ARTIKEL PUBLIKASI ILMIAH
BIDANG TEKNOLOGI
EVALUASI PEMBAKARAN BRIKET BIOARANG SERBUK KAYU
PADA KOMPOR BRIKET
Oleh :
Yeremias M. Pell, ST., M.Eng (Ketua Pelaksana) Ishak S. Limbong, ST., M.Eng (Anggota Pelaksana) Wenseslaus Bunganaen, ST., M.T. (Anggota Pelaksana)
Dibiayai oleh Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Sesuai Dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Penugasan
Program Pengabdian Kepada Masyarakat Nomor : 014/SP2H/KPM/DIT.LITABMAS/III/2012
Tanggal : 6 Maret 2012
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS NUSA CENDANA
2012
EVALUASI PEMBAKARAN BRIKET BIOARANG SERBUK KAYU PADA KOMPOR BRIKET
Oleh.
Yeremias M. Pell, Ishak S. Limbong, Wenseslaus Bunganaen1)
1)
Dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknik Universitas Nusa Cendana
Abstrak.
Tujuan pelaksanaan kegiatan Iptek bagi Masyarakat (IbM) dalam tulisan ini yaitu secara khusus agar mitra masyarakat dapat membuat briket dari bahan serbuk kayu gergajian dan dapat memasarkannya kepada khalayak umum. Hal ini disebabkan karena harga minyak tanah yang mulai meningkat sehingga perlu dicarikan alternatif bahan bakar rumah tangga sebagai penggantinya, apalagi jika subsidi minyak tanah ini dicabut. Maka setelah briket dihasilkan perlu dilakukan studi evaluasi untuk mengetahui kualitas briket tersebut. Evaluasi yang dilakukan yaitu dengan uji pembakaran briket pada kompor briket yang sudah dihasilkan dari kegiatan IbM ini. Sebagai parameter dalam pengujian ini yaitu temperatur api dan waktu yang dibutuhkan air untuk mendidih.
Adapun bentuk briket yaitu silindris dengan lubang tengah. Tinggi briket 6 cm, diameter briket 3 cm dan diameter lubang tengah briket sekitar 0.8 cm. Pembakaran menggunakan 10 briket. Waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan nyala api yang stabil yaitu 10 menit pertama. Hasil pengujian di lapangan, diperoleh fakta bahwa untuk mendidihkan air 1,2 liter dicapai dalam waktu 12 menit setelah nyala stabil, dengan temperatur api pada saat air mendidih yaitu 6520C. Untuk mendidihkan air dengan volume yang sama selanjutnya terjadi pada menit ke 25 dengan temperatur api 3640C dan menit ke 44 dengan tempertaur api 2470C. Sedangkan pada waktu selanjutnya air sudah tidak dapat mendidih lagi karena 90 % briket sudah habis menjadi abu. Hasil ini masih berada di bawah waktu yang dicatat jika menggunakan minyak tanah dengan kompor hock, dimana tempertur api relatif stabil pada 452
0
C dan dapat mendidihkan air dengan volume yang sama setiap 5 menit.
Dari hasil yang diperoleh ini, dapat disimpulkan bahwa walaupun masih terdapat kelemahan namun penggunaan briket bioarang serbuk kayu gergajian sudah dapat dijadikan bahan baker alternative pengganti minyak tanah di wantu yang akan datang.
I. Pendahuluan
Ada macam-macam bahan bakar kebutuhan rumah tangga yaitu kayu bakar, minyak tanah, gas LPG, listrik dan briket. Penggunaan bahan bakar ini sangat tergantung pada konsumennya. Jika di beberapa tempat di Indonesia penggunaan gas LPG dan listrik menjadi faforit sebagai bahan bakar rumah tangga, lain halnya dengan di NTT. Saat ini minyak tanah masih menjadi bahan bakar utama untuk rumah tangga di NTT khususnya Kota Kupang. Kayu bakar menempati posisi kedua dalam penggunaannya dan dikuti oleh gas LPG dan listrik.
Saat ini saja di Kota Kupang, misalnya; berdasarkan pantauan di beberapa agen penjual minyak tanah, harga minyak tanah yang seharusnya Rp 3000 per liter menurut harga eceran tertinggi (HET), ternyata dijual dengan harga berkisar Rp 3500 sampai Rp 4000. Sedangkan jika dijual berkeliling menggunakan kendaraan bermotor roda dua atau dengan gerobak maka harga minyak tanah per liternya mencapai Rp 5000. Salah satu penyebabnya adalah karena ketersediaan bahan bakar ini sudah mulai berkurang di Kota Kupang. Masyarakat terpaksa harus membeli dengan harga tersebut. Berdasarkan fakta-fakta ini maka usaha yang patut dilakukan adalah mencari bahan bakar alternatif yang lebih murah, ramah lingkungan dan yang terpenting pula yaitu dapat diperbaharui.
