BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Energi
Energi mempunyai peranan penting dalam pencapaian tujuan sosial, ekonomi danlingkungan untuk pembangunan berkelanjutan serta merupakan pendukung bagi kegiatan ekonomi manusia. Penggunaan energi di Indonesia meningkat pesatsejalan dengan pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk. Sumber energi secara sederhana dapat didefinisikan sebagai kekayaan alam yang akan memberikan sejumlah daya dan tenaga apabila diproses dan diolah serta bisa dinikmati oleh masyarakat luas di dalam penyebarannya (Kurniawan dan Marsono, 2008). Dan salah satu konsep dasar yang penting mengenai energi ialah energi tidak bisa diciptakan maupun dimusnahkan namun bisa dikonversi dari satu bentuk ke bentuk lainnya.
2.2. Energi Terbarukan
Sektor energi terbarukan baru mulai berkembang dan ini adalah alasan utama mengapa energi terbarukan masih sulit bersaing dengan bahan bakar fosil khusus nya di Indonesia sendiri meski sumber enrgi terbarukan melimpah. Namun seiring berjalan nya waktu dan ada banyak alasan mengapa energi terbarukan menjadi pilihan, diantaranya bersifat netral karbon, kebanyakan tidak menimbulkan polusi dan semakin mendapatkan dukungan dari berbagai LSM untuk menggantikan solusi energi tidak terbarukan berbasis bahan bakar minyak. Selain itu teknologi ini dalam masyarakat perdesaan bisa memberikan peluang kemandirian kepada masyarakat perdesaan untuk mengelola dan mengupayakan kebutuhan energi mereka sendiri beserta solusinya, contoh energi trbarukan yang banyak tersedia diIndonesia misal nya biomassa, air, angin, matahari. Bahkan Indonesia memiliki banyak gunung aktiv yang berpotensi membrikan energi panas bumi. Energi terbarukan adalah energi yang pada umumnya sumber daya nonfosil yang dapat diperbaharui atau bila dikelola dengan baik maka sumber dayanya tidak akan habis (Bakti, 2010). Konsep energi terbarukan mulai dikenal pada tahun 1970-an sebagai upaya untuk mengimbangi pengembangan energi berbahan bakar fosil.
harganya dan hanya masalah waktu energi terbarukan akan memiliki harga yang kompetititanpa subsidi dibandingkan bahan bakar tradisional.
2.3. Biomassa
Dewasa ini biomassa telah menjadi sumber energi yang dapat diperbaharui yang paling populer saat ini terlebih biomassa merupakan salah satu bentuk energi alternatif yang sangat cocok untuk dikembangkan diIndonesia. Hal ini terlihat dari melimpahnya sumber bahan bakar biomassa diIndonesia seperti cangkang karet, kulit kelapa dan limba-limbah tumbuhan lain nya salah satu nya adalah kulit kakao yang selama ini masih belum dimanfaatkan secara maksimal.
Tabel 2.1 Potensi Biomassa di Indonesia
( Sumber : Bahrulj, 2013 )
2.4. Kakao
Tanaman kakao merupakan salah satu anggota genus Theobroma dari familia Sterculaieeae yang banyak dibudidayakan. Kakao merupakan salah satu komoditas andalan perkebunan yang peranannya cukup penting bagi perekonomian nasional pada umum nya, diprovinsi lampung sendiri tanaman kako cukup diminati oleh masyarakat lampung selain tanah sebagian tanah diprovinsi lampung ini yang cocok untung tamanan kakao proses perawatan kakao juga cukup mudah. Slain itu manfaat buah kako juga banyak sehingga harga jual nya relatif tinggi dan stabil hal ini yang menyebabkan tanaman kako banyak diminati diindonesia.
Gabar 2.1 Limbah buah kakao
pod kakao sebesar 75,67 %, persentase biji dan pulp 21.74 %, persentase Plasenta 2,59 %.
2.5. Bio Arang
Arang merupakan bahan padat yang berpori dan merupakan hasil pengarangan bahan yang mengandung karbon.
