KAJI EKSPERIMENTAL KARAKTERISTIK PEMBAKARAN BIOBRIKET BERBAHAN BAKU LIMBAH PADAT INDUSTRI MINYAK KELAPA SAWIT DENGAN VARIASI BAHAN PEREKAT MENGGUNAKAN METODE THERMOGRAVIMETRI ANALYSIS (TGA)

(1)

LAPORAN AKHIR PENELITIAN KEMITRAAN

KAJI EKSPERIMENTAL KARAKTERISTIK PEMBAKARAN

BIOBRIKET BERBAHAN BAKU LIMBAH PADAT INDUSTRI MINYAK

KELAPA SAWIT DENGAN VARIASI BAHAN PEREKAT

MENGGUNAKAN METODE THERMOGRAVIMETRI ANALYSIS (TGA)

oleh :

Novi Caroko, S.T., M.Eng. (197911132005011001/0013117901)

Abdillah Irwan (20100130055)

Muhammad Iqbal (20100130037)

Dilaksanakan dengan dana penelitian kemitraan Universitas Muhammadiyah Yogyakarata

Tahun Anggaran 2015/2016

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

SEPTEMBER 2016

(2)

2

HALAMAN PENGESAHAN

1. Judul : KAJI EKSPERIMENTAL KARAKTERISTIK PEMBAKARAN BIOBRIKET BERBAHAN BAKU LIMBAH PADAT INDUSTRI MINYAK KELAPA SAWIT DENGAN VARIASI BAHAN PEREKAT MENGGUNAKAN METODE THERMOGRAVIMETRI ANALYSIS (TGA)

2. Ketua Peneliti

a. Nama Lengkap : Novi Caroko, S.T., M.Eng. b. Jenis Kelamin : Laki-laki

c. NIP : 197911132005011001

d. Jabatan Struktural : Ketua Jurusan

e. Jabatan Fungsional : Asisten Ahli

f. Fakultas/Jurusan : Teknik / Teknik Mesin UMY

g. Alamat : Jl. Lingkar Barat, Tamantirto, Kasihan, Bantul

h. Telp/Fax : 0274387656 ext. 233/Fax 0274387646

i. Alamat Rumah : Nogotirto RT 09 RW 23 Gamping Sleman DIY

Kepala Lembaga Pengembangan Pendidikan, Penelitian dan Masyarakat

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Hilman Latief, M.A., Ph. D.

(3)

3

DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN ... 2

DAFTAR ISI ... 3

RINGKASAN ... 5

BAB I PENDAHULUAN ... 6

1.1.Latar Belakang Masalah ... 6

1.2.Rumusan Masalah ... 7

1.3.Batasan Masalah ... 8

1.4.Tujuan khusus ... 8

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ... 9

2.1.Sumber Biomassa ... 9

2.2.Proses Perubahan Biomassa Limbah industri Sawit Menjadi Briket Bioarang ... 9

2.3.Bahan Perekat ... 10

2.4.Pembakaran... 10

2.5.Pembakaran Bahan Bakar Padat ... 11

2.6.Faktor - faktor yang mempengaruhi pembakaran bahan bakar Padat ... 11

4.1.1. Sifat Fisik Briket ... 14

a. Kadar Air ... 14

b. Kadar Kalor ... 15

4.1.2. Sifat Kimia Briket ... 16

a. Kadar Volatile Matter ... 16

b. Kadar Abu ... 17

(4)

4

4.2. Pengaruh Perekat terhadap Lamanya Waktu Pembakaran ... 19

4.3. Pengaruh Variasi Perekat terhadap Besarnya Nilai ITVM ... 21

4.4. Pengaruh Variasi Perekat terhadap Besarnya Nilai ITFC ... 22

4.5. Pengaruh Variasi Perekat terhadap Besarnya Nilai PT ... 23

4.6. Pengaruh Variasi Perekat terhadap Besarnya Nilai BT... 24

4.7. Energi Aktivasi Briket ... 25

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 27

5.1. Kesimpulan ... 27

5.2. Saran ... 28

DAFTAR PUSTAKA………28

(5)

5

RINGKASAN

Limbah padat Industri Minyak Kelapa Sawit (IMKS) termasuk dalam kategori biomassa yang memiliki potensi dikembangkan sebagai bahan bakar alternatif. Sampai saat ini pemanfaatan limbah padat Industri Minyak Kelapa Sawit belum dilakukan secara optimal. Biomassa limbah padat Industri Minyak Kelapa Sawit Sawit dapat diolah menjadi suatu bentuk bahan bakar padat (biobriket) dengan dimensi tertentu yang seragam. Biobriket limbah padat Industri Minyak Kelapa Sawit diperoleh dari hasil pengempaan bahan berbentuk serbuk dengan ukuran lolos saringna 20 mesh.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui nilai Initial Temperature Volatile Mater (ITVM), Initial Temperature Fix Carbon (ITFC), Peak Temperature (PT),

Burnout of Temperature (BT) dan nilai kalor dengan menggunakan metode

Thermogravimetri Analysis (TGA). Biobriket limbah padat Industri Minyak Kelapa Sawit dibuat dengan menggunakan variasi tekanan pembriketan 200 kg/cm2, 250 kg/cm2, dan 300 kg/cm2. Pengujian dilakukan pada tungku pyrolyzer

pada suhu awal 27oC. Data hasil pengujian yaitu berupa perubahan laju pengurangan massa dan kenaikan temperatur pembakaran.

