SimetriS Nomor : 17, Tahun 11, Juni - Desember 2013 1
Studi Eksperimental Pengujian Nilai Kalor Briket Campuran
Tongkol Jagung dan Tempurung Kelapa Sebagai Bahan Bakar Alternatif
Sarjono *)* )
Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin STTR Cepu Jl. Kampus Ronggolawe Blok B No. 1. Mentul Cepu
E-Mail: smk_mh_pangle@yahoo.co.id sarjono508@yahoo.co.id
Abstrak
Tempurung kelapa dan tongkol jagung merupakan limbah. Namun tempurung kelapa dan tongkol jagung dapat pula menjadi salah satu sumber bahan bakar alternatif yaitu dengan cara dibuat menjadi briket. Penelitian ini dilakukan untuk membuat briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung yang memiliki nilai kalor tertinggi.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana perbandingan campuran antara tempurung kelapa dengan tongkol jagung yang tepat dalam pemakaian briket dan bagaimana pengaruh dan karakteristik briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung terhadap nilai kalor yang dihasilkan.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada proses pengeringan briket yang dilakukan selama 6 jam pada sinar matahari menunjukkan bahwa kadar air tertinggi terdapat pada briket campuran tempurung kelapa 10% dan tongkol jagung 90% yaitu sebesar 61,84%, sedangkan kadar air terendah terdapat pada briket campuran termpurung kelapa 100% dan tongkol jagung 0% yaitu sebesar 31,11%. Hasil pembakaran yang ditunjukkan oleh tabel 2. diketahui bahwa nilai kalor tertinggi terjadi pada komposisi briket campuran tempurung kelapa 20% dan tongkol jagung 80% yaitu nilai kalornya sebesar 560,00 kal/gram, sedangkan nilai kalor terendah terjadi pada komposisi briket campuran tempurung kelapa 70% dan tongkol jagung 30% yang nilai kalornya 185,10 kal/gram, sedangkan kadar abu dari hasil pembakaran yang ditunjukkan oleh tabel 4.briket campuran tempurung kelapa 10% dan tongkol jagung 90% yang memiliki jumlah kadar abu terberat yaitu sampai mencapai 31,38%. pada komposisi briket campuran 70% tempurung kelapa dan 30% tongkol jagung ang memiliki kadar abu terendah yaitu 10,43%.
Kata kunci : Tongkol Jagung, Tempurung Kelapa, Briket Campuran, Nilai Kalor . 1. Pendahuluan
Penggunaan bahan bakar fosil yang semakin meningkat menyebabkan cadangan bahan bakar semakin lama semakin menipis, selain itu juga mengakibatkan pencemaran lingkungan. Salah satu cara untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan cara pengembangan bahan bakar alternatif yang cenderung lebih ramah lingkungan dan bersifat renewable (terbaharukan).
Berbagai pengembangan bahan bakar alternatif telah banyak dikembangkan saat ini, salah satunya yaitu briket. Briket menjadi salah satu cara yang paling sederhana, mudah dan murah karena bahan material yang digunakan berasal dari limbah rumah tangga, pertanian dan perkebunan, seperti tongkol jagung, tempurung kelapa, serabut kelapa, sekam padi, serbuk gergaji, amapas tebu, dedaunan dan kulit durian.
Tempurung kelapa dan tongkol jagung yang dihasilkan dari proses pemipilan biji jagung merupakan limbah. Namun tempurung kelapa dan tongkol jagung dapat pula menjadi salah satu sumber bahan bakar alternatif yaitu dengan cara dibuat menjadi briket. Dari briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung analisa yang akan diteliti adalah bagaimana perbandingan campuran antara tempurung kelapa dengan tongkol jagung yang paling baik dalam pemakaian briketdan bagaimana pengaruh dan karakteristik briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung terhadap nilai kalor yang dihasilkan.
Agar penelitian lebih terarah dan sitematis maka ruang lingkup permasalahan perlu diperjelas dengan memberi batasan masalah yang meliputi: (1) bahan baku briket yang digunakan adalah campuran antara tempurung kelapa dengan tongkol jagung, (2) bahan baku yang digunakan adalah campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung dengan perbandingan: 10% TJ/TK, 20% TJ/TK, 30% TJ/TK, 40% TJ/TK, 50% TJ/TK, 60% TJ/TK, 70% TJ/TK, 80% TJ/TK, dan 90% TJ/TK, dimana TJ adalah TJ/TK tongkol jagung dan TK adalah tempurung kelapa.
Bahan perekat yang digunakan adalah jenis perekat aci yang berasal dari tepung tapioka/ tepung kanji yang dicampur dengan air hangat. Banyak tepung tapioka yang digunakan sebagai perekat yaitu 30% dari bahan baku briket yang dibuat. Proses yang digunakan yaitu proses karbonisasi. Campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung yang sudah dicampur dengan perekat dicetak dan ditekan dengan tekanan konstan 5 atm. Pengujian dilakukan selama 8 menit pada setiap spesimen.
2. Tinjauan Pustaka 2.1. Kajian Pustaka
Menurut Schuchart, dkk (1996), pembuatan briket dengan penggunaan bahan perekat akan lebih baik hasilnya jika dibandingkan tanpa menggunakan bahan perekat. Di samping
meningkatkan nilai bakar dari bioarang, kekuatan briket arang dari tekanan luar juga lebih baik (tidak mudah pecah).
