombinasi yang sangat kuat dalam
menurunkan kualitas pembakaran (Hallett, 2005). Jumlah kandungan air yang
berlebihan (<20%) di dalam bahan bakar biomasa sangat berpengaruh terhadap
kenaikan volume gas buang karena dapat menurunkan temperatur nyala api
pembakaran sehingga dapat menurunkan efisiensi pembakaran. Kondisi tersebut
secara signifikan juga dapat mempengaruhi proses laju kecepatan pembentukan uap
pada pembangkit uap (boiler). Tentu saja hal ini secara makro akan menurunkan
produktivitas kerja unit proses pengolahan kelapa sawit di pabrik kelapa sawit.
Gambar 2.4, menunjukkan pengaruh ketebalan tumpukan bahan bakar dan
jumlah fluks massa udara primer terhadap tren evolusi karbon (carbon) pada saat
proses oksidasi. Gambar tersebut menunjukkan bahwa, ada pengaruh yang cukup
signifikan tebal tumpukan bahan bakar dan kecukupan pemberian udara pembakaran
terhadap produksi emisi karbon monoksida (CO) dan karbon dioksida (CO2). Ini
artinya bahwa, jumlah udara dan tebal tumpukan bahan bakar sangat memegang
peranan penting dalam proses oksidasi unsur karbon yang akan berevolusi menjadi
emisi gas CO dan CO2.
2.6. Kinetika Reaksi Pembakaran
Proses pembakaran merupakan reaksi eksotermal, dimana ketika proses
oksidasi tersebut berlangsung akan mengeluarkan sejumlah energi atau menghasilkan
sejumlah kalor dengan suhu panas tertentu. Seperti diketahui bahwa temperatur
pembakaran sangat mempengaruhi laju reaksi proses pembakaran. Berdasarkan
pengalaman empiris diketahui bahwa proses pembakaran mempunyai konstanta laju
yang mentaati persamaan Arrhenius;
RT E
Ae dt
dY = − / ……….
Di mana;
Y : Fraksi massa = m(t)/mi
mi : Massa awal
m(t) : Massa yang berubah terhadap waktu
dY : Penurunan fraksi massa
dt : Perubahan waktu (dt)
A : Faktor pre-eksponensial (%/s)
e : Bilangan natural (2,72)
E : Energi aktifasi bahan (J/mol)
R : Konstanta gas (8,31 J/mol K)
T : Suhu pembakaran (K)
Dengan demikian untuk proses pembakaran, ternyata bahwa grafik antara ln [dY/dt]
terhadap 1/T akan menghasilkan garis lurus (Gambar 2.5).
Gambar 2.5. Kurva Hubungan Antara ln [dY/dt] dengan 1/T
Energi aktivasi (E) merupakan energi minimum yang harus dimiliki reaktan
untuk membentuk suatu produk. Ketergantungan temperatur reaksi ditentukan oleh
energi aktivasi dan tingkat temperatur dari reaksi. Sebagai contoh, reaksi fase
pembentukan gas pembakaran terdapat banyak tumbukan dalam setiap detik, tetapi
hanya sebagian kecil diantaranya yang cukup berenergi untuk menghasilkan reaksi.
Fraksi tumbukan dengan energi kinetika melebihi energi aktivasi (E) yang dinyatakan
dengan distribusi Boltszmann e –E/RT. Jadi, faktor eksponensial dapat ditafsirkan
sebagai fraksi tumbukan yang mempunyai cukup energi untuk menghasilkan reaksi. Slope = −�
�
ln=
����
1
�
Energi aktivasi dalam proses pembakaran biomasa (pers. 2.9) selanjutnya
dapat diubah menjadi:
RT
Dengan melakukan pengujian di laboratorium terhadap bahan bakar dengan
metode thermogravimetry maka akan diperoleh pasangan dY/dt dan T, sehingga
dapat dibuat grafik hubungan antara ln (dY/dt) dengan 1/T. Kurva yang terbentuk
tersebut kemudian dapat dicari persamaan garis lurusnya melalui metode regresi
linear seperti pada Gambar 2.5.