Sedangkan, bioarang merupakan arang (salah satu jenis bahan bakar) yang dibuat dari aneka macam bahan hayati atau biomassa, misalnya kayu, ranting, daun-daunan, rumput, jerami, ataupun limbah pertanian lainnya.
Arang umumnya didapatkan dengan memanaskan kayu, gula, tulang, dan benda lain. Energi biomassa yang diubah menjadi energi kimia inilah yang disebut dengan bioarang.
2.6. Karbonisasi
Karbonisasi adalah pemanasan suatu matrial organik pada temperatur lebih tinggi tanpa oksigen yang cukup (jumlah oksigen dibatasi) untuk menghasilkan arang (Enny sholichah dkk, 2010). Proses karbonisasi bertujuan untuk menghilangkan unsur unsur bukan karbon seperti hidrogen dan oksigen, pada proses nya karbonisasi dimulai pada suhu 150 ℃
Jumlah oksigen lebih banyak pada proses karbonisasi dibandingkan proses pirolisis. Selain jumlah oksigen yang berbeda yang membedakan proses pirolisis dan karbonisasi adalah temperatur dan produk yang dihasilkan.
2.7. Pirolisis
Peroses pirolisi didefinisikan sebagai degradasi termal dari matrial padat (biomassa) pada kondisi udara / oksigen terbatas dan dari proses ini dihasilkan gas, tar dan char (Bilasi, 2008). Untuk menghasilkan ketiga produk tersebut ada beberapa tipe pirolisis yang dapat digunakan tergantung produk mana yang diinginkan. Untuk menghitung sisa padatan di tabung bahan baku di gunakan rumus sebagai berikut.
Persentase padatan sisa = WWf
i x 100 % ( Sumber : Belenio, 2005 )
Keterangan :
Wi = Berat awal biomassa
Pada proses pirolisis ada beberapa faktor yang mempengaruhi proses pirolisis baik dari hasil atau waktu pembakarannya. Faktor utama yang mempengaruhi pirolisis adalah sebagai berikut:
1. Bahan baku
Adya Putra (2015) dalam skripsinya telah meneliti tentang pengaruh jenis biomassa terhadap temperatur api yang dihasilkan pada proses pembakaran menggunakan klin/slinder pembakaran. Biomassa yang digunakan yaitu sekam padi dan kulit kelapa muda. Pada penelitian ini diperoleh temperatur api yang berbeda antara kedua bahan tersebut. Untuk kulit kelapa muda degan temperatur api tertinggi mencapai 430℃ dengan waktu 60 menit, sedangkan untuk sekam padi temperatur api tertinggi yang diperoleh mencapai 123℃ dengan waktu 60 menit.
2. Temperatur
Temberatur pada proses pirolisis sangat berpengaruh terhadap hasil yang akan dicapai misalnya pirolisis lambat (400℃) waktu pemanasan lama (>15 menit) untuk produksi biochar dalam bentuk padatan
3. Waktu
4. Tipe pirolisis
(Suryo Aji Wibowo, 2011), tipe pirolisis mempengaruhi hasil yang diperoleh dari proses pirolisis. Pirolisis cepat menghasilkan lebih banyak minyak daripada hasil padatan dan gasnya. Pirolisis lambat menghasilkan hasil minyak, gas, dan padatan yang hampir seimbang.
Pada proses pirolisis, perbandingan persentase ketiga produk tersebut char (berwujud pada), tar (berwujud cairan) dan gas sangat tergantung pada beberapa kondisi operasi, di antaranya adalah temperatur akhir proses pirolisis dan lama penahanan temperatur akhir (bolding time). Proses ini biasanya dapat dibagi menjadi 3 jenis yang berbeda misalnya:pirolisis lambat, menengah dan cepat. Dalampirolisis cepat (suhu tinggi 600℃) dan waktu pemanasan singkat (<5 menit) produk paling dominan yang dihasilkan adalah dalam bentuk cairan ( bio-oil/minyak),gasifikasi suhu lebih tinggi (>800℃) untuk memaksimalkan produksi gas, sedangkanpirolisis lambat (400℃) waktu pemanasan lama (>15 menit) untuk produksi biochar dalam bentuk padatan. Ketiga prosespirolisis tersebut akan menghasilkan komposisi produk akhir yang berbeda beda pula. Proporsi komponen produk akhir padat.
sudah terbakar semua sehingga tidak ada bahan baku yang belum menjadi arang.