Demikian halnya menurut Syachry (1982) menyatakan bahwa yang sangat mempengaruhi nilai kalor kayu adalah zat karbon, lignin, dan zat resin, sedangkan kandungan selulosa kayu tidak begitu berpengaruh terhadap nilai kalor kayu 2.2. Landasan Teori
2.2.1. Tanaman Kelapa Klasifikasi tanaman kelapa:
Kingdom : Plantae (tumbuhan) Subkingdom : Tracheobionta (tumbuhan berpembuluh)
Super Divisi : Spermatophyta (menghasilkan biji)
Divisi : Magnoliophyta (tumbuhan berbunga)
Kelas : Liliopsida (monokotil) Sub Kelas : Arecidae
Ordo : Arecales
Famili : Arecaceae (suku pinang-pinangan)
Genus : Cocos
Spesies : Cocos nucifera L
Gambar 1. Pohon Kelapa
Tabel 1. Komposisi kimia tempurung kelapa No. Unsur kimia Kandungan(%)
1. Sellulosa 26,60 2. Pentosan 27,00 3. Lignin 29,40 4. Kadar Abu 0,60 5. Solvent Ekstraktif 4,20 6. Uronat anhydrad 3,50 7. Nitrogen 0,11 8. Air 8,00 (Suhardiyono, 1995) 2.2.2. Tanaman Jagung
Menurut Wikipedia yang terdapat pada situs http://id.wikipedia.org/wiki/Jagung, klasifikasi ilmiah dari tanaman jagung adalah:
Kerajaan : Plantae Divisio : Angiospermae Kelas : Monocotyledoneae Ordo : Poales Familia : Poacea Genus : Zea Spesies : Zea mays L
Gambar 2. Rajah, Morfologi pokok pada peringkat
pembesaran jagung
Tabel 2. Hasil analisis Kandungan Tongkol Jagung Kandungan Produksi Tongkol Jagung Kadar Air Bahan Kering Protein Kasar Lemak Kasar Serat Kasar Abu 59,21 40,79 3,25 0,33 28,89 1,49 Sumber :http://kalsel.litbang.deptan.go.id/ 2.2.3. Biomassa
Biomassa didefinisikan sebagai bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintetis, baik berupa produk maupun buangan. Di Indonesia potensi akan biomassa sendiri ternyata cukup menjanjikan mengingat Indonesia adalah negara agraris, dimana limbah dari proksi pertanian dan perkebunan seperti tempurung kelapa dan tongkol jagung belum dimanfaatkan secara maksimal. Tabel berikut ini menjelaskan potensi biomassa di Indonesia.
Tabel 3. Potensi energi biomassa di Indonesia Sumber energi Produksi 106 ton/ tahun Energi 109 kkal/ tahun Pang sa (%) Kayu Sekam padi Tongkol jagung Tempurung kelapa 25,00 7,55 1,52 1,25 100,00 27,00 6,80 5,10 72,0 19,4 4,9 3,4 Potensi total 35,32 138,9 100 Sumber: The Potential of Biomass Residues as
Energy Sources in Indonesia. Kadir (1995)
2.2.4. Bahan Bakar
Bahan bakar adalah istilah popular media untuk menyalakan api. Menurut Adan (1998), pemakaian bahan bakar fosil sudah mendekati masa pensiun. Kecenderungan memakai bahan bakar fosil mengakibatkatkan cadangan bahan bakar fosil semakin menipis. Selain itu, penggunaan bahan bakar fosil menghasilkan polusi berupa sulfur, CH4, dan N2O yang dapat merusak lingkungan yang dapat mengakibatkan terjadi pemanasan global (Global Warming).
Untuk mengeliminasi kemungkinan terburuk dampak pemakaian bahan bakar fosil sangat tepat jika bahan bakar dari biomassa sebagai penggantinya.
2.2.5. Proses Karbonisasi
Proses karbonisasi dapat merupakan reaksi endoterm atau eksoterm tergantung pada temperatur dan proses reaksi yang sedang terjadi. Secara umum hal ini dipengaruhi oleh hubungan temperatur karbonisasi, sifat reaksi, perubahan fisik/kimiawi yang terjadi.
Menurut Abdullah, dkk, (1991), proses pengarangan (pirolisa) adalah penguraian biomassa (lysis) menjadi panas (piro) pada suhu lebih dari 150°C. Selama proses pengarangan dengan alur konveksi pirolisa, perlu diperhatikan asap yang ditimbulkan selama proses tersebut : (1) Jika asap tebal dan putih, berarti bahan sedang mengering, (2) Jika asap tebal dan kuning, berarti pengkarbonan sedang berlangsung. Pada fase ini sebaiknya tungku ditutup dengan maksud agar oksigen pada ruang pengarangan serendah-rendahnya, dan (3) Jika asap semakin tipis dan berwarna biru berarti pengarangan hampir selesai, kemudian drum dibalik dan proses pembakaran selesai. (Anonimous, 1989).
2.2.6. Perpindahan Panas 2.2.6.1. Perpindahan Kalor
Kalor adalah bentuk energi yang dirasakan oleh manusia. Energi mewujudkan keadaan dimana jumlah energi yang dipindahkan antara manusia dan persekitarnya mencapai keseimbangan secara termal (Weller dan Youle,
1981). Bentuk kalor sendiri terbagi menjadi 2,
yaitu sebagai berikut : (1) Kalor Sensibel, adalah kalor yang dapat dirasakan oleh indera. Dengan kata lain kalor sensibel ini merupakan bentuk kalor yang bergandengan dengan perubahan suhu dari benda yang terkait, (2) Kalor laten adalah energi termal yang terlibat didalam perubahan keadaan sebuah benda tanpa perubahan suhu. Contoh dari kalor laten ini yaitu perubahan dari zat padat ke zat cair atau sebaliknya.
