TESIS
PERFOMANSI BRIKET BIOMASSA BATOK KELAPA
MUDA DENGAN VARIASI WAKTU PENAHANAN
PADA PROSES PIROLISIS FLUIDISASI BED
MENGGUNAKAN MEDIA GAS ARGON
I WAYAN AMBARA ANTARA
PROGRAM PASCA SARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
TESIS
PERFOMANSI BRIKET BIOMASSA BATOK KELAPA
MUDA DENGAN VARIASI WAKTU PENAHANAN
PADA PROSES PIROLISIS FLUIDISASI BED
MENGGUNAKAN MEDIA GAS ARGON
I WAYAN AMBARA ANTARA NIM : 1491961001
PROGRAM MAGISTER
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCA SARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR
2016
PERFOMANSI BRIKET BIOMASSA BATOK KELAPA MUDA DENGAN VARIASI WAKTU PENAHANAN PADA PROSES PIROLISIS
FLUIDISASI BED MENGGUNAKAN MEDIA GAS ARGON
Tesis Untuk Memperoleh Gelar Magister Pada Program Magister Teknik Mesin, Program Pascasarjana Universitas Udayana
I WAYAN AMBARA ANTARA NIM : 1491961001
PROGRAM MAGISTER
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCA SARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR
2016
Lembar Pengesahan TESIS INI TELAH DISETUJUI PADA TANGGAL 15 APRIL 2016
Mengetahui Pembimbing I
Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST, MASc, PhD NIP. 19691231 199412 1 001
Pembimbing II
I Wayan Widhiada, ST, M.Sc, PhD NIP. 19681119 199412 1 002
Ketua Program Pasca Sarjana Teknik Mesin Program Pascasarjana
Universitas Udayana
Prof. Dr.Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP. 19700607 199303 1 001
Direktur
Program Pascasarjana Universitas Udayana
Prof. Dr.dr. A.A Raka Sudewi, Sp.S.(K) NIP. 19590215 198510 2 001
Tesis Ini Telah Diuji Pada Tanggal 15 April 2016
Panitia Penguji Tesis
Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana No : 1426/UN14.4/HK/2016
Tanggal : 06 April 2016
Ketua : Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST., MASc., PhD. Sekretaris : I Wayan Widhiada, ST., MSc., PhD
Anggota :
1. Dr.Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT.
2. Dr.Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg. 3. Dr.Ir. I Gusti Ngurah Nitya Santhiarsa, MT
UCAPAN TERIMA KASIH
Atas berkat rahmat Tuhan Yang Maha Esa maka penulis dapat menyelesaikan
tesis dengan judul „‟Perfomansi Briket Biomassa Batok Kelapa Muda Dengan
Variasi Waktu Penahanan Pada Proses Pirolisis Fluidisasi Bed Menggunakan Media Gas Argon.
Pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapakan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Prof I Nyoman Suprapta Winaya, ST, M.ASc, PhD, selaku Pembimbing I yang telah memberikan Ide dan gagasan dengan penuh perhatian dalam memberikan dorongan, semangat serta senantiasa meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan serta saran selama penulis mengikuti perkuliahan di Program Magister ini. Terima kasih yang sebesar-besarnya pula penulis sampaikan kepada I Wayan Widhiada, ST, MSc, PhD selaku Pembimbing II yang dengan penuh perhatian dan kesabaranya telah memberikan bimbingan, saran, serta semangat kepada penulis.
Ucapan yang sama ditujukan kepada Rektor Universitas Udayana Prof. Dr.dr. Ketut Suastika, SpPD, KEMD, atas kesempatan dan fasilitas yang telah diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister di Universitas Udayana. Ucapan Terima Kasih ini juga ditujukan kepada Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayan yang dijabat oleh Prof. Dr.dr.A.A. Raka Sudewi, SpS (K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menjadi karyasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana Universitas Udayana.
Tidak lupa penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada tim penguji tesis, yaitu Dr.Ir. I Ketut Gede Wirawan, MT, Dr.Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg., Dr.Ir. I Gusti Ngurah Nitya Santhiarsa, MT yang telah memberikan saran, arahan, koreksi sehingga Tesis ini dapat terselesaikan tepat waktu.
telah meluangkan waktu untuk membantu penulis dalam melaksnakan penelitian di Laboratorium. Tidak lupa pula kepada rekan – rekan seperjuangan, I GNB Mahendra Putra, Bayu Nurcahya, Suma, Aris Budi Sulistyo, Trisiswanto Kamid atas bantuan moral dan dukunganya.
Dalam kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada Istri tercinta Drh Ketut Ayu Meidiyanti dan anak anak Putu Mario Baskara dan Made Elina telah memberikan semangat, agar penulis cepat tamat, serta kesabaranya selama penulis mengikuti proses perkuliahan di Program Pascasarjana. Disamping itu penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih kepada Bapak Made Gara (almh) karena sewaktu beliau masih bersama penulis beliau senantiasa menyemangati agar cepat tamat, serta Ibu tercinta Ni wayan Ritis serta adik Made Sri Wahyuni, STP, Nyoman Supramita Yoga, ST beserta istri. Tidak ketinggalan penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Mertua (Gede Wija Sudarsana), Ibu Mertua (Made Rustini) atas doa serta semangat yang diberikan kepada penuulis.
Dengan segala kerendahan hati penulis menyadari bahwa dalam tesis ini masih jauh dari sempurna, maka dari itu penulis mengharapkan arahan, saran, sanggahan dan kritik yang konstruktif dari pembaca didalam penyempurnaan tesisi ini. Besar harapan penulis semoga Tesis ini mempunyai manfaat yang berdaya guna bagi kemajuan teknologi kedepanya.
Denpasar, Februari 2016
Penulis
ABSTRAK
PERFOMANSI BRIKET BIOMASSA BATOK KELAPA MUDA DENGAN VARIASI WAKTU PENAHANAN PADA PROSES PIROLISIS FLUIDISASI
BED MENGGUNAKAN MEDIA GAS ARGON
Adanya peningkatan konsumsi pemakaian energi dan berkurangnya cadangan minyak bumi dan batu bara yang merupakan bahan bakar yang berasal dari fosil, maka dilakukan penelitian untuk menemukan cadangan sumber energi yang terbarukan, biomassa berpotensi dikembangkan menjadi sumber energi alternatif. Adapun biomasa yang potensial dikembangkan adalah batok kelapa muda karena ketersediaanya cukup melimpah, batok kelapa muda ini merupakan hasil sampingan dari pengolahan industri minuman, baik sekala menengah dan kecil, terutama yang berada di daerah tujuan wisata, apabila batok kelapa muda ini tidak dikelola bijak, justru akan memberikan dampak yang kurang baik terhadap lingkungan.
Untuk mengolah batok kelapa muda ini menjadi energi alternatif, mengalami kendala, antara lain kadar air dan asapnya tinggi, nilai kalor rendah, susah dalam proses kompaksi, serta kadar karbon masih rendah. Maka untuk mengatasi hal ini, digunakan teknologi pirolisis karena teknologi pirolisis ini menawarkan sejumlah keunggulan terutama pirolisis fluidisasi bed. Selama proses pirolisis fluidisasi bed ini digunakan gas argon sebagai media fluidisasi serta diberikan perlakuan berupa variasi waktu