Salah satu yang akan diperkenalkan dalam kegiatan Ipteks bagi Masyarakat (IbM) ini adalah bahan bakar yang berasal dari serbuk kayu gergajian dalam bentuk briket bioarang. Pemilihan jenis bahan bakar alternatif ini karena serbuk kayu merupakan limbah industri yang banyak namun dibuang begitu saja sehingga tidak bernilai secara ekonomis. Benar bahwa selama ini serbuk kayu gergajian juga sudah dimanfaatkan seperti menjadi bahan baku kompos, sebagai alas lantai pada ternak ayam potong dan sebagai bahan bakar biomas dengan tungku anglo dan lain sebagainya Sebagai bahan bakar biomass ternyata masih menimbulkan banyak asap hitam dan menyebabkan peralatan memasak menjadi hitam/gosong.
pun rendah. Akibat selanjutnya adalah proses memasak menjadi lebih lama dan banyak asap hitam menyebabkan panci, wajan atau peralatan masak lainnya menjadi hitam bahkan dinding ruangan pun bisa menjadi hitam. Sedangkan bahan bakar dari briket bioarang, hampir tidak ditemukan asap dan bau dari proses pembakarannya. Selain itu nilai kalornya pun cukup tinggi yaitu dapat mencapai 5000 kal/gr sehingga proses memasak menjadi lebih cepat dibandingkan dengan kayu bakar ataupun biomas dari serbuk kayu itu..
Oleh karena itu perlu dikembangkan bahan bakar briket bioarang ini dan cara pembuatan briket bioarang serbuk gergaji kayu yang bukan saja untuk kepentingan kelompok usaha ini tetapi juga untuk kepentingan masyarakat banyak. Untuk mebuktikan keberhasilan dari briket maka hal penting dilakukan yaitu evaluasi kualitas briket dengan pengujian pembakaran dimana variabel yang diuji yaitu temperatur nyala api dan waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan air sebanyak 1,2 liter.
II. Materi dan Metode
2.1. Kajian pustaka
Beberapa kriteria briket yang baik sebagai bahan bakar antara lain tidak menghasilkan asap, tidak berbau atau emisi gas yang dihasilkan tidak mengandung racun, tidak berjamur jika disimpan dalam waktu yang lama, menunjukkan upaya laju pembakaran, waktu dan temperatur pembakaran yang baik. Jika criteria ini terpenuhi maka dapat dipastikan bahwa nilai kalor dari briket tyersebut cukup tinggi. Menurut Standar Nasional Indonesia (SNI), nilai kalor briket adalah 5000 kal/gr.
Yudanto dan Kusumaningrum, 2010, melaporkan dalam risetnya bahwa dari serbuk kayu dapat juga dihasilkan bahan bakar yang bebas asap dan bebas bau. Bahan bakar tersebut adalah briket bioarang serbuk gergaji kayu. Keunggulan dari briket bioarang dibandingkan dengan bahan bakar lainnya adalah; pertama, briket bioarang mempunyai nilai kalor yang cukup tinggi, dapat mencapai 5000 kal/g. Sebagai pembanding: kayu kering 4491,2 kal/g, batu bara tua 6999,5 kal/g, minyak tanah 10224,6 kal/g dan gas elpiji 9722,9 kal/g. Wijayanti, 2009 juga melaporkan dalam risetnya bahwa briket bioarang dari bahan serbuk gergajian dengan cangkang kelapa sawit dapat menghasilkan nilai kalor yang tinggi yaitu dapat mencapai 6117,66 kal/gr. Demikian juga hasil riset yang dilakukan Purba, 2012, diperoleh hasil bahwa briket bioarang dari bahan tempurung kelapa yang dikombinasikan dengan kulit ubi kayu, nilai kalornya dapat mencapai 6537 kal/gr pada perbandingan 7:1:4 dengan ukuran serbuk yaitu 10 mesh.
Hasil-hasil di atas menunjukkan bahwa nilai kalor yang dihasilkan briket bioarang lebih tinggi dari biomassa sehingga proses memasaknya pun lebih cepat, bebas asap dan tidak berbau. Proses memasak yang cepat disebabkan karena tempertur nyala api yang dihasilkan dari briket bioarang cukup tinggi. Hal ini disampaikan oleh Himawanto, 2005, yaitu karakteristik pembakaran terbaik dari briket sampah kota 90 % organik yang diteliti terjadi pada kondisi karbonasi pada 120 oC dengan temperatur mulai terbakar pada 176,3 oC, dengan peak temperatur yang dicapai sebesar 448,8oC.