2.2.6.2. Prinsip Termodinamika
Termodinamika adalah ilmu yang berhubungan dengan aliran kalor yang berhubungan dengan kerja mekaniknya. Banyaknya kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan dapat dirumuskan sebagai berikut :
Q = m. c. Δt... (1) dimana,
Q = banyaknya kalor yang dilepaskan (kJ) m = massa zat (kg)
c = kalor jenis zat (kJ/Kg0C) Δt = perubahan suhu (0C) 2.6.3 Mekanisme
Mekanisme perpindahan kalor terbagi menjadi 3 bagian, antara lain sebagai berikut : (1) Konduksi adalah proses perpindahan panas jika panas mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ke tempat yang suhunya lebih rendah, dengan media penghantar panas tetap. Menurut Fourier, dirumuskan :
Q/Δt = k. A dT/dx ...(2) dimana :
Q : jumlah panas yang dipindahkan (BTU) A : luas penampang (m2)
Δt : selang waktu yang diperlukan (jam)
k : koefisien perpidahan panas konduksi (BTU/ft .jam 0F)
dT : perbedaan suhu (0F) dx : ketebalan (ft)
(2) Konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat dengan fluida yang mengalir disekitarnya, dengan menggunakan media penghantar berupa fluida (cairan/gas). Perpindahan kalor secara konveksi dapat dirumuskan sebagai berikut :
H : h. A. ΔT ...(3) dimana,
H : jumlah panas konveksi (kg/jam) h : koefisiensi konveksi
A : luas penampang (m2) ΔT : perbedaan temperatur (0F)
(3) Radiasi ada1ah perpindahan energi oleh penjalaran (rambatan) foton yang terorganisir, secara serampangan di dalam arah dan waktu, dan energi netto yang dipindahkan oleh fotonfoton ini diperhitungkan sebagai kalor. Dengan teori relatifitas dan thermodinamika statistik maka akan diperoleh suatu rumus yang disebut Hukum Stefan-Boltzmann dimana energi total yang dipancarkan oleh suatu benda sebanding dengan pangkat empat suhu absolut:
Eb =σ.A. T4 ...(4) dimana,
σ: konstanta Boltzmann (5,67 × 10-8
W/m2K4) T : temperatur (K)
Dilihat dari daya emisinya, benda terbagi ke dalam 3 macam: (1) Benda putih sempurna (absolutely white) → menyerap sinar, tanpa mengemisikan kembali, Emisivitas (ε) = 0, (2) Benda abu-abu (gray body) 0 < ε < 1, (3) Benda hitam (blackbody) → menyerap 100%, mengemisikan 100%, Emisivitas (ε) = 1.
2.2.7. Bahan Perekat
Perekat adalah suatu zat atau bahan yang memiliki kemampuan untuk mengikat dua benda melalui ikatan permukaan. Beberapa istilah dari perekat antara lain: (1) Glue merupakan perekat yang terbuat dari protein hewani, (2) Mucilage adalah perekat yang dipersiapkan dari getah dan air yang diperuntukkan terutama untuk perekat kertas, (3) Paste merupakan perekat pati (starch) yang dibuat melalui pemanasan campuran pati dan air dan dipertahankan berbentuk pasta, (4) Cement adalah istilah yang digunakan untuk perekat yang bahan dasarnya karet dan mengeras melalui pelepasan pelarut (Ruhendi, dkk, 2007).
Sedangkan menurut Kurniawan dan Marsono (2008), ada beberapa jenis perekat yang digunakan untuk briket arang yaitu: (1) Perekat aci terbuat dari tepung tapioka dicampur dengan air, lalu dididihkan di atas kompor. Selama pemanasan tepung diaduk terus menerus agar tidak menggumpal, (2) Perekat tanah liat, perekat tanah liat bisa digunakan sebagai perekat karbon dengan cara tanah liat diayak halus, lalu diberi air sampai lengket; namun penampilan briket arangnya menjadi kurang menarik, lama pada saat pengeringan dan agak sulit menyala ketika dibakar, (3) Perekat getah karet, daya lekat getah karet lebih kuat dibandingkan dengan lem aci maupun tanah liat. Namun, ongkos produksinya relatif lebih mahal, agak sulit mendapatkannya, menghasilkan asap tebal berwarna hitam dan beraroma kurang sedap ketika dibakar, (4) Perekat getah pinus, Briket arang dengan menggunakan perekat getah pinus hampir mirip dengan briket arang dengan menggunakan perekat getah karet,
namun keunggulannya terletak pada daya benturan briket yang kuat meskipun dijatuhkan dari tempat yang tinggi, briket tetap utuh, (5) Perekat pabrik adalah lem khusus yang diproduksi oleh pabrik yang berhubungan langsung dengan industri pengolahan kayu, seperti tripleks, multipleks, dan furnitur.
2.2.8. Nilai Kalor
Menurut Koesoemadinata (1980), nilai kalor bahan bakar adalah jumlah panas yang dihasilkan atau ditimbulkan oleh suatu gram bahan bakar tersebut dengan meningkatkan temperatur 1 gr air dari 3,50 C – 4,50 C, dengan satuan kalori. Dengan kata lain nilai kalor adalah besarnya panas yang diperoleh dari pembakaran suatu jumlah tertentu bahan bakar. Semakin tinggi berat jenis bahan bakar, maka semakin tinggi nilai kalor yang diperolehnya. Nilai kalor dapat dicari dengan rumus:
K = Qair/mbahan bakar ...(5) 2.2.9. Kadar Air
Kadar air briket adalah perbandingan berat air yang terkandung dalam briket dengan berat kering briket tersebut setelah dipanaskan diterik matahari selama 6 jam. Darmawan (2000), mengemukakan kadar air briket sangat mempengaruhi nilai kalor atau nilai panas yang dihasilkan. Tingginya kadar air akan mennyebab kan penurunan nilai kalor. Hal ini disebabkan karena panas yang tersimpan dalam briket terlebih dahulu digunakan untuk mengeluarkan air yang ada sebelum kemudian menghasilkan panas yang dapat dipergunakan sebagai panas pembakaran.
Kadar air dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut:
KA = (G0-G1)/G0 x 100% ... (6) dimana,
KA : Kadar air (%)
G0 : Berat briket sebelum dikeringkan G1 : Berat briket sesudah dikeringkan
2.2.10. Kadar Abu
Kandungan abu merupakan ukuran kandungan material dan berbagai material anorganik di dalam benda uji. Metode pengujian ini meliputi penetapan abu yang dinyatakan dengan prosentase sisa hasil oksidasi kering benda uji, setelah dilakukan pengujian kadar air.