Penelitian ini sangat mendukung program pemerintah dalam meningkatkan pemberdayaan material lokal untuk mendapatkan sumber energi terbarukan. Secara tidak langsung, penelitian ini bersifat mendidik kemandirian bangsa dalam penyediaan energi.

Kata kunci : Initial Temperature Volatile Mater (ITVM), Initial Temperature Fix Carbon (ITFC), Peak Temperature (PT), Burnout of Temperature

(6)

6

BAB I. PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang Masalah

Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), energi adalah tenaga atau gaya untuk melakukan kerja. Definisi ini merupakan perumusan yang lebih luas daripada pengertian-pengertian mengenai energi pada umumnya dianut di dunia ilmu pengetahuan. Dalam pengertian sehari-hari energi dapat didefenisikan sebagai kemampuan untuk melakukan sesuatu pekerjaan.

Meningkatnya jumlah populasi penduduk di Indonesia akan meningkatkan jumlah konsumsi energi tiap tahunnya. Diperkirakan kebutuhan energi nasional akan meningkat dari 674 juta SBM (Setara Barel Minyak) pada tahun 2002 menjadi 1680 juta SBM pada tahun 2020, meningkat sekitar 2,5 kali lipat atau naik dengan laju pertumbuhan rata-rata pertahun sebesar 5,2 % (KNRT, 2006). Data Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral menyebutkan bahwa minyak bumi mendominasi 54 % penggunaan energi di Indonesia. Sedangkan penggunaan gas bumi sebesar 26,5 % dan batu bara hanya 14 % dari total penggunaan energi. Sedangkan cadangan minyak bumi Indonesia hanya cukup untuk 18 tahun kedepan, sementara cadangan gas bumi masih mencukupi untuk 61 tahun kedepan dan cadangan batu bara baru habis dalam waktu 147 tahun lagi.

Salah satu jalan keluar untuk mengatasi krisis permasalahan energi di Indonesia yaitu dengan pengembangan energi alternatif yang bersifat

renewable. Beberapa sumber energi alternatif diantaranya adalah energi mikrohidro, energi geotermal, energi surya, energi angin dan energi biomassa. Bentuk penemuan bahan bakar alternatif yang pontensial untuk dikembangkan yaitu energi biomassa. Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintesis, baik berupa produk atau buangan. Contoh biomassa antara lain tanaman seperti daun, kayu, hasil limbah pertanian dan limbah hutan, juga termasuk tinja dan kotoran ternak.

(7)

7

prinsipnya pembriketan adalah pemadatan material yang diubah ke bentuk yang lebih simpel.

Cangkang Kelapa Sawit, Tandan kosong dan Serat (fibre) merupakan beberapa jenis limbah padat yang dihasilkan pada proses pengolahan minyak Kelapa Sawit. Limbah padat yang mempunyai nilai kalor yang tinggi ini sangat sayang bila tidak dikelola dengan baik, dimana sebagian besar pemanfaatan limbah padat pada suatu industri hanya untuk urug jalan yang berfungsi untuk pengeras jalan dan selebihnya dibuang begitu saja.

Melihat limbah padat Kelapa Sawit yang belum termanfaatkan sepenuhnya, maka timbul pemikiran untuk mengolah limbah Kelapa Sawit menjadikan bahan bakar padat atau biobriket sebagai salah satu bahan bakar alternatif. Pengujian tingkat kelayakan limbah Kelapa Sawit untuk bahan bakar alternatif dilakukan menggunakan metode thermogravimetri analysis

(TGA). Thermogravimetri analysis (TGA)merupakan teknik penganalisaan perhitungan stabilitas termal dan fraksi komponen zat volatilnya dengan merekam perubahan laju pengurangan massa selama spesimen dilakukan proses pembakaran dalam lingkungan atmosfer oksidatif. Pada penelitian ini akan dikaji mengenai pengaruh variasi perekat kanji dan tar terhadap karakteristik briket arang limbah Kelapa Sawit meliputi laju pengurangan massa (ṁ), Initiation Temperature of Volatile Matter (ITVM), Initation Temperature of Fixed Carbon (ITFC), Peak of weight loss rate Temperature

(PT), Burning out Temperature (BT) dan energi aktivasi (E) dengan menggunakan metode Thermogravimetri Analysis (TGA).Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan bahan bakar alternatif yang lebih murah dan ramah lingkungan.

1.2.Rumusan Masalah

(8)

8

masyarakat terhadap energi fosil. Limbah padat dari Industri Minyak Kelapa Sawit merupakan salah satu energi alternatif yang bersifat renewable

yang banyak jumlahnya di Indonesia dan belum dimanfaatkan secara optimal. Pada penelitian ini akan dikaji mengenai pengaruh variasi persentase perekat kanji dan tekanan pembriketan terhadap laju pengurangan massa pada proses pembakaran briket serta karateristik pembakaran briket limbah padat dari Industri Minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan metode

Thermografimetri Analysis (TGA).