5. Ukuran partikel
Hasil dari padatan akan meningkat sedangkan hasil dari volatil dan gas akan menurun ketika ukuran partikel meningkat. Fenomena ini adalah konsekuensi dari penurunan temperatur pada setiap posisi radial dengan adanya peningkatan pada ukuran partikel. Menurut (arif, 2015 ) penggunaan ukuran partikel yang terlalu besar akar memperlambat proses pembakaran contoh nya kulit durian sedangkan ukuran parttikel bahan baku yang terlalu kecil misal nya serbuk kayu membuat proses pembakaran terlalu cepat sehingga arang yang diharapkan labih banyak yang menjadi abu jika menggunakan ukuran partikel yang terlalu kecil , ukuran limbah biomassa kulit kakao dinilai sudah pas sehingga tidak perlu dicacah terlebih dahulu
6. Kadar air
Dalam penelitian ini penguji tidak menguji kadar air bahan baku terlebih dahulu namun dalam proses penjemuran biomassa dilakukan selama 7 hari dan secra bersama sama setelah itu biomassa diaduk dan mendapatkan perlakuan yang sama.
2.8. Pengaruh perbandingan jumlah tabung bahan baku
Perbandingan jumlah tabung bahan baku akan berpengaruh terhadap beberapa hal diantara nya proses pembakaran hal ini disebabkan karna luas permukaan masing-masing tabung berbeda hal ini kemungkinan berpengaruh terhadap waktu pembakaran.
Tabung bahan baku yang berjumlah satu memiliki luas permukaan paling kecil hal ini menyebabkan kemungkinan proses pembakaran akhir nya lebih lambat karena luas permuaan tabung lebih sedikit sedang panggunaan 3 buah tabung kemungkinan pembakaran akhir nya lebih cepat hal ini disebabkan karna luas permukaan tiga tabung lebih banyak.
Slain pada proses pembakaran perbandingan jumlah tabung bahan baku akan berpengaruh terhadap temperatur bahan baku dan jumlah arang yang dihasilkan.
2.9. Perpindahan panas
Perpindahan panas dapat didefenisikan sebagai berpindahnya energi darisatu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat dari beda suhu antara daerah–daerah tersebut (Syerly Klara, 2008). Secara umum ada tiga cara perpindahan panas yang berbeda yaitu : konduksi (conduction), radiasi (radiation) dan konveksi (convection) dikenal dengan istilah ilian.
2.9.1. Konduksi/Hantaran (Conduction)
menempel), tanpa terjadi perpindahan molekul-molekul dari benda padat itu sendiri (Djokosetyadjo,2003). Suhu elemen suatu zat sebanding dengan energi kinetik rata– rata molekul–molekul yang membentuk elemen itu. Energi yang dimiliki oleh suatu elemen zat yang disebabkan oleh kecepatan dan posisi relative molekul–molekulnya disebut energi dalam. Perpindahan energi tersebut dapat berlangsung dengan tumbukan elastic (elastic impact), misalnya dalam fluida atau dengan pembauran(difusi/diffusion) elektron – elektron yang bergerak secara cepat dari daerah yang bersuhu tinggi kedaerah yang bersuhu lebih rendah (misalnya logam). Konduksi merupakan satu – satunya mekanisme dimana panas dapat mengalir dalam zat padat yang tidak tembus cahaya.