Kadar abu dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut:
dimana,
KA : Kadar Abu (%) mabu : Berat Abu (gram)
mbb : Berat Sampel Briket (gram) 2.2.11. Tekanan
Tekanan didefinisikan sebagai besarnya gaya per satuan luas bidang yang ditekan secara tegak lurus. Satuan tekanan adalah Pa (pascal) atau N/m2. Besarnya tekanan dapat ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
P = F/A ...(8) dimana,
P : tekanan (Pa atau N/m2) F : gaya (N)
A : luas permukaan (m2)
3. Metodologi Penelitian 3.1. Tempat Pelaksanaan
Penelitian dan analisa akan dilaksanakan diLaboratorium teknik mesin Sekolah Tinggi Teknologi Ronggolawe Cepu.
3.2. Alat dan Bahan
Alat penelitian terdiri atas: Satu unit komputer, Kalkulator, Dapur pengarangan, Alu dan Lumpang, Ayakan 20 mesh, Alat pencetak briket, Neraca digital, Kompor biomassa, Tabung Elemeyer 1000 mL, Ember, Pengaduk, Korek api, Paralon 19 mm, Martil, Cutter Knife, Kayu bakar, camera digital, Penggaris, dan Minyak tanah.
Sedangkan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampah dari tempurung yang dibeli dari pedagang di pasar plazza Cepu, sedangkan untuk tongkol jagung penulis dapatkan dari tempat penggilingan jagung yang berada di daerah Kedungtuban. Selain dua bahan utama tersebut ada juga bahan lain yaitu tepung tapioka sebagai perekat dengan bantuan air hangat.
3.3. Skema Alat Penelitian 3.3.1. Spesifikasi Alat
Dalam penelitian briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung dengan menggunakan metode pemasakan 300 gram air. Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: kompor biomassa, termometer, handphone, minyak tanah, neraca digital, tabung elemeyer dan briket.
3.3.2. Perancangan Alat
Sistem instrumen sebelum dimodifikasi yang digunakan dalam penelitian ini seperti pada gambar di bawah ini:
Gambar 1.Kompor biomassa sebelum dimodifikasi
Gambar 2. Kompor biomassa setelah dimodifikasi Kompor biomassa yang digunakan dalam penelitian ini adalah kompor hasil rancangan PT. Pura Group yang telah dimodifikasi dengan menambahkan plat sebagai wadah bahan bakar dengan diameter 165 mm dengan membubuhkan lubang sebanyak 24 buah berdiameter 2-5 mm sebagai lubang keluarnya abu
briket
. Selain pelat, juga menambahkan besi berdiameter 10 mm dengan panjang 180 mm yang berfungsi sebagai tempat dudukan tabung elemeyer.Kompor biomassa tersebut terbuat dari bahan pelat dengan tebal 0,7 mm untuk
chasingnya dan berat keseluruhan 3,5 Kg, dengan
kapasitas 1-1,5 Kg. Diameter kompor briket tersebut 250 mm dan tinggi 500 mm.
3.3.3. Perencanaan Pengujian Alat
Perencanaan pengujian alat instrumen dilakukan dengan cara mencari besarnya perubahan suhu (ΔT : T1-T0) selama 8 menit dengan menggunakan termometer, dimana T0 adalah suhu air sebelum dilakukan proses pembakaran (suhu awal), T1 adalah suhu setelah bahan bakar dibakar selama 8 menit.
Dengan merancang alat dan komposisi briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung yang ada di dalam tungku pembakaran yang telah dimodifikasi, selanjutnya alat dirangkai sedemikian rupa sehingga seperti yang terlihat dalam gambar 2.
3.4. Metodologi Penelitian
Berikut ini akan dijelaskan metodologi kegiatan penelitian, antara lain:
1. Menyiapkan alat dan bahan seperti yang telah disebutkan di atas,
2. Bersihkan tempurung kelapa dari sisa-sisa serabut kelapa dan sampah lain yang masih menempel di tempurung kelapa tersebut dengan cutter,
3. Agar mempermudah dalam proses karbonisasi, tempurung kelapa diperkecil ukurannya dengan martil dengan luasan antara 10-50 mm, sedangkan tongkol jagung kita patahkan dengan tangan menjadi 2 bagian,
4. Jemur selama 2 hari,
5. Bakar tempurung kelapa dan tongkol jagung pada dapur pengarangan selama 2 jam untuk tempurung kelapa dan tongkol jagung selama 1 jam atau sampai benar-benar menjadi arang, 6. Jaga agar nyala api tetap terjaga, apabila
tempurung kelapa atau tongkol jagung membara segera aduk dengan pengaduk, kemudian tutup dengan penutup karon, hal ini bertujuan agar bara dari tempurung segera padam,
7. Hasil karbonisasi tempurung kelapa dan tongkol jagung kemudian ditumbuk dengan alu pada lumpang yang telah disediakan,
8. Ayak dengan pengayak lolos 20 mesh,
9. Lakukan penimbangan dengan neraca digital pada masing-masing serbuk arang dengan total berat campuran 200 gram. Komposisi tempurung kelapa dinotasikan dengan simbol T dan komposisi tongkol jagung dinotasikan dengan simbol J, sedangkan komposisi antara briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung dinotasikan dengan simbol TJ. Berikut ini adalah tabel perlakuan komposisi briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung.
Tabel 4. Perlakuan koposisi antara tempurung kelapa dengan tongkol jagung
No. Perlakuan Komposisi T (%) J (%) 1. TJ1 100 0 2. TJ2 90 10 3. TJ3 80 20 4. TJ4 70 30 5. TJ5 60 40 6. TJ6 50 50 7. TJ7 40 60 8. TJ8 30 70 9. TJ9 20 80 10. TJ10 10 90
10. Campur masing-masing kombinasi bahan baku dengan tepung tapioka sebanyak 30% dan air hangat dari total berat campuran serbuk arang tempurung kelapa dengan tongkol jagung. 11. Aduk campuran bahan di atas sampai merata. 12. Cetak briket campuran tempurung kelapa
dengan tongkol jagung dengan cetakan paralon 19 mm dan tekanan 5 atm.