Persamaan linier yang diperoleh dari hubungan kurva ln [dY/dt] dan 1/T
tersebut dimasukkan ke dalam persamaan 2.10, sehingga diperoleh persamaan 2.11.
sebagai berikut;
Dengan demikian energi aktivasi dapat diperoleh dari persamaan 2.12 berikut ini;
E = -aR ………...
Sementara itu nilai faktor pre-eksponensial (A) diperoleh dengan cara meneruskan
2.7. Rencana Penelitian
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa fokus dari kegiatan riset ini adalah
melakukan kajian tentang pengaruh rasio udara pembakaran antara udara primer dan
sekunder terhadap efisiensi proses pembakaran serat buah sawit. Adapun parameter
efisiensi pembakaran yang diamati antara lain; nilai kalor rendah bahan bakar (Low
Heating Value), kadar CO2 teoritis, kadar oksigen di dalam gas buang, suhu gas
buang, kandungan air di dalam emisi gas buang dan suhu pembakaran di dalam
reaktor pembakaran.
Kegiatan riset yang akan dilakukan ini termasuk dalam kategori penelitian
eksperimental, untuk itu dibutuhkan sebuah reaktor pembakaran yang digunakan
untuk kegiatan eksperimen. Jenis reaktor pembakaran yang digunakan dalam riset ini
adalah fixed-bed. Pengamatan kondisi pembakaran pada saat eksperimen dilakukan
dengan bantuan beberapa alat instrumen, antara lain;
1. Thermocouple jenis K. Alat ini digunakan untuk mendeteksi besaran suhu
pembakaran hingga 1.375 OC. Jumlah thermocouple yang digunakan untuk
pengamatan suhu di dalam ruang pembakaran sebanyak 9 batang.
2. Gas analyzer. Alat ini digunakan untuk mengukur kadar emisi gas buang yang
dihasilkan dari tiap kondisi pembakaran. Alat tersebut dapat mengukur jumlah
emisi gas pembakaran terutama gas CO, CO2 dan O2.
3. Anemometer. Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara
udara yang didistribusikan pada saluran udara primer dan sekunder, debitnya
diukur dengan menggunakan alat ini.
4. Data logger. Digunakan untuk merekam data hasil eksperimen secara langsung
(real time) dari kondisi proses pembakaran. Alat ini secara otomatis dapat
memasukkan data hasil pengukuran perkembangan suhu pembakaran yang terjadi
di dalam ruang bakar.
5. Neraca analitik (Scales). Alat ini digunakan untuk menimbang berat massa serat
yang akan digunakan untuk setiap kali proses pembakaran pada setiap
eksperimen.
2.7.1. Kerangka Konseptual Penelitian
Sebagaimana dijelaskan sebelumnya, bahwa kegiatan riset yang dilakukan ini
dilatar-belakangi adanya fenomena asap berwarna hitam dan putih pekat yang sering
muncul di saluran gas buang boiler pabrik kelapa sawit. Di mana, diduga kuat
kejadian tersebut mengindikasikan bahwa proses pembakaran bahan bakar biomassa
sawit di dalam ruang bakar boiler berlangsung dengan tidak sempurna.
Secara konseptual, kerangka berpikir dari kegiatan riset ini ditunjukkan
![Gambar 2.5. Kurva Hubungan Antara ln [dY/dt] dengan 1/T](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/297903.26319/51.612.170.471.221.373/gambar-kurva-hubungan-antara-ln-dy-dt-dengan.webp)
![Gambar 4.2. Hubungan Antara ln [dY/dt] dengan 1/T Menghasilkan Slope](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/297903.26319/73.612.125.517.225.451/gambar-hubungan-antara-ln-dy-dengan-menghasilkan-slope.webp)