1.3.Batasan Masalah

Beberapa batasan masalah yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut :

a. Pengujian pembakaran dilakukan pada briket tunggal dan bentuk silinder dengan ukuran sama.

b. Penelitian dilakukan dengan metode Thermografimetri Analysis (TGA). c. Pengaruh kecepatan aliaran udara blower diabaikan.

d. Perekat yang digunakan adalah tepung kanji, Tar dan Kanji + Tar, dengan persentase yang sama.

e. Tekanan pembriketan 200 kg/cm2.

1.4.Tujuan Khusus

Tujuan penelitian ini adalah:

a.Melakukan rekayasa pembuatan biobriket dari limbah industri Minyak Kelapa Sawit (Cangkang Sawit, Tandan Kosong Kelapa Sawit, dan Serat). b.Mengetahui pengaruh variasi perekat dan bahan baku briket terhadap

karekteristik pembakaran briket limbah industri Minyak Kelapa Sawit. c.Mengkaji aspek visibilitas (proses manufaktur dan potensi penggunaan)

(9)

9

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1.Sumber Biomassa

Indonesia merupakan negara agraris yang memiliki keragaman hayati terbesar kedua setelah Brasil karena merupakan wilayah tropis. Menurut Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 21 Tahun 2004 Tentang Pengesahan Cartagena Protocol On Biosafety To The ConventionOn Biological Diversity (Protokol Cartagena Tentang Keamanan Hayati Atas Konvensi Tentang Keanekaragaman Hayati) bahwa Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki keanekaragaman hayati sangat kaya dan perlu dikelola untuk melaksanakan pembangunan berkelanjutan dalam rangka meningkatkan kesejahteraan umum.

Pemanfaatan biomassa menghasilkan zero emission (emisi nol) karena penyerapan karbondioksida dan pelepasan oksigen yang dilakukan tanaman. Limbah biomassa di Indonesia yang berpotensi dimanfaatkan sebagai sumber energi diantaranya jerami padi (5000 kg/ton), serabut kelapa (280 kg/ton), tandan kosong kelapa sawit (74.5 ton/ha), bagasse (280 kg/ton), dan batang singkong (800 kg/ton) (Prasetya Online, 2011).

2.2.Proses Perubahan Biomassa Limbah Industri Sawit Menjadi Biobriket

Biomassa pada umumnya mempunyai densitas yang cukup rendah, sehingga akan mengalami kesulitan dalam penanganannya. Densifikasi biomassa menjadi briket bertujuan untuk meningkatkan densitas dan menurunkan persoalan penanganan seperti penyimpanan dan pengangkutan. Secara umum densifikasi biomassa mempunyai beberapa keuntungan (Bhattacharya dkk, 1996):

 Menaikkan nilai kalori per unit volume.  Mudah disimpan dan diangkut.

 Mempunyai ukuran dan kualitas yang seragam.

Secara umum teknologi pembriketan dapat dibagi menjadi tiga (Grover dan Mishra, 1996) :

(10)

10

 Pembriketan tekanan medium dengan pemanas.

 Pembriketan tekanan rendah dengan bahan pengikat (binder).

2.3.Bahan perekat

Perekat adalah suatu zat atau bahan yang memiliki kemampuan untuk mengikat dua benda melalui ikatan permukaan. Bahan perekat dapat dibedakan atas 3 (tiga) jenis yaitu:

a. Perekat anorganik

Termasuk dalam jenis ini adalah sodium silikat, magnesium, cement

dan sulphite. Kerugian dari penggunaan bahan perekat ini adalah sifatnya yang banyak meninggalkan abu sekam pada waktu pembakaran.

b. Bahan perekat tumbuh-tumbuhan

Jumlah bahan perekat yang dibutuhkan untuk jenis ini jauh lehih sedikit bila dibandingkan dengan bahan perekat hydrocarbon. Kerugian yang dapat ditimbulkan adalah arang cetak yang dihasilkan kurang tahan terhadap kelembaban.

c. Hydrocarbon dengan berat molekul besar.

Bahan perekat jenis ini sering kali dipergunakan sebagai bahan perekat untuk pembuatan arang cetak ataupun batubara cetak. Tapioka, tepung singkong, tepung kanji, atau aci adalah tepung yang diperoleh dari umbi akar ketela pohon. Tapioka memiliki sifat-sifat fisik yang serupa dengan tepung sagu, sehingga penggunaan keduanya dapat dipertukarkan. Tepung ini sering digunakan untuk membuat makanan dan bahan perekat.

2.4.Pembakaran

(11)

11

dibakar. Biasanya diperlukan panas untuk mengubah cairan atau padatan menjadi gas.

2.5.Pembakaran Bahan Bakar Padat

Biomassa diklasifikasikan menjadi dua golongan yaitu biomassa kayu dan bukan kayu (Borman dan Ragland, 1998). Mekanisme pembakaran biomassa terdiri dari tiga tahap yaitu pengeringan (drying), devolatilisasi (devolatilization), dan pembakaran arang (char combustion).

2.6.Faktor-faktor yang mempengaruhi pembakaran bahan bakar padat.

Faktor-faktor yang mempengaruhi pembakaran bahan bakar padat menurut Sulistyanto (2006), antara lain:

a. Ukuran partikel

b. Kecepatan aliran udara c. Jenis bahan bakar

d. Temperatur udara pembakaran

2.7.Tujuan pembakaran

Tujuan dari pembakaran yang baik adalah melepaskan seluruh panas yang terdapat dalam bahan bakar. Hal ini dilakukan dengan pengontrolan “tiga T” pembakaran yaitu (1) Temperature/ suhu yang cukup tinggi untuk menyalakan dan menjaga penyalaan bahan bakar, (2) Turbulence/ Turbulensi atau pencampuran oksigen dan bahan bakar yang baik, dan (3) Time/waktu yang cukup untuk pembakaran yang sempurna.

(12)

12

BAB III. METODE PENELITIAN

3.1.Bahan Penelitian

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalahlimbah padat industri Sawit yang terdiri dari cangkang Kelapa Sawit, tandan kosong dan serat/fiber seperti terlihat pada gambar 3.1. Limbah Kelapa Sawit yang digunakan sebagai bahan penelitian dikirim langsung dari PT Daria Dharma Pratama (DDP) salah satu perusahaan pembudidaya dan pengolahan Kelapa Sawit di daerah Bengkulu.

(a). Cangkang Kelapa Sawit (b). Serat/fiber

(c). Tandan Kosong

Gambar 3.1. Limbah Industri Kelapa Sawit

3.2.Alat Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini meliputi:

a. Tungku uji pembakaran, digunakan untuk menguji karakteristik pembakaran (Tungku Pyrolyzer).

(13)

13

d. Timbangan digital dengn ketelitian 0,0001g. e. Termocouple.

f. Stopwatch. g. Blower.

h. PC komputer / Laptop

3.3.Prosedur Penelitian

Prosedur penelitian yang akan dilakukan dapat dilihat pada diagram alir penelitian sebagai berikut:

Gambar 3.2. Diagram alir penelitian Mulai

Persiapan Pengujian:

 Pengumpulan limbah padat Industri Minyak Kelapa Sawit

 Pengeringan limbah padat Industri Minyak Kelapa Sawit

 Penghancuran limbah padat Industri Minyak Kelapa Sawit

 Penimbangan Bahan

Pengolahan Data

Selesai Kesimpulan Pengujian Spesimen:

 Hasil Pengujian berupa Data Pengurangan Masa dan Kenaikan Temperatur

Pembuatan Spesimen Uji

 Variasi Bahan Perekat (Binder) Kanji, Tar, dan campuran Kanji + Tar.

(14)

14

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Uji proximate

4.1.1. Sifat fisik briket

a. Kadar Air

Tabel 4.1. Persentase kadar air pada briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat

Limbah Kelapa Sawit

Persentase Kadar Air dengan Variasi Perekat

(%)

Kanji Campuran Tar

Cangkang 16,19 11,61 8,12

Campuran 17,47 13,42 10,15

Tandan 19,99 15,04 12,15

Gambar 4.1. Grafik persentase kadar air pada briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat.

(15)

15

Pada gambar 4.1. di atas terlihat bahwa briket dengan perekat kanji memiliki kandungan air tertinggi. Hal ini dikarenakan adanya penggunaan air saat proses pelarutan kanji untuk dijadikan sebagai perekat, sehingga perekat kanji memiliki kadar air lebih tinggi dibanding dengan perekat campuran dan tar.

b. Nilai Kalor

Tabel 4.2. Nilai kalor pada briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat

Nilai Kalor dengan Variasai Perekat (Cal/g)

Cangkang 4643,5 5128,43 5334,6

Campuran 4172,2 4452,31 4777,68

Tandan 3752,39 4035,88 4273,31

Gambar 4.2. Grafik nilai kalor pada briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat

Dari gambar 4.2. terlihat bahwa nilai kalor tertinggi dimiliki oleh briket Cangkang Sawit, baik dengan menggunakan perekat kanji, tar, maupun campuran, sedangkan nilai kalor terendah terdapat pada briket Tandan Sawit. Hal ini terjadi karena sebelum Cangkang Sawit diolah menjadi briket, Cangkang Sawit sudah memiliki nilai kalor yang tinggi yaitu sebesar 20000 kJ/kg dibanding dengan tandan sawit yang hanya memiliki nilai kalor sebesar 18000 kJ/kg.

(16)

16

hal ini karena tar tidak menggunakan air dalam pelarutannya, selain itu tar memiliki senyawa naftalena yang mudah terbakar. Sedangkan pada proses pembuatan perekat kanji menggunakan air sebagai media pelarutnya, sehingga nilai kalor pada perekat kanji lebih rendah dibanding dengan perekat tar.

4.1.2. Sifat kimia briket

a. Kadar Volatile Matter

Tabel 4.3. Persentase kadar volatile matter pada briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat.

Persentase Kadar Volatile Matter dengan Variasi Perekat

(%)

Cangkang 55,2 59,62 63,55

Campuran 57,39 60,8 64,93

Tandan 59,17 63,67 65,53

Gambar 4.3. Grafik persentase kadar volatile matter pada briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat.

Dilihat dari gambar 4.3. di atas diketahui bahwa kadar volatile matter

(17)

17

Pada gambar 4.3. di atas terlihat bahwa briket dengan perekat tar memiliki kadar volatille matter paling tinggi dibanding dengan perekat lainnya, hal ini terjadi karena perekat tar merupakan zat volatil yang dicairkan dan kemudian dijadikan sebagai perekat pada briket. Hal ini yang menyebabkan perekat tar pada briket memiliki kadar volatille matter paling tinggi.

b. Kadar Abu

Tabel 4.4. Persentase kadar abu pada briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat.

Persentase Kadar Abu dengan Variasi Perekat

(%)

Cangkang 2,93 2,93 2,92

Campuran 3,84 3,72 3,62

Tandan 3,89 3,88 3,87

(18)

18

pada briket tersebut, sehingga semakin tinggi kadar volatille matter maka akan menaikkan kadar abu pada briket.

Dilihat dari gambar 4.4. di atas, pengaruh perekat terhadap kadar abu pada briket relatif stabil, namun jika dilihat secara seksama terlihat bahwa kadar abu tertinggi terdapat pada briket berperekat kanji dibanding dengan perekat tar, hal ini terjadi karena perekat tar merupakan zat volatil dimana zat volatil akan lebih dulu habis terbakar saat proses devolatilisai berlangsung. Sehingga perekat tar tidak menghasilkan kadar abu yang tinggi pada akhir proses pembakaran.

c. Kadar Karbon Terikat

Tabel 4.5. Persentase kadar karbon terikat pada briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat.

Persentase Kadar Karbon Terikat dengan Variasi Perekat

(%)

Cangkang 22,66 23,79 23,6

Campuran 22,28 22,04 21,48

Tandan 17,93 20,21 19,43

(19)

19

Dari gambar 4.5. di atas terlihat bahwa kadar karbon terikat tertinggi terdapat pada briket Cangkang Sawit dan kadar karbon terikat terendah terdapat pada briket Tandan Sawit, hal ini terjadi karena briket Cangkang Sawit memiliki kadar volatille matter yang rendah dan tingginya kadar volatille matter pada briket Tandan Sawit, sehingga semakin rendah kadar volatille matter maka akan menaikkan kadar karbon terikat pada briket.

Pada gambar 4.5. di atas, perekat briket yang memiliki kadar karbon terikat tertinggi terdapat pada briket berperekat tar, namun pada briket bahan campuran terlihat bahwa perekat yang memiliki kadar karbon terikat tertinggi adalah perekat kanji. Hal ini karena bahan baku briket berpengaruh pada perekat terhadap kadar karbon terikat yang terdapat pada briket tersebut, tingginya kadar karbon terikat pada briket campuran dengan perekat kanji karena kadar air yang dimiliki perekat kanji lebih tinggi dari pada perekat tar.

4.2. Pengaruh perekat terhadap lamanya waktu pembakaran

Tabel 4.6. Waktu pembakaran briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat.

Waktu Pembakaran dengan Variasi Perekat (s)

Kanji Campuran Tar

Cangkang 715 720 722

Campuran 691 697 705

Tandan 587 590 601

(20)

20

Gambar 4.6. Grafik waktu pembakaran pada briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat.

Dilihat dari gambar 4.6. grafik waktu di atas terlihat bahwa pembakaran paling lama terdapat pada briket Cangkang Sawit, sedangkan pembakaran pada briket Tandan Sawit terjadi lebih singkat, hal ini terjadi karena kadar karbon terikat mempengaruhi lamanya proses pembakaran pada briket, sehingga semakin tinggi peresentase kadar karbon terikat maka semakin lama proses pembakaran berlangsung. Oleh karena itu, briket Cangkang Sawit memiliki waktu pembakaran yang lama karena memiliki kadar karbon terikat yang tinggi.

(21)

21

4.3. Pengaruh variasi perekat terhadap besarnya nilai ITVM

Tabel 4.7. Nilai ITVM briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat.

Nilai ITVM dengan Variasi Perekat (oC)

Cangkang 98,72 83,28 76,44

Campuran 91,01 82,69 74,58

Tandan 72,19 70,09 68,38

Gambar 4.7. Grafik nilai ITVM pada briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat.

Pada gambar 4.7. di atas, terlepasnya ITVM (Initiation Temperature of Volatile Matter) tertinggi terdapat pada briket Cangkang Sawit dan nilai ITVM terendah terdapat pada briket Tandan Sawit, hal ini terjadi karena briket Tandan Sawit memiliki kadar volatile matter yang tinggi. Nilai ITVM briket Tandan Sawit yang rendah terjadi karena suhu langsung dapat melepaskan kadar volatile matter yang tinggi pada briket Tandan Sawit.

(22)

22

terdapat pada briket tersebut, sehingga semakin tinggi kadar volatile

matter akan menurunkan nilai ITVM.

4.4. Pengaruh variasi perekat terhadap besarnya nilai ITFC

Tabel 4.8. Nilai ITFC briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat.

Nilai ITFC dengan Variasi Perekat (oC)

Cangkang 150,07 176,67 188,83

Campuran 127,39 134,41 138,92

Tandan 123,81 125,31 125,89

Gambar 4.8. Grafik nilai ITFC pada briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat.

(23)

23

4.5. Pengaruh variasi perekat terhadap besarnya nilai PT

Tabel 4.9. Nilai PT briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat

Nilai PT dengan Variasi Perekat (oC)

Cangkang 235,91 242,78 271,62

Campuran 218,25 220,96 267,58

Tandan 180,25 202,36 209,67

Gambar 4.9. Grafik nilai PT pada briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat

(24)

24

Pada gambar 4.9. di atas terlihat bahwa briket dengan perekat tar memiliki nilai PT paling tinggi dibandingkan dengan briket berperekat kanji, hal ini terjadi karena nilai kalor yang tinggi pada briket berperekat tar akan menaikan nilai PT.

4.6. Pengaruh variasi perekat terhadap besarnya nilai BT.

Tabel 4.10. Nilai BT briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat

Nilai BT dengan Variasi Perekat (oC)

Cangkang 326,17 326,69 330,48

Campuran 319,11 321,57 321,92

Tandan 251,22 253,27 253,81

Gambar 4.10. Grafik nilai BT pada briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat.

(25)

25

Dilihat dari gambar 4.10. di atas diketahui bahwa perekat yang memiliki nilai BT terendah terdapat pada perekat kanji, hal ini dipengruhi karena kanji memiliki kadar karbon terikat yang rendah, sehingga semakin rendah kadar karbon terikat maka akan menurunkan nilai BT.

4.7. Energi Aktivasi Briket

Energi Aktivasi adalah energi yang dibutuhkan briket untuk bereaksi. Energi aktifasi ditentukan dengan memplotkan dan . Slope yang terjadi merupakan besarnya energi aktifasi dengan mengalikan 8,3145 kj/mol.

Tabel 4.11. Nilai Energi aktivasi briket limbah padat industri minyak Kelapa Sawit dengan menggunakan variasi bahan perekat.

Nilai (Ea) dengan Variasi Perekat (kJ/mol)

Cangkang 26,77 18,9 15,16

Campuran 24,31 15,2 13,41

Tandan 20,07 15,12 11,35

(26)

26

Dilihat dari gambar 4.11. nilai energi aktivasi paling tinggi terdapat pada briket Cangkang Sawit, hal ini terjadi karena Cangkang Sawit memiliki tekstur yang keras dan memiliki pori-pori yang rapat, sehingga energi yang digunakan akan lebih tinggi dalam proses pembakaran.

(27)

27

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1.Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan maka kesimpulan yang didapatkan adalah sebagai berikut :

1. Dari berbagai variasi bahan perekat dan bahan pembuat briket yang digunakan dapat diketahui bahwa dari semua bahan perekat dan bahan baku briket dapat digunakan untuk pembuatan briket arang limbah padat industri Minyak Kelapa Sawit.

2. Pada briket Cangkang Sawit berperekat tar memiliki kandungan air paling rendah dan memiliki nilai kalor paling tinggi serta kandungan karbon terikat yang tinggi. Hal ini mengakibatkan karakteristik pembakaran briket memiliki nilai ITVM semakin rendah, ITFC semakin tinggi, PT semakin tinggi, BT semakin tinggi, dan nilai energi aktivasi yang semakin rendah. Energi Aktivasi akan semakin besar jika perekat mengandung air yang cukup tinggi, hal ini karena energi yang digunakan untuk penyalaan lebih dulu digunakan untuk menguapkan air

(28)

28

5.2. Saran

Saran untuk penelitian selanjutnya yaitu :

1. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya dilakukan pengujian emisi pembakaran pada briket tanpa pirolisis.

(29)

29

DAFTAR PUSTAKA

Battacharya, S. C., Leon, M. A., and Rahman, M. M. 1996, “A Study on Improved Biomass Briquetting”, Energy Program, Schol of Environment, Resources and Development Asian Institute of Technology

Grover, P. D., Mishra, S. K., 1996, “Biomass Briqetting: Technology and Practices”, Field Document No. 46, FAO-Regional Wood Energy Development Program (RWEDP) in Asia, Bangkok.

Hartoyo, N. Hudaya dan Fadli. 1990. Pembuatan Arang Aktif dari Tempurung Kelapa dan Kayu Bakau dengan Cara Aktivasi Uap. Jurnal Penelitian Hasil Hutan, Bogor

Prasetya Online. 2011. Pemanfaatan Limbah Pertanian Menuju Indonesia Mandiri

Energi.

http://prasetya.ub.ac.id/berita/Pemanfaatan-Limbah-Pertanian-Menuju-Indonesia-Mandiri-Energi-2410-id.html. Diakses pada tanggal 2 April 2011.

Riyanto, S., 2009, Uji Kualitas Fisik dan Kinetika Pembakaran Briket Jerami Padi Dengan dan Tanpa Pengikat. Diakses pada tanggal 31 Desember 2014 jam 23.05

Syafiq, A., 2009, Uji Kualitas Fisik dan Kinetika Reaksi Briket Kayu Kalimantan dengan dan Tanpa Pengikat. Diakses pada tanggal 31 Desember 2014 jam 23.10

Sulistyanto, A. 2007, “Pengaruh Variasi Bahan Perekat Terhadap Laju Pembakaran Biobriket Campuran Batubara dan Sabut Kelapa”, Media Mesin Vol. 8, 45-52.

(30)

MEKANIKA 21

Volume 14 Nomor 1, September 2015

KAJI EKSPERIMENTAL PENGARUH BAHAN PEREKAT (BINDER)

DAN BAHAN BAKU BRIKET TERHADAP KARAKTERISTIK PEMBAKARAN BRIKET LIMBAH INDUSTRI MINYAK KELAPA SAWIT DENGAN MENGGUNAKAN METODE THERMOGRAVIMETI ANALYSIS (TGA)

Novi Caroko1,_{, Wahyudi}2 _{dan Muhammed Iqbal Naim}3

1,2,3_{Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Indonesia}

Keywords :

Initiation Temperature of Volatile Matter (ITVM) Initiation Temperature of Fixed Carbon (ITFC) Peak of weight lost rate Temperature (PT) Burning out Temperature (BT)

Activacy Energy(Ea).

Abstract :

Fossil fuel reserves in Indonesia are increasingly depleted, it is inversely proportional to the level of demand of fossil fuels continues to increase. Domestic consumption of fossil fuels are still dominated by crude oil at 54%, coal at 14%, and gas at 26.5%. The utilization of renewable energy that is absolutely necessary to reduce dependence on fossil fuels. Biomass is one type of alternative energy sources that are renewable. One of biomass that can be used as an alternative energy source is the solid waste from the Palm Oil Industry covering Shells and bunches Palm Oil currently not maximum utilization. FirstlyThe waste is crushed and sieved to 20 mesh passes. The powder whom is obtained then carried briquetting process with pressure of 200 kg / cm2 with a percentage of 10% of the total adhesive 3 gram briquettes. Variation types of adhesives used are: starch, tar and a mixture of starch and tar. Briquettes combustion test conducted using Thermogravimetri Analysis (TGA). Burning characteristics of briquettes obtained includes a long burning, the value of Initiation Temperature of Volatile Matter (ITVM), Initiation Temperature of Fixed Carbon (ITFC), Peak of weight lost rate Temperature (PT), Burning out Temperature (BT), and Activation Energy (Ea ). From the results of testing that has been done can be seen that, the higher the content of volatile matter will lead to more rapid burning time and increasingly low value ITVM and Ea. The higher value will cause the bound carbon content the higher the value of ITFC, PT and BT.

1. PENDAHULUAN

Peningkatan populasi penduduk di Indonesia pasti akan diiringi dengan peningkatan jumlah konsumsi energi. Diperkirakan kebutuhan energi nasional akan meningkat dari 674 juta SBM (Setara Barel Minyak) pada tahun 2002 menjadi 1680 juta SBM pada tahun 2020, meningkat sekitar 2,5 kali lipat atau naik dengan laju pertumbuhan rata-rata pertahun sebesar 5,2 % (KNRT, 2006). Data Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral menyebutkan bahwa minyak bumi mendominasi 54 % penggunaan energi di Indonesia. Penggunaan gas bumi sebesar 26,5 % dan batu bara hanya 14 % dari total penggunaan energi. Sedangkan cadangan minyak bumi Indonesia hanya cukup untuk 18 tahun kedepan, sementara cadangan gas bumi masih mencukupi untuk 61 tahun kedepan dan cadangan batu bara baru habis dalam waktu 147 tahun lagi.

Letak geografis Indonesia sangat mendukung untuk berkembangnya industri dibidang perkebunan, salah satunya adalah industri minyak kelapa sawit yang saat ini sudah berkembang pesat di Pulau Sumatera dan Kalimantan. Dalam kegiatan produksinya, industri minyak kelapa sawit menghasilkan beberapa limbah industry yang sampai saat ini belum dimanfaatkan secara maksimal. Limbah padat yang memiliki potensi untuk dimanfaatkan sebagai sumber energy terbarukan adalah Cangkang, Serat dan Tandan Kosong Kelapa Sawit.

Melihat keberadan limbah padat industry minyak kelapa sawit yang belum dimanfaatkan secara maksimal tersebut, maka muncul pemikiran untuk menggunakan limbah padat industry minyak kelapa sawit tersebut sebagai bahan baku pembuatan biobriket. Untuk mengetahui kelayakannya sebagai bahan bakar maka perlu dilakukan pengujian untuk mengetahui karakteristik pembakaran yang meliputi nilai Initiation Temperature of Volatile Matter (ITVM), Initiation Temperature of Fixed Carbon (ITFC), Peak of weight lost rate Temperature (PT), Burning out Temperature (BT), dan Energi aktivasi (Ea). Metode yang digunakan dalam pengujian ini adalah Thermogravimetri Analysis (TGA).

(31)

MEKANIKA 22

Kesimpulan

Syafiq (2009) menyatakan bahwa pembriketan pada tekanan rendah membutuhkan bahan perekat untuk membantu pembentukan ikatan di antara partikel biomasa. Penambahan perekat dapat meningkatkan kekuatan briket.

Menurut Jhon dan Rini (2011), Termogravimetri adalah suatu teknik pengukuran berat sampel sebagai fungsi dari waktu dan temperatur. Analisis termal gravimetri merupakan metode analisis yang menunjukkan sejumlah urutan dari lengkungan termal, kehilangan berat dari bahan dari setiap tahap, dan suhu awal penurunan. Analisis termal gravimetri dilakukan untuk menentukan kandungan pengisi dan kestabilan termal dari suatu bahan.

2. METODE PENELITIAN

Gambar 2.1. Diagram alir proses penelitian Mulai

Pengumpulan Bahan Limbah Padat Industri Minyak Kelapa Sawit, Tepung Kanji, dan Tar

Penghancuran dan Pengayakan Limbah Padat Industri Minyak Kelapa Sawit

Pembuatan Briket  Penimbangan sampel

 Pencampuran perekat (Binder) Kanji, Tar, Kanji+Tar

 Pembriketan sampel dengan tekanan 200 Kg/cm2

Proses Pengujian  Pengujian menggunakan metode

thermogravimetri analisis

 Temperatur awal pembakaran sama dengan suhu ruangan

 Kanaikan suhu 20o_C/menit

 Hasil pengujian berupa data pengurangan massa dan kenaikan temperatur

Pengolahan data dan analisa

(32)

MEKANIKA 23

Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah Cangkang Sawit dan Tandan Sawit.

(a) (b)

Gambar 2.2. (a) Cangkang Sawit; (b) Tandan Sawit Berikut bentuk briket yang dihasilkan dapat dilihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3. Hasil briket

Langkah selanjutnya melakukan pengujian pembakaran dengan metode Thermogravimetri Analysis (TGA), dimana suhu awal adalah temperatur ruangan yang kemudian dilakukan penaikkan suhu sebesar 20oC/menit hingga briket habis terbakar. Berikut skema instalasi peralatan uji pembakaran br iket dapat dilihat pada gambar 2.4.

(33)

MEKANIKA 24

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Persentase kandungan air, nilai kalor, volatile matter, fixed carbon, dan kadar abu.

a.kadar air

b.Nilai kalor

c. Kadar volatile matter

Gambar 3.1. Grafik persentase kadar air

Gambar 3.2. Nilai kalor

(34)

MEKANIKA 25

d. Kadar abu

e. Kadar karbon terikat

Gambar 3.4 Grafik kadar abu

Gambar 3.5. Grafik kadar karbon terikat

3.2 Pengaruh perekat terhadap lamanya waktu pembakaran

Gambar 3.6. Grafik waktu pembakaran.

(35)

MEKANIKA 26

3.3 Pengaruh variasi perekat terhadap nilai ITVM

Gambar 3.7. Grafik nilai ITVM

Berdasarkan Gambar 3.7 dapat diketahui bahwa nilai ITVM memiliki tren yang menurun. Hal ini kemungkinan terjadi akibat pengaruh kandungan Volatile Matter, dimana semakin tinggi kandungan volatile matter maka akan semakin menurunkan nilai ITVM.

3.4 Pengaruh variasi perekat terhadap nilai ITFC

Gambar 3.8. Grafik nilai ITFC

Berdasarkan gambar 3.8 dapat diketahui bahwa nilai ITFC memiliki tren yang meningkat. Hal ini dimungkinkan terjadi karena nilai ITFC dipengaruhi oleh kandungan fixed carbon, dimana semakin tinggi nilai kandungan fixed carbon maka nilai ITFC akan semakin tinggi.

3.5 Pengaruh variasi perekat terhadap nilai PT

Gambar 3.9 Grafik nilai PT

(36)

MEKANIKA 27

3.6 Pengaruh variasi perekat terhadap nilai BT

Gambar 3.10. Grafik nilai BT

Berdasarkan gambar 3.10 dapat diketahui bahwa terjadi tren peningkatan nilai PT baik pada variasi bahan baku maupun perekat. Hal ini dimungkinkan karena penggunaan bahan baku dan perekat akan menyebabkan adanya perubahan nilai kalor yang berimbas pada nilai PT. Semakin tinggi nilai PT maka nilai BT juga akan semakin tinggi.

3.7 Pengaruh variasi perekat terhadap nilai energi aktivasi (Ea)

Gambar 3.11. Grafik nilai energi aktivasi.

Berdasarkan gambar 3.11 dapat diketahui bahwa terjadi tren penurunan nilai PT baik pada variasi bahan baku maupun perekat. Hal ini dimungkinkan karena penggunaan bahan baku dan perekat akan menyebabkan adanya perubahan kadar volatile matter yang berimbas pada nilai Ea. Semakin tinggi kadar volatile matter maka nilai Ea juga akan semakin rendah.

4. KESIMPULAN

Dari hasil pengujian yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa penggunaan bahan baku dan perekat yang berbeda akan mengakibatkan adanya perbedaan kadar volatile matter, karbon terikat, nilai kalor, dan kadar abu. Semakin tinggi kandungan volatile matter akan menyebabkan semakin cepatnya waktu pembakaran dan semakin rendahnya nilai ITVM dan Ea. Semakin tinggi nilai kandungan karbon terikat akan menyebabkan semakin tingginya nilai ITFC, PT dan BT.

5. DAFTAR PUSTAKA

Jhon, A. dan Rini, A., 2011, “Sintesis dan Karakterisasi Membran Hibrid PMMA/TEOT : Pengaruh Konsentrasi Polimer”, Jurusan Teknik Kimia, Universitas Riau, Riau.

Kementrian Negara Riset dan Teknologi (KNRT). 2006, “Buku Putih Penelitian, Pengembangan dan Penerapan Ilmu pengetahuan dan Teknologi Bidang Sumber Energi Baru dan Terbarukan untuk Mendukung Keamanan Keamanan Ketersediaan Energi Tahun 2025”, Jakarta.

Rahman, A.M., 2007, “Mempelajari Karakteristik Kimia Dan Fisik Tepung Tapioka dan Mocal (Modified Cassava Flour) Sebagai Penyalut Kacang Pada Produk Kacang Salut”, Jurusan Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor, Bogor.