13. Menimbang briket dalam keadaan basah kemudian dipanaskan pada terik matahari selama 6 jam.
14. Angkat briket yang telah kering, kemudian timbang dengan neraca digital untuk mengetahui kadar air yang terkandung dalam briket.
15. Siap alat untuk membakar briket, antara lain: kompor biomassa, termometer, gelas elemeyer 1000 mL, air, minyak tanah dan handphone. 16. Timbang air sebanyak 300 gram dan massa
gelas elemeyer, letakkan briket pada kompor biomassa.
17. Bakar briket dengan minyak tanah pada kompor biomassa.
18. Setelah briket membara dan api padam, letakkan gelas elemeyer yang berisi air di atas kompor biomassa, catat suhunya sebagai suhu awal (T1) dan stopwacth pada hanphone mulai dinyalakan pada waktu bersamaan.
19. Setelah 8 menit lihat kembali pada termometer, catat suhu tersebut sebagai suhu akhir, hitung nilai kadar airnya dengan rumus: KA = (G0 -G1)/G0 x 100%.
20. Dengan menggunakan persamaan maka akan diketahui besarnya nilai kalor yang dibutuhkan oleh air, sehingga besarnya nilai kalor pada briket dapat diketahui dengan menggunakan rumus: K = Qair/mbahan bakar
21. Tunggu sampai briket menjadi abu secara keseluruhan, catat waktunya dan suhu akhir ketika briket habis, hitung nilai kadar abu dengan rumus: KA = mabu/ mbb x 100% 22. Untuk mendapatkan hasil kerja yang lebuh
presisi, maka dilakukan 3 kali perulangan pada masing komposisi camouran briket tempurung kelapa dan tongkol jagung.
23. Dengan langkah yang sama lakukan langkah seperti di atas.
3.5. Langkah Penelitian
Penelitian dilakukan dengan metode pemanasan 300 gram air selama 8 menit.
1. Persiapan Penelitian
Persiapan penelitian ini meliputi persiapan alat-alat dan bahan bakar (briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung). Langkah selanjutnya adalah menimbang bahan bakar dan air pada neraca digital. Selanjutnya, menuangkan minyak tanah ke briket agar memudahkan penyalaan briket.
2. Pelaksanaan Penelitian
Sulut briket yang telah disiram minyak tanah tadi dengan korek api, tunggu sampai briket tersebut membara. Setelah briket membara taruh tabung elemeyer yang berisi air 300 gram ke kompor biomassa yang telah berisi briket yang telah membara tadi, kemudian catat temperaturnya (T0). Tunggulah selama 8 menit kemudian catat kembali temperaturnya (T1).
Setelah mendapatkan temperatur awal dan temperatur akhir, kemudian tunggu sampai bahan bakar habis terbakar secara keseluruhan. Setelah bahan bakar habis terbakar catatlah waktu yang dibutuhkan sampai briket campuran tempurung kelapa dan tongkol jagung habis terbakar, selain itu catat pula temperatur akhir airnya. Selanjutnya kumpulkan abu briket tersebut dan timbang pada neraca digital.
Ulangi percobaan masing-masing 3x pada setiap masing-masing spesimen, mulai dari TJ1 sampai TJ10. Setelah didapatkan data hasil pencobaan selanjutnya adalah tahap pengolahan data dengan melakukan perhitungan. Untuk mengetahui nilai kalor briket tersebut dilakukan perhitungan kalor yang dibutuhkan untuk pemanasan air selama 8 menit terlebih dahulu kemudian dari hasil tersebut barulah bisa ditentukan nilai kalornya dengan cara membagi dengan massa bahan bakar kering. Hasil data dari penelitian ini akan ditampilkan pada lembar lampiran.
4. Hasil dan Pembahasan
Pengujian briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung dilakukan dengan cara pemanasan 300 gram air pada tabung
elemeyer dengan berat 300 gram dengan selama 8
menit pada kompor biomassa pada masing-masing
sample. Data hasil pengujian briket campuran
tempurung kelapa dengan tongkol jagung dapat terlihat pada tabel 5. di bawah ini.
Tabel 5. Data hasil pengujian briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung. No. Perla kuan Tawal (0C) Takhir (0C) Perubah an suhu (0C) Massa bahan bakar (gram) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. TJ1 TJ2 TJ3 TJ4 TJ5 TJ6 TJ7 TJ8 TJ9 TJ10 42,00 37,00 38,33 41,33 42,67 43,67 38,33 41,00 41,33 44,00 58,50 50,67 52,83 51,00 53,50 55,67 54,33 53,33 60,00 54,67 16,50 13,67 14,50 9,67 10,83 12,00 16,00 12,33 18,67 10,67 20,67 16,67 15,67 15,67 13,00 11,50 9,67 10,00 10,00 9,67
4.1. Perhitungan Nilai Kalor
Setelah dilakukan pembakaran briket selama 8 menit terjadi kenaikkan suhu sebesar 16,5 0
C dari pembakaran 20,67 gram briket campuran tempurung kelapa 100% dengan tongkol jagung 0%, maka besarnya kalor yang dibutuhkan adalah Q : 300 gr x 1cal/gr 0C x 16, 50C = 4950 cal, Sedangkan besarnya nilai kalornya adalah K : 4950 cal/20,6gr = 239,52 cal⁄gr.
Dengan mengunakan cara yang sama, maka hasil perhitungan nilai kalor briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung secara keseluruhan dapat dilihat pada tabel 6.berikut ini. Tabel 6. Data hasil pengujian nilai kalor briket
campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung. No. Perla kuan Δtair (0C) mbb
(gram) Q(cal/gr) K (cal/gr) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. TJ1 TJ2 TJ3 TJ4 TJ5 TJ6 TJ7 TJ8 TJ9 TJ10 16,50 13,67 14,50 9,67 10,83 12,00 16,00 12,33 18,67 10,67 20,67 16,67 15,67 15,67 13,00 11,50 9,67 10,00 10,00 9,67 4950 4100 4350 2900 3250 3600 4800 3700 5600 3200 239,52 246,00 277,66 185,11 250,00 313,04 496,55 370,00 560,00 331,03
Gambar 3. Grafik hubungan nilai kalor dengan komposisi briket campuran tempurung kelapa tongkol jagung.