Hubungan dasar untuk perpindahan panas dengan cara konduk sidiusulkan oleh (Djokostyadjo, 2003). Hubungan ini menyatakan bahwa qk, laju aliran panas dengan cara konduksi dalam suatu bahan, sama dengan hasil kali besaran berikut :
qk
=
ks. A . (
Td1−Td2)
Dimana :
qk
=
Jumlah panas yang dirambatkan( Watt)K = Konduktivitas termal (W/K) S = Tebal benda yang dipanaskan ( m)
A = Luas dinding yang merampatkan panas ¿) Td1=¿Temperatur dinding satu (K)
Nilai koefisian berbeda-beda tergantung matrial atau media yang menjadi penghantar panas itu sennndiri.
Tabel 2.3 Besaran Konduktivitas Termal k.
Sumber : (Syerly Klara, 2008).
2.9.2. Radiasi/Pancaran (Radiation)
Radiasi atau pancaran adalah perpindahan panas antara suatu benda kebenda yang lain dengan jalan melalui gelembang-gelombang elektromagnetik kepada ada atau tidaknya media atau zat diantara benda yang menerima pacaran panas tersebut (Djokosetyadjo, 2003). Intensitas pancaran tergantung pada suhu dan sifat permukaan . Energi radiasi bergerak dengan kecepatan cahaya (3x108 m/ s) dan gejala – gejalanya menyerupai radiasi cahaya. Menurut teori elektromagnetik, radiasi cahaya dan radiasi termal hanya berbeda dalam panjang gelombang masing – masing.
2.9.3. Konveksi/Ilian (Convection)
Bila gerakan mencampur berlangsung semata – mata sebagai akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh gradien suhu, maka disebut konveksi bebas atau alamiah (natural). Bila gerakan mencampurdisebabkan oleh suatu alat dari luar seperti pompa atau kipas, maka prosesnyadisebut konveksi paksa.
2.10. Pembakaran
Secara umum pembakaran dapat di denifisikan sebagai proses atau reaksi oksidasi yang sangat cepat antara bahan bakar padat, sebagai berikut:
Bahan Bakar Padat + O2 → Gas Buang + Abu - ᴧh
Olehsebabitudi setiappembakarandiperlukanbahanbakar, zatasamdansuhu yang cukuptinggiuntukawalpembakaran. Peroses pembakaran padatan terdiri dari beberapa tahapan seperti pemanasan, pengeringan, devolatilisasi dan pembakaran arang. Selama proses devolatisasi, kandungan volatile akan keluar dalam bentuk gas seperti : CO, C O2, CH4 dan H2. (Pengmei, 2004).
2.11 Keselamatan Kerja dan Resiko kegagalan Penggunaan Alat
2.11.1. Keselamatan kerjaa dan pelindungan diri dalam penggunaan alat
Dalam penggunaan alat ada beberapa proses atau perlakukan agar proses kerja berjalan lancar diantaranya :
a. Menggunakan pakaian kerja (warepack)
b. Menggunakan mascer untuk meminimalisir asap yang terhirup
c. Sower/semprotan untuk memadamkan bara sbelum mengangkat arang yang dihasilkan
d. Sarung tangan las untuk mengangkat tabung bahan baku setelah selesai proses pembakaran
e. Alas kaki (sepatu) meminimalir terjadi nya bahaya jika mengijak arang yang masih panas
2.11.2. Potensi kegagalan dan kecelakaan kerja dalam penggunaan alat
Pada setiap proses kerja selalu ada kemungkinan kecelakaan kerja dan kendala atau kegagalan dalam penggunaan alat produksi. Berikut adalah macammacam kemungkinan kecelakaan kerja dan kegagalan dalam proses produksi arang :
a. Dalam proses pembuatan arang acuan yang digunakan saat selesainya proses produksi adalah turun nya temperatur sedangkan alat pengukur temperatur yang digunakan adalah termokopel sehingga ketika ada pemadaman listrik hal ini akan menggu jakan nya proses produksi atau bahkan kegagalan dalam proses produksi. b. Proses produksi yang dilakukan diruangan terbuka sangat bergantung berdasarkan
cuaca yang ada sehingga diperlukan ruangan yang beratap namun tetap terbuka sehingga proses produksi tidak bergantung pada cuaca yang ada.