2.2. Kualitas briket
Untuk mendapatkan briket bioarang yang baik maka perlu diperhatikan beberapa hal sebagai berikut:
1. Proses karbonisasi
oksigen yang masuk dalam ruang karbonisasi, dan asap yang keluar ruang karbonisasi. Suatu pembakaran sempurna jika hasil akhir pembakarannya adalaha abu. Abu yang dihasilkan ini sudah tiak lagi memliki energi. Sedangkan dalam pembuatan briket, yang dibutuhkan dalam proses karbonisasi yaitu arang, karena di dalam arang inilah masih tersisa kandungan energi yang bermanfaat. Dan dari arang inilah, briket dapat dibentuk.
2. Metode karbonisasi
Untuk membuat arang, dapat digunakan beberapa metode berikut ini:
a. Pengarangan terbuka, yaitu pengarangan tidal dalam suatu ruang tertentu. Metode ini paling murah dan cepat, tetapi memiliki resiko kegagalan atau peluang menjadi abu semakin besar. Bahan baku harus terus dijaga dan dibolak-balik agar bisa diperoleh arang yang seragam.
b. Pengarangan di dalam drum, yaitu bahan baku dimasukan ke dalam drum dan tidak perlu terus-menerus ditunggu atau dibolak-balik.
c. Pengarangan di dalam silo, yaitu bahan baku dimasukkan ke dalam silo, dalam jumlah banyak. Konstruksi silo harus dibuat sedemikian rupa sehingga memudahkan pengeluaran arang yang sudah jadi dari dalam silo. Waktu pengarangannya dijaga.
d. Pengarangan semimodern, yaitu pengarangan yang dilakukan dalam suatu ruang tertentu dan dialirkan sumber panas ke dalamnya yang berasal dari plat yag dipanasi atau batyu bara yang dibakar. Panas ini dihembuskan oleh blower ke dalam ruang pengarangannya.
e. Pengarangan super cepat, yaitu bahan baku dilewatkan pada sebuah lorong besi yang sangat panas sehingga dalam waktu singkat semua bahan baku tersebut berubah menjadi arang.
3. Ukuran serbuk arang
Untuk mendapatkan bentuk dan ukuran arang yang seragam maka setelah proses karbonisasi, bahan baku perlu digiling dan disaring menurut ukuran butir serbuk yang diiginkan.
4. Jenis bahan perekat yang digunakan
Bahan perekat digunakan agar serbuk arang dapat menyatu atau melekat satu dengan lainnya. Pemilihan jenis bahan perekat ini akan berpengaruh terhadap kualitas briket nantinya. Murah dan mudah didapat menjadi salah satu faktor pemilihannya.
5. Metode pencetakan briket
ukurannya seragam. Selain itu juga akan mendapatkan karakteristik briket yang seragam pula. Dengan bentuk dan ukuran yang seragam, akan memudahkan dalam pengemasannya. Dan semakin padat sebuah briket maka semakin tahan lama dalam pembakarannya.
6. Metode pengeringan briket
Karena pembentukan briket pasti menggunakan bahan perekat, maka pasti briket tersebut memiliki kadar air yang cukup tinggi. Karena itu dibutuhkan proses penegringan untuk mengurangi atau menghilangkan kadar air tersebut. Proses pengeringan ini dapat dilakukan dengan hanya menjemur di bawah sinar matahari atau juga dapat dilakukan dengan pengovenan pada temperature tertentu.
2.3. Pembakaran Briket
Dalam proses pembakaran briket, melewati tahapan sebagai berikut:
a. Pengeringan, yang dimaksudkan pengeringan dalam proses ini yaitu pada saat pembakaran awal, briket yang dibakar akan mengalami kenaikan temperatur yang megakibatkan menguapnya kandungan air yang masih ada di dalam briket, baik pada permukaannya maupun di dalam pori-porinya.
b. Devolatilisasi, yaitu briket sudah mulai mengalami dekomposisi setelah terjadinya pengeringan.
c. Pembakaran arang, pada tahap ini partikel bahan bakar mengalami tahapan oksidasi arang yang memerlukan 70 % - 80 % dari total waktu pembakarannya.
2.4. Metode
Metode pelaksanaan IbM terdiri dari :
a. Pembuatan alat pres briket bioarang serbuk kayu gergajian
Gambar 1. Model kompor briket
b. Pelatihan pembuatan briket bioarang serbuk kayu gergajian
Untuk pembuatan briket bioarang, peserta dilatih secara detail proses pembuatannya dengan prosedur :
1) Siapkan bahan-bahan yang dibutuhkan untuk pembuatan briket bioarang seperti serbuk kayu gergajian dan tepung kanji.
2) Proses pengarangan dengan cara menyangrai serbuk sampai menjadi arang.
3) Serbuk arang disaring menggunakan saringan dengan diameter lubang saringan sekitar 2,2 mm
4) Pembuatan lem kanji dengan cara mencampur tepung kanji ke dalam air dingin 250 ml. Campuran air kanji ini selanjutnya dimasukkan ke dalam air mendidih 750 ml. Aduk sampai terbentuk lem kanji.
5) Pembuatan adonan briket dengan cara ; masukan lem kanji ke dalam arang serbuk dengan perbandingan 1 lem kanji : 6 arang serbuk. Aduk sampai merata.
6) Setelah adonan siap, cetak briket pada alat pressnya. 7) Jemur briket selama ± 2 hari di bawah panas matahari. 8) Briket siap digunakan
9) Uji coba hasil briket dengan memasak air 1,2 liter, pada kompor briket yang sudah dimodifikasi (warna hijau dalam gambar 1)
c. Pengujian pembakaran briket bioarang
Alat : Kompor briket bioarang, Periuk kecil, Termokopel dan peralatan pendukung lainnya.
Yang dimaksudkan dengan pengujian pembakaran briket bioarang dalam tulisan ini yaitu briket bioarang sebagai bahan bakar untuk memasak air 1,2 liter. Adapun variabel yang dicari dalam pengujian ini yaitu hubungan antara temperatur nyala api dengan waktu yang dibutuhkan sampai air mendidih. Adapun langkah-langkah pengujian ini yaitu :
1. Siapkan kompor briket
2. Susun briket dalam kompor briket dengan posisi tegak, sampai penuh. (diperoleh jumlah briket yang dapat terisikan dalam silinder kompor ini sebanyak 10 biji)
3. Oleskan minyak tanah pada permukaan atas briket dengan kuas. Minyak tanah berfungsi sebagai umpan penyalaannya
4. Nyalakan briket, dan biarkan sampai penyalaan ini menjadi stabil, yang ditunjukkan dengan penyalaan sudah merata utnuk semua permukaan briket dan tidak ada lagi asap akibat pengumpanan dengan minyak tanah.
5. Mengukur temperatur awal nyala api dengan termokopel. 6. Letakkan periuk berisikan air 1,2 liter di atas kompor.
7. Mengukur dan mencatat temperatur api setiap 2 menit sampai air mendidih.
8. Ulangi kembali dari langkah ke 6 untuk memasak air selanjutnya sampai air mendidih. Berikut ini diperlihatkan beberapa gambar proses pengujian pembakaran.
a b c
Gambar 2. a. Susunan briket dalam kompor, b. Nyala api briket,
c. Pengukuran temperatur api saat memasak air 1,2 liter, menggunakan termokopel.
III. Hasil dan Pembahasan
partikel arang serbuk, nilai kuat tekan akan semakin besar pada perbandingan lem kanji dan arang serbuk tertentu. Hal ini disebabkan karena ukuran partikel yang lebih kecil akan menghasilkan rongga yang lebih kecil sehingga kuat tekan briket makin besar dan tidak mudah pecah serta tahan lama saat pembakaran. Sedangkan dari hasil riset oleh Purba 2012, mengatakan bahwa ukuran butir arang yang lebih kasar akan menghasilkan nilai kalor yang tinggi. Itu berarti pula akan menghasilkan temperatur api yang tinggi, dan memudahkan dalam proses pembakarannya, karena pada butir yang kasar, pori-pori briket lebih besar sehingga memudahkan penyerapan oksigen ke dalam briket saat proses pembakarannya.
Hasil kegiatan IbM yang lain adalah pembuatan kompor briket atau tepatnya memodifikasi kompor briket batu bara yang ada di pasaran dan dijadikan kompor briket bioarang. Sebelum dimodifikasi, briket pada kompor ini berukuran besar sesuai dengan ukuran silinder yang sekitar 20 cm diameter briktnya. Tetapi setelah dimodifikasi maka briket dengan ukuran diameter 3 cm dapat pula diletakkan ke dalam silinder pembakarannya. Kompor ini yang dipakai untuk memasak air 1,2 liter dalam pengujian ini.
Hasil pengujian ini dapat ditunjukkan pada grafik hubungan antara waktu yang dibutuhkan untuk mendidihkan air seanyak 1,2 liter dengan temperatur api briket berikut ini.
0
707
Gambar 3. Waktu yang dibutuhkan dalam pembakaran briket untuk mendidihkan air tiap 1,2 liter
Dari gambar 2 dapat dilihat jumlah waktu total yang dibutuhkan dalam pembakaran briket bioarang ini, dimana perhitungan waktu dimulai setelah penyalaan briket stabil, dengan waktu umpan penyalaan selama 10 menit pertama. Setelah itu temperatur nyala api mulai diukur. Dari hasil pengukuran yang di plotkan dalam grafik di atas diperoleh bahwa temperatur awal sebesar setelah api stabil yaitu 707 0C. Selanjutnya temperatur nyala api ini mulai menurun secara teratur dan sampai pada menit ke 44 temperatur nyala api menjadi 2470C dimana pada temperatur ini merupakan temperatur air mendidih terakhir karena sesudahnya temperatur semakin menurun dan briket bioarang hampir semuanya sudah menjadi abu, sehingga air sudah tidak mendidih lagi. Penurunan temperatur ini disebabkan karena energi yang ada di dalam briket sudah termanfaatkan menjadi panas semuanya.
Tingginya temperatur nyala api pada pembakaran briket menurut Purba, 2012 karena pada briket bioarang mempunyai nilai kalor yang tinggi dimana dapat mencapai 5000 kal/gr apalagi pada butir serbuk yang kasar sekitar 2.2 mm. Sedangkan lamanya waktu total pembakaran briket diyakini dipengaruhi oleh tingkat kepadatan atau kuat tekan dan rapat masa dari briket itu sendiri. Semakin tinggi kepadatan briket maka waktu pembakaran akan semakin lama. Dalam pembuatan briket ini, besarnya tekanan yang diberikan tidak dihitung atau pun diukur secara tepat tetapi dapat dilaporkan bahwa tekanan pada briket dilakukan dengan menggunakan dongkrak hidrolik berbobot 5 ton.
IV. Penutup
1. Kesimpulan
Dari hasil pengujian dan pembahasan ini maka dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu :
1) Bentuk briket yang dipakai dalam pengujian yaitu silinder dengan lubang tengah berdiameter 0,8 cm. Tinggi briket rata-rata 6 cm dengan diameter 3 cm. Jumlah briket untuk pembakaran sebanyak 10 biji.
2) Temperatur nyala api tertinggi diperoleh setelah 10 menit pertama yaitu saat nayala api sudah stabil, sebesar 7070C dan dengan bertambahnya waktu pembakaran selama 44 menit temperatur nyala api semakin menurun.
2. Saran
Masih banyak variabel yang perlu dikaji lebih dalam seperti variasi ukuran serbuk, variasi tekanan pada briket, massa briket, termassuk bentuk dan ukuran briket serta jenis bahan bakunya.
V. Ucapan Terima Kasih
Ucapan terimas kasih disampaikan kepada :
1. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan yang sudah memberikan dana pengabdian sehingga seluruh rangkaian kegiatan sampai dengan penulisan artikel ini diselesaikan, sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Penugasan Program Pengabdian Kepada Masyarakat Nomor : 014/SP2H/KPM/DIT.LITABMAS/III/2012.
2. Ketua LPM Undana dan Stafnya yang sudah mempercayakan kami untuk melaksanakan kegiatan IbM di tahun 2012 ini.
3. Mitra IbM kami, yang sudah bersama-sama dengan kami melaksanakan kegiatan IbM ini.
VI. Daftar Pustaka
http://indonesiaproud.wordpress.com/2011/01/03/, Eva Hapsari dan Annisa, mahasiswa uii pembuat briket serbuk gergaji sebagai bahan bakar alternatif,5 Pebruari 2011, 21.00. Suyitno dan Tri Istanto, 2005, Simulasi CFD Pembakaran Non-Premixed Serbuk Biomass Kayu
Jati, Jurnal Teknik Mesin Universitas Kristen Petra, Surabaya.
Yudanto, A dan Kusumaningrum, K., Pembuatan Briket Bioarang dari Arang Serbuk Kayu Jati, Penelitian, Jurusan Teknik Kimia , Universitas Diponogoro, 2010.
Purba, D.R, Pengaruh Kombinasi Arang Kulit Ubi Kayu dan Tempurung Kelapa Terhadap Nilai Kalor Briket Bioarang, Prosiding Seminar Nasional SAINTEK FST Undana, Nov. 2012.