Dari gambar grafik nilai kalor di atas ternyata dengan penambahan komposisi arang tongkol jagung memberi pengaruh naiknya nilai kalor, hal ini menunjukkan bahwa nilai kalor tongkol jagung lebih tinggi dibanding nilai kalor dari tempurung kelapa. Pada gambar 3. menyatakan bahwa kalor tertinggi terdapat pada briket campuran tempurung kelapa 20% dengan tongkol jagung 80% (TJ9) yang nilai kalornya mencapai 560 kal/gram, sedangkan kalor terendah ditunjukkan oleh briket campuran tempurung kelapa 70% dengan tongkol jagung 30% (TJ4) yang nilai kalornya sebesar 185,11 kal/gram.
4.2. Perhitungan Kadar Air
Perhitungan kadar air dilakukan setelah briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung melalui proses pengeringan. Proses pengeringan dilakukan dengan cara briket dipanaskan pada sinar matahari di atas seng selama 6 jam. Berdasarkan data hasil pengujian briket campuran tempurung kelapa 100% dengan tongkol jagung 0% pada tabel 5. diperoleh data: Massa briket sebelum dikeringkan (Q0) : 30 gram, Massa briket setelah dikeringkan (Q1) : 20,67 gram. Sehingga, kadar air dari briket campuran tempurung kelapa 100% dengan tongkol jagung 0% dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
KA : (G0-G1)/G0 x 100% : (30-26,7)/30 : 31,11%
Dengan mengunakan cara yang sama, maka hasil perhitungan kadar air briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung secara keseluruhan dapat dilihat pada tabel 7. berikut ini: Tabel 7. Data hasil pengujian kadar air briket
campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung No. Perla kuan Massa briket KA (%) Basah (gr) Kering (gr) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. TJ1 TJ2 TJ3 TJ4 TJ5 TJ6 TJ7 TJ8 TJ9 TJ10 30,00 26,00 24,67 25,67 22,33 21,33 19,00 24,67 22,33 25,33 20,67 16,67 15,67 15,67 13,00 11,50 9,67 10,00 10,00 9,67 31,11 % 35,90 % 36,49 % 38,96 % 41,79 % 46,09 % 49,13 % 59,46 % 55,22 % 61,84 %
Gambar 4. Grafik hubungan antara kadar air dengan komposisi briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung.
Dari gambar 4. menunjukkan bahwa kadar air semakin meningkat apabila jumlah arang serbuk tongkol jagung semakin banyak. Hal ini diduga karena perbedaan luas permukaan bahan pembuat briket tersebut sehingga mempengaruhi jumlah kadar air.
Luas permukaan arang tongkol jagung lebih luas dibandingkan dengan luas permukaan arang serbuk tempurung kelapa (Supriyono, 2003) bahwa luas permukaan bahan yang besar memungkinkan terjadinya penguapan kadar air yang lebih cepat dibandingkan dengan jumlah bahan dengan luas permukaan yang lebih kecil.
Gambar 4. menunjukkan bahwa kadar air tertinggi ditunjukkan oleh briket campuran tempurung kelapa 10% dengan tongkol jagung 90% (TJ10), sedangkan kadar air terendah ditunjukkan oleh briket camuran tempurung kelapa 100% dengan tongkol jagung 0% (TJ1).
4.3. Perhitungan Kadar Abu
Perhitungan kadar abu dilakukan setelah briket campuran tempurung kelapa dan tongkol jagung melalui proses pembakaran selasai dilakukan. Proses pembakaran dilakukan dengan cara pemanasan air dengan massa 300 gram. Berdasarkan data hasil pengujian briket campuran tempurung kelapa 100% dan tongkol jagung 0% pada tabel 3. diperoleh data: Massa briket/bahan bakar (mbb) : 30 gram, Massa abu briket/bahan bakar (mabu) : 20,67 gram. Sehingga, kadar abu dari briket campuran tempurung kelapa 100% dan tongkol jagung 0% dapat dihitung dengan persamaan:
KA : mabu/ mbb x 100% : (2,27/20,67) x 100% : 10,98%
Dengan mengunakan cara yang sama, maka hasil perhitungan kadar abu briket campuran tempurung kelapa secara keseluruhan dapat dilihat pada tabel 8. berikut ini:
Tabel 8. Data hasil pengujian kadar abu briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung No. Perla kuan mbb (gr) mabu (gr) KA (%) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. TJ1 TJ2 TJ3 TJ4 TJ5 TJ6 TJ7 TJ8 TJ9 TJ10 20,67 16,67 15,67 15,67 13,00 11,50 9,67 10,00 10,00 9,67 2,27 2,03 1,93 1,63 2,77 1,57 1,83 2,53 2,77 3,03 10,98% 12,20% 12,34% 10,43% 21,28% 13,62% 18,97% 25,33% 27,67% 31,38%
Gambar 5. Grafik kadar abu pada briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung
Dari gambar 5. dapat dilihat bahwa perlakuan komposisi memberikan pengaruh terhadap kadar abu yang dihasilkan. Kadar abu semakin besar jika jumlah arang tempurung kelapa semakin sedikit, sedangkan arang tongkol jagung semakin banyak. Hal ini disebabkan jumlah silikat yang terkandung di dalam arang serbuk tempurung kelapa lebih kecil dibandingkan dengan arang pada serbuk tongkol jagung.
