PEMANFAATAN LIMBAH TEBU SEBAGAI BAHAN
BRIKET ARANG
RIYANA HERMADIANA
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul pemanfaatan limbah ampas tebu untuk bahan bakar rumah tangga adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, 24 Juni 2014
Riyana Hermadiana
ABSTRAK
RIYANA HERMADIANA. Pemanfaatan Limbah Tebu sebagai Bahan Briket Arang. Dibimbing oleh MUHAMMAD NUR INDRO.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
PEMANFAATAN LIMBAH TEBU SEBAGAI BAHAN
BRIKET ARANG
RIYANA HERMADIANA
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Skripsi : Pemanfaatan Limbah Tebu sebagai Bahan Briket Arang Nama : Riyana Hermadiana
NIM : G74100064
Disetujui oleh
Drs M Nur Indro M.Sc Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Akhirudin Maddu Ketua Departemen Fisika
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan terhadap Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga begitu banyak nikmat yang tak terhingga jumlahnya. Hanya dengan izin dan kemudahan yang diberikan-Nya, penulis dapat menyelesaikan proposal penelitian yang berjudul “Pemanfaatan Limbah Tebu sebagai Bahan Briket Arang“. Pemanfaatan limbah ampas tebu ini dijadikan sebuah briket yang dikarakteristik secara uji fisik ,uji kimia dan efisiensi kelajuan pembakarannya.
Dalam penulisan laporan penelitian ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Drs. M. Nur Indro M.Sc selaku pembimbing skripsi yang telah memberikan bimbingan, arahan, masukan, motivasi dan diskusi-diskusi yang sangat membantu,
2. Bapak Faozan M.Si selaku dosen pembimbing akademik serta semua dosen dan staff Departemen Fisika IPB, yang telah banyak membantu selama masa perkuliahan,
3. Kedua orang tua, Yayad Haryadi dan Suhaebah yang selalu menjadi motivasi dan inspirasi , semua keluarga besar yang selalu memberikan doa, nasehat, semangat dan motivasi kepada penulis,
4. Teman-teman fisika 47, terima kasih atas kebersamaan, kepedulian, canda tawa selama 3 tahun perjuangan kita di Departemen Fisika, 5. Kakak-kakak Fisika 45 dan 46 terimakasih atas motivasi, nasihat dan
dukungan serta doanya,
6. Adik-adik Fisika 48 dan 49 terima kasih atas kebersamaan dan doanya, 7. Sahabat-sahabatku,Dini, Ratih, Sinta, mba Aisyah yang senantiasa
menghibur dan memberikan motivasi kepada penulis,
8. Semua pihak yang telah membantu dan tidak dapat disebutkan satu per satu disini.
Penulis menyadari bahwa laporan penelitian ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu diharapkan kritik dan saran untuk memperbaiki laporan penelitian ini. Penulis berharap semoga penelitian ini dapat memberikan manfaat khususnya bagi penulis dan umumnya bagi semua pembaca.
Bogor, 24 Juni 2014
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN viii
DAFTAR TABEL viii
Waktu dan Tempat 2
Bahan dan Alat 2
Persiapan dan Pembuatan Briket 2
Pengujian 5
HASIL DAN PEMBAHASAN 7
Kadar Air 8
Kadar Abu 9
Kadar Zat Menguap 9
Kadar Karbon Terikat 10
Kerapatan 11
Keteguhan Tekan 11
Nilai Kalor Bakar 12
Lamanya Waktu Nyala Api 13
Laju pembakaran 13
Efesiensi 14
SIMPULAN DAN SARAN 14
Simpulan 14
Saran 15
DAFTAR PUSTAKA 16
LAMPIRAN 17
DAFTAR TABEL
1. Perbandingan penambahan perekat tapioka dalam pembuatan
briket arang dari ampas tebu 4
2. Hasil rata-rata sifat fisis briket arang limbah tebu 8
DAFTAR GAMBAR
1. Diagram skema kiln drum 3
2. Kadar air briket arang 8
3. Kadar Abu briket arang 9
4. Kadar Zat Menguap Briket Arang 9
5. Kadar Karbon Terikat briket arang 10
6. Kerapatan briket arang 10
7. Ketguhan Tekan briket arang 11
8. Nilai kalor bakar briket arang 12
9. Lamanya waktu nyala api 12
10.Laju pembakaran briket arang 13
11.Efesiensi Energi briket arang 14
DAFTAR LAMPIRAN
1. Tabel Perbandingan Mutu Briket Berdasarkan SNI 17
PENDAHULUAN
Latar Belakang
2
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Memanfaatkan limbah tebu untuk dibuat briket arang 2. Melakuakn karakterisasi sifat fisik briket arang limbah tebu
3. Mengujikan efektivitas (laju pembakaran serta efesinesi energi) penggunaan briket arang sebagai bahan bakar
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan menghasilkan briket arang yang dapat dijadikan sebagai solusi untuk mengatasi krisis energi, terutama sebagai subtitusi bahan bakar yang berasal dari minyak bumi, gas bumi dan batu bara. Penelitian ini juga dapat mendorong masyarakat agar memanfaatkan sesuatu yang tidak bersifat ekonomis atau limbah menjadi sesuatu hal yang bersifat ekonomis.
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan di Laboraturium Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor dan di Laboraturium Terpadu Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan, Bogor mulai bulan Maret 2014 sampai juni 2014.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini ampas tebu dan bahan perekat tepung tapioka (tapioka). Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini anatra lain : timbangan, thermometer, stopwacth, mesin penggiling, tungku pembakaran, korek api, oven, cetakan pembuatan briket, kempa hidrolis manual, cawan porselin, alat ukur analisis nilai kalor.
Persiapan dan Pembuatan Briket
Pengeringan Bahan baku
3
Tungku Pembakaran
Tungku pembakaran (kilndrum) merupakan salah satu alat yang digunakan pada proses pengarangan. Tungku pembakaran ini terbuat dari drum yang terdiri dari 3 bagian, yaitu penutup,badan drum dan lubang udara pada badan drum atau bagian bawah drum. Pada bagian badan drum dibuat lubang udara sebanyak tiga baris yang dibuat melingkar pada bagian drum. Penutup pada bagian atas kiln drum ini bisa dibuka untuk menambahkan bahan baku pada proses pengarangan. Design klin drum diperlihatkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram skema kiln drum.5
Pengarangan
Proses pengarangan dilakukan mengggunakan kiln drum.
Selanjutnya bahan baku diatur sehingga memenuhi drum. Sebelum dilakukan pembakaran lubang drum pada bagian dua dan tiga ditutup terlebih dahulu dengan asbes atau tanah liat, sehingga yang tetap terbuka adalah empat lubang pada baris bagian bawah. Untuk memudahkan pada proses pembakaran digunakan bahan-bahan yang mudah terbakar sebagai umpan bakar seperti: kertas, daun kering, ranting kayu, atau percikan minyak tanah. Pada saat api telah nyala dengan sempurna maka kiln drum ditutup. Bahan baku terbakar mulai dari bawah dan menjalar kebagian atas. Pada saat pembakaran melewati barisan lubang pertama yang ditandai dengan bara merah yang nampak dari lubang, maka lubang pada baris pertama ditutup sedangkan lubang pada bagian atasnya dibuka, demikian selanjutnya sampai pada lubang yang terakhir. Proses pengarangan dianggap telah selesai (sekitar 2 jam) apabila asap yang keluar dari celah lubang sedikit. Pada saat itu semua lubang yang ada pada kiln drum ditutup, hal ini untuk menghindari terjadinya pembakaran secara berlanjut sehingga arang yang sudah terbentuk tidak terus terbakar menjadi abu.
h=85cm
4
Selanjutnya kilndrum dibiarkan menjadi dingin. Pendinginan dilakukan selama kurang lebih 3 jam. Setelah kilndrum dingin maka tutup bisa dibuka dan arang bisa dikeluarkan untuk dipisahkan dari abu. Arang yang sudah dingin selanjutnya dikemas dalam plastik.
Penggilingan dan penyaringan
Arang ampas tebu yang sudah jadi kemudian digiling atau bisa ditumbuk dan disaring pada ukuran lolos 80 mesh. Penggilingan dilakukan memakai mesin giling. Penyaringan digunakan alat saring dengan ukuran disesuaikan.
Persiapan dan Pencampuran perekat
Tepung tapioka ditimbang, lalu dicampur dengan air dengan perbandingan konsentrasi perekat dan air adalah 1 : 10. Sambil dipanaskan dan diaduk diatas kompor hingga perekatnya homogen. Arang yang telah disaring dicampur dengan perekat tapioka dengan perbandingan sebanyak 2.5% dan 5% dari serbuk arang . Campuran arang dan perekat selanjutnya dibuat briket. Proses pembuatan briket ampas tebu yang dilakukan dalam penelitian ini terdiri dari 3 perlakuan. Perlakuan tersebut dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Perbandingan penambahan perekat tapioka dalam pembuatan briket arang dari ampas tebu
Sampel Massa serbuk arang Perekat tapioka Ukuran serbuk
A 250 gram 2.5% 80 mesh
B 250 gram 5% 80 mesh
C 200 gram 5% <80 mesh
Pencetakan dan pengempaan
5
Pengujian
Pengujian Kadar Air
6
ρ = m/V
7
Laju Pembakaran Briket
8
Tabel 2 Hasil rata-rata sifat fisik briket arang limbah tebu
Komposisi bahan perekat
Sifat briket arang Air
(%)
Abu (%)
Zat Menguap
(%)
Karbon Terikat (%)
9
Gambar 3 Kadar abu briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B) dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh
Kadar Abu
Kadar abu merupakan bahan sisa dari pembakaran yang sudah tidak memiliki nilai kalor atau tidak memiliki unsur karbon lagi. Salah satu unsur penyusun abu adalah silika. Pengaruh kadar abu terhadap kualitas briket arang kurang baik, terhadap nilai kalor yang dihasilkan kandungan kadar abu yang tinggi dapat menurunkan nilai kalor briket arang, sehingga akan menurunkan kualitas briket arang.
Berdasarkan Tabel 2, hasil penelitian dengan bahan baku yang sama tetapi berbeda perlakuan tambahan perekat tapioka, kadar abu terendah sebesar 9.688% terdapat pada briket arang dengan perekat tapioka 2.5% sedangkan tertinggi sebesar 10.713% pada briket arang dengan tambahan perekat tapioka 5%.
Kadar Zat Menguap
Pada Tabel 2 hasil kadar zat menguap briket arang yang dihasilkan antara lain 19.479% , 20.098, dan 20.508% . Kadar zat menguap terendah terdapat pada briket arang dengan komposisi perekat tapioka 5%. Tinggi rendahnya kadar zat menguap dan kerapatan massa briket arang yang dihasilkan dipengaruhi oleh bahan baku dengan penambahan konsentrasi perekat tepung tapioka yang pas. Kandungan kadar zat menguap yang tinggi akan menimbulkan asap yang lebih banyak pada saat briket arang dinyalakan. Hal ini disebabkan oleh adanya reaksi antara karbon monoksida (CO) dengan turunan alkohol yang ada pada arang.
10
Gambar 4 Kadar zat menguap briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B) dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh (C)
Kadar Karbon Terikat
Kadar karbon terikat merupakan fraksi karbon yang terikat di dalam arang selain fraksi air, zat menguap, dan abu. Keberadaan karbon terikat di dalam briket arang dipengaruhi oleh nilai kadar abu dan kadar zat menguap. Kadar karbon terikat akan bernilai tinggi apabila nilai kadar abu dan kadar zat menguap pada briket arang rendah. Kadar karbon terikat berpengaruh terhadap nilai kalor bakar arang. Nilai kalor briket arang akan tinggi apa bila nilai kadar karbon terikat pada briket tinggi. Pada Tabel 2 terlihat bahwa kadar karbon terikat tertinggi sebesar 70.307% pada briket arang dengan arang ukuran 80 mesh dengan konsentrasi perekat 5% .
11
Kerapatan
Gambar 6 Kerapatan briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B), dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh (C).
Kerapatan briket arang berpengaruh terhadap kualitas briket arang. Besar kecilnya kerapatan dipengaruhi oleh ukuran dan kehomogenan arang penyusun briket tersebut. Nilai kerapatan yang dihasilkan antara lain 0.339 g/cm3 , 0.335 g/cm3, 0.384 g/cm3 Kerapatan ini memenuhi kualitas briket arang Indonesia (0.4407 g/cm3). Serbuk arang yang tidak lolos ukuran 80 mesh tidak mempunyai ikatan antara serat yang kompak dan kuat karena serbuk yang besar mempunyai luasan permukaan yang sempit. Hal ini menyebabakan nilai kerapatan briket sedikit lebih rendah. Berbeda dengan serbuk arang dengan ukuran 80 mesh memiliki luasan bidang permukaan ikatan antar serbuk bertambah. Hal ini menyebabkan ikatan anatar serbuk menjadi lebih kompak dan kuat sehingga dapat meningkatkan kerapatan briket arang.
Ukuran arang serbuk yang lebih halus dan seragam dibandingkan dengan arang dengan ukuran tak sama mengakibatkan ikatan antar partikel arangnya lebih maksimal. Kecenderungan terdapatnya ruang-ruang kosong antar partikel sangat kecil. Partikel arang yang ukurannya lebih kasar dan tidak seragam memungkinkan turunnya nilai kerapatan briket arang karena ikatan antar partikelnya tidak maksimal.
Keteguhan Tekan
12
Gambar 7 Keteguhan tekan briket arang dengan konsentrasi tepung tapioca sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B), dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh (C).
Pada Tabel 2 keteguhan tekan yang dihasilkan pada briket arang dengan komposisi penambahan perekat tepung tapioka berkonsentrasi berbeda mempunyai nilai yang berbeda pula. Nilai keteguhan tekan pada briket arang dengan konsentrasi perekat 2.5% sebesar 52.04 kg/cm2. Adapun nilai keteguhan tekan pada briket arang dengan konsentrasi perekat 5 % arang halus dan kasar sebesar 68.04 kg/cm2 dan 82.04 kg/cm2.
Nilai Kalor Bakar
13
Gambar 9 Lamanya waktu nyala api briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B), dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh (C).
Gambar 10 Laju pembakaran briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B), dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh (C).
Lamanya Waktu Nyala Api
Pengamatan lama waktu nyala api menggunakan briket arang sebanyak 45g. Berdasarkan hasil pengamatan yang dilakukan terhadap nyala api untuk briket arang dengan konsentrasi 2.5% menyala selama 31:28 menit. Adapun lama waktu menyala briket arang dengan konsentrasi 5% ukuran 80 mesh dan kurang dari 80 mesh berturut-turut selama 34:04 menit dan 28: 56 menit.
Laju pembakaran
Laju pembakaran briket arang diperoleh dengan membandingkan massa briket arang dengan lama waktu nyala api. Hasil yang diperoleh
14
Gambar 11 Efisiensi briket arang dengan konsentrasi tepung tapioka sebanyak 2.5% ukuran 80 mesh (A), 5% ukuran 80 mesh (B), dan 5% ukuran kurang dari 80 mesh (C).
menunjukkan bahwa briket arang konsentrasi 2.5% sebesar 1.439 g/menit, briket arang 5% ukuran 80 mesh sebesar 1.322 g/menit dan briket arang 5% ukuran kurang dari 80 mesh sebesar 1.575 g/menit. Perbedaan komposisi perekat pada masing-masing briket tidak begitu berpengaruh jauh. Tetapi ukuran serbuk yang seragam atau tidaknya dapat mempengaruhi laju pembakaran.
Efesiensi
Efesiensi energi briket arang didapat dengan menguji 100 g briket arang untuk mendidihkan 500 ml air. Hasil penelitian menunjukkan bahwa efesinesi energi pada briket arang limbah tebu 2.5% dan 5% ukuran 80 mesh sebesar 37.7% dan 37.9%. Adapun efisiensi energi pada briket arang 5% ukuran kurang dari 80 mesh sebesar 38.09%. Nilai efesiensi briket arang yang dihasilkan meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi perekat tepung tapioka. Hal ini disebabkan oleh meningkatnya nilai kalor arang briket dengan variasi konsentrasi perekat dan ukuran serbuk arang.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Proses pengolahan limbah tebu dapat menghasilkan produk yang bermanfaat berupa arang yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan briket arang. Proses pembakaran untuk menjadikan bahan menjadi arang harus dilakukan dengan metode yang tepat dan benar. Penambahan perekat pada pembuatan briket arang sangat dibutuhkan agar briket yang dihasilkan memiliki keteguhan yang besar dan kerapatan yang kecil. Sifat fisik briket arang mempengaruhi tinggi rendahnya nilai kalor
15 briket arang. Briket arang yang dihasilkan dapat digunakan sebagai bahan baku rumah tangga sebagai pengganti bahan bakar alternatif.
16
DAFTAR PUSTAKA
1. Vinancia E. Pemanfaatan limbah padat proses sintesis furfural dengan material awal ampas tebu sebagai bahan pembuatan bahan bakar briket. UNESA journal of chemistry Vol 2 No 3 September 2013
2. Nisandi. Pengolahan dan pemanfaatan sampah organik menjadi briket arang dan asap cair. Yogyakarta ; ISSN : 1978-9777
3. Agus T. Karakteristik briket arang dari campuran serbuk gergaji kayu afrika dan sengon dengan penambahan tempurung kelapa. Bogor: Departemen Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor. 2006
4. Subroto. Karakteristik pembakaran biobriket batubara, ampas tebu dan jerami. Jurnal Media Mesin Vol 7 No 2 Juli 2006;47-54
5. Habiburahmat. Pemeberian langsung pada tanggal 1 juli 2014
6. Wahyudi. Karakteristik pembakaran biobriket dari campuran batubara dan limbah padat pertanian. Jurnal Ilmiah Semesta Vol 10 No 2 2007; ISSN 178-191
7. Hartoyo J, Roliado H. Pembuatan Briket Arang dari Lima Jenis Kayu Indonesia. Pusat Penelitian Hasil Hutan. Report No 103. Bogor 1987 8. Sudrajat R. Pengaruh Bahan Baku, Jenis Perekat, dan Tekanan Kempa
Terhadap Kualitas Briket Arang. Laporan No 165. Pusat Penelitian dan Pengembangan hasil Hutan. Bogor.1983
9. Capah A. G. Pengaruh konsentrasi perekat dan ukuran serbuk terhadap kualitas briket arang dari limbah kayu manglum. [Skripsi]. Departemen Kehutanan. Fakultas Pertanian. Univeristas Sumetara Utara. Medan. 2007
10.Sanotsa, Misiaini R., dan Swara Pratiwi A. Studi Variasi Komposisi Bahan Penyusun Briket Arang dari Kotoran Sapi dan Limbah Pertanian. 2013
11.Hendra D. Pembuatan Briket Arang dari Campuran Kayu, Bambu, Sabut
17
LAMPIRAN
Lampiran 1 Tabel Perbandingan Mutu Briket Berdasarkan SNI
Parameter
SNI no. 1/6235/2
000
Komposisi
Kesimpulan 2.5%
A
5% B
5*% C
Kadar Air (%) ≤ 8 1.105 1.349 1.557 Sesuai SNI
Kadar Abu (%) ≤ 8 9.866 10.713 10.508 Tidak sesuai SNI
Kadar Karbon (%) ≥ 65 70.044 70.307 68.983 Sesuai SNI
Nilai Kalor (kal/g) ≥ 5000 6187 6202 6219 Sesuai SNI
18
Lampiran 2 Dokumentasi Penelitian
ojojoj
(a) (b)
(c) (d)
19
Keterangan :
(a) = Limbah Tebu
(b) = Persiapan sebelom pembakran (c) = klin drum saat pengarangan
(d) = arang limbah tebu setelah pembakaran (e) = arang setelah di giling masih kasar (f) = arang lolos 80 mesh
(g) = briket di atas cetakan
20