Kadar abu terbesar pada gambar di atas ditunjukkan pada komposisi briket campuran tempurung kelapa 0% dengan tongkol jagung 100% (TJ10), sedangkan kadar abu terendah ditunjukkan oleh komposisi briket campuran tempurung kelapa 70% dengan tongkol jagung 30% (TJ).
4.4. Analisa Suhu Air Sampai Bahan Bakar Habis
Pada tabel 9. berikut ini menunjukkan suhu air akhir dan waktu sampai briket campuran tempurung kelapa dan tongkol jagung habis terbakar.
Tabel 9. Suhu air dan waktu sampai briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung.
No. Perlaku
an T bahan bakar habis (oC)
tbahan bakar habis (menit) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. TJ1 TJ2 TJ3 TJ4 TJ5 TJ6 TJ7 TJ8 TJ9 TJ10 64,33 53,33 57,67 61,67 60,00 56,00 58,00 54,17 58,33 59,00 79,77 66,73 63,61 57,88 57,14 45,24 40,62 43,32 42,08 51,31
Gambar 6. Grafik suhu air pada saat briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung habis terbakar
Pada gambar 6. merupakan suhu air akhir pada saat bahan bakar habis, dari grafik tersebut menunjukkan bahwa dengan adanya penambahan jumlah serbuk arang tongkol jagung memberikan pengaruh terhadap penurunan suhu air pada saat bahan bakar terbakar, hal ini menunjukkan semakin banyak jumlah serbuk arang tempurung kelapa di dalam komposisi briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung akan menyebabkan semakin tinggi suhu air pada saat bahan bakar habis terbakar.
Gambar 7. Grafik waktu sampai briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung habis terbakar.
Gambar 7. di atas menunjukkan bahwa dengan adanya penambahan jumlah serbuk arang tongkol jagung akan mempengaruh waktu yang diperlukan bahan bakar sampai terbakar habis. Dengan penambahan jumlah komposisi serbuk arang tongkol jagung memberikan pengaruh semakin cepat briket campuran tempurung kelapa dengan tongkol jagung
habis terbakar. 5. Kesimpulan
Berdasarkan pada hasil penelitian mengenai analisa briket campuran tempurung kelapa dan tongkol jagung dengan menggunakan kompor briket, maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
1. Pada proses pengeringan briket yang dilakukan selama 6 jam pada sinar matahari. Dari tabel 4.3 menunjukkan bahwa kadar air
tertinggi terdapat pada briket campuran tempurung kelapa 10% dan tongkol jagung 90% yaitu sebesar 61,84%, sedangkan kadar air terendah terdapat pada briket campuran termpurung kelapa 100% dan tongkol jagung 0% yaitu sebesar 31,11%
2. Dari hasil pembakaran yang ditunjukkan oleh tabel 4.2 diketahui bahwa nilai kalor tertinggi terjadi pada komposisi briket campuran tempurung kelapa 20% dan tongkol jagung 80% yaitu nilai kalornya sebesar 560,00 kal/gram, sedangkan nilai kalor terendah terjadi pada komposisi briket campuran tempurung kelapa 70% dan tongkol jagung 30% yang nilai kalornya 185,10 kal/gram. 3. Sedangkan kadar abu dari hasil pembakaran
yang ditunjukkan oleh tabel 4.4 briket campuran tempurung kelapa 10% dan tongkol jagung 90% yang memiliki jumlah kadar abu terberat yaitu sampai mencapai 31,38%. Pada komposisi briket campuran 70% tempurung kelapa dan 30% tongkol jagung ang memiliki kadar abu terendah yaitu 10,43%.
6. Daftar Pustaka
Abdullah, 1990, Energi dan Tingkat Kemajuan
Teknologi, Penerbit: Sinar Harapan.
Abdullah, K, A. K. Irwanto, N. Siregar, E. Agustina, A. H. Tambunan, M. Yamin, dan E. Hartulistiyoso, 1991, Bogor:
Energi dan Listrik Pertanian, JICA IPB.
Adan, I. U., 1998, Teknologi Tepat Guna:
Membuat Briket Bioarang, Yogyakarta:
Kanisius.
Alylianawati dan Ery S., 1985, Pengaruh Berbagai
Pre – Treatment pada Limbah Tongkol Jagung dengan Bantuan Aspergillus niger. http://lppm.wima.ae.id./ailin.pdf. [16 Februari 2012].
Anonimous, 1989, Penelitian Pemanfaatan Sagu
sebagai Bahan Perekat, Medan: Hasil
Penelitian Industri DEPERWUAG. Badan Pusat Statistik (BPS), 2009, Harvested
Area, Yield Rate and Production of
Maize. BPS. Jakarta.
http://www.bps.go.id/ [13 Februari 2012].
Earl, D.E., 1974, A report on Corcoal, Andre Meyer Research Fellow. FAO.
Johannes, H., 1991, Menghemat Kayu Bakar dan
Arang Kayu untuk Memasak di Pedesaan dengan Briket Bioarang, Karya Ilmiah
Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada. Yogyakarta.
Kadir, A., 1995, Energi: Sumber Daya, Inovasi,
Tenaga Listrik, Potensi Ekonomi. Cet. 1.
Edisi kedua/revisi. Jakarta: Universitas Indonesia (UIPress).
Koesoemadinata, 1980, Geologi Minyak dan Gas
Bumi, ITB. Bandung.
Kurniawan dan Marsono, 2008, Superkarbon
Bahan Bakar Alternatif Pengganti Minyak
Tanah dan Gas, Jakarta: Penebar
Swadaya.
Palungkun, R., 1999, Aneka Produk Olahan
Kelapa, Bogor: Penebar Swadaya.
Pari, G., 2000, Teknologi Alternatif Pemanfaatan
Sampah Industri Pengolahan Kayu. Makalah Falsafah Sains (PPs 70 L) Program Sarjana/C,. Bogor: Institut
Pertanian Bogor.
Pari, G., dan Hartoyo, 1983, Beberapa Sifat Fisis
dan Kimia Briket Arang dari Limbah Arang Aktif, Bogor: Jurnal Penelitian
Hasil Hutan.
Rome, Hendra dan Darmawan, 2000, Pengaruh
Bahan Baku, Jenis Perekat, dan Tekanan Kempa Terhadap Kualitas Briket Arang,
Bogor: Pusat Penelitian Pengembangan Hasil Hutan.
Ruhendi, S., D.N. Koroh, F.A. Syahmani, H. Yanti, Nurhaida, S. Saad, T. Sucipta, 2007, Analisis Perekatan Kayu, Bogor: Institut Pertanian Bogor.
Schuchart, F., Wulfert, K.darmoko, Darmosarkoro, W. Sutara E, S., 1996, Pedoman Teknis
Pembuatan Briket Bioarang, Medan:
Balai Penelitian dan Pengembangan Kehutanan, Departemen Kehutanan Sumatera Utara.
Silalahi, 2000, Penelitian Pembuatan Briket Kayu
dari Serbuk Gergaji Kayu, Bogor: Hasil
Penelitian Industri DEPERINDAG. Sudrajat, R. 1983, Pengaruh Bahan Baku, Jenis
Perekat dan Tekanan Kempa Terhadap Kualitas Briket Arang, Laporan Penelitian
Hasil Hutan No. 165. Pusat Penelitian Hasil Hutan. Bogor.
Suhardiyono, L., 1995,Tanaman Kelapa:
Budidaya dan Pemanfaatannya,
Yogyakarta: Kanisius.
Syachary, T.h., 1985, Beberapa Sifat Kayu dan
Limbah Pertanian Sebagai Sumber Daya Energi, Laporan BPHH. No.161. Bogor.
Weller, J.W. dan A. Youle, 1981, Thermal Energy
Conservation Building and service
Desaign. London: Applied Science
Publisher Ltd.
Widarto, L., dan Suryanto, 1995, Membuat
Bioarang dari Kotoran Lembu, Teknologi
SimetriS Nomor : 17, Tahun 11, Juli - Desember 2013
14
Gambar 3. Alat Pencetak briket dan Kompor3.2. Prosedur Penelitian
Penelitian dilakukan dengan cara mengkombinasikan jenis bahan pembuat briket dengan komposisi tertentu, untuk mengamati pengaruhnya terhadap nilai kalor yang dihasilkan. Perpaduan komposisi bahan briket diasumsikan dengan komposisi yang sama yaitu 200 gram setiap penelitian. Perekat yang digunakan adalah tepung tapioka dengan prosentase 20% setiap penelitian.
Adapun urutan prosesnya adalah sebagai berikut:
1. Menyiapkan bahan dan alat.
2. Tempurung kelapa dan sekam padi dibersihkan dari kotoran kemudian dijemur dibawah sinar matahari selama 1 hari.
3. Tempurung kelapa dan sekam padi dimasukkan ke dalam tungku pengarangan secara terpisah dan bertahap. Lalu bahan disulut dengan api. Sesudah bahan menjadi arang, bahan dikeluarkan dari tungku.
4. Bioarang hasil pengaragan kemudian ditumbuk menggunakan lumpang menjadi tepung arang. 5. Tepung arang kemudian di ayak dengan ayakan
lolos 20 mesh untuk mendapatkan material yang seragam.
6. Kemudian disiapkan campuran perekat (kanji/tapioka) sebesar 20% dari bahan baku briket yang dicampur dengan air panas pada suhu lebih dari 70°C sehingga menjadi adonan seperti bubur.
7. Adonan tepung kanji yang telah menjadi perekat, kemudian dicampurkan dengan tepung arang hasil pengayakan sehingga menghasilkan adonan yang lengket, kemudian adonan diaduk selama 2 menit agar semua bahan tercampur rata.
8. Adonan briket kemudian dicetak mengunakan cetakan paralon berdiameter 12,7 mm dengan tekanan 5 atm selama 1 menit.
9. Menimbang briket kemudian dikeringkan dengan panas matahari selama 2 hari. Dan setelah kering, briket ditimbang lagi untuk mengetahui seberapa besar kandungan kadar airnya.
10. Menimbang briket kemudian dibakar di kompor biomassa yang diatasnya telah diletakkan tabung elemeyer berisi air yang sudah diukur berat dan suhunya, setelah 10 menit diukur temperatur untuk mengetahui beda suhu atau ΔT.
11. Selanjutnya briket dibiarkan terbakar sampai habis dan ditimbang abunya.
12. Diulang percobaan yang sama yaitu sampai 3 kali tiap bahan.
3.3. Parameter yang diuji
Adapun paremeter yang diuji adalah sebagai berikut:
3.3.1. Nilai Kalor
Nilai kalor merupakan ukuran panas atau energi yang dihasilkan. Pengukuran nilai kalor ini dilakukan untuk setiap perlakuan pada setiap kali ulangan melalui media air dengan termometer sebagai pengukur suhunya. Dalam penelitian ini, kalor yang diterima oleh air dapat dihitung dengan:
Q = m.C. ΔT dimana,
Q = kalor bahan bakar (kalori) C = kalor jenis
m = massa bahan bakar (kg) ΔT = perbedaan suhu (°C)
Sedangkan untuk mencari nilai kalor itu sendiri dapat dihitung dengan rumus berikut:
K= / dimana,
K = Nilai kalor per gram bahan bakar.
= Kalor yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur selama 10 menit.
= Massa Bahan Bakar. 3.3.2. Kadar Air
Kadar air ini merupakan kandungan air pada bahan bakar padat. Kadar air dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan :
Kadar air (%) = ( (G0 – G1)/G0) x 100% dimana,
G0 = berat contoh sebelum dikeringkan (gram). G1 = berat contoh setelah dikeringkan (gram). 3.3.3. Kadar Abu
Penetapan kadar abu briket bioarang dilakukan untuk mengetahui kandungan oksida logam dalam kandungan briket bioarang tersebut.Untuk mendapatkan nilai kadar abu, maka dapat digunakan persamaan berikut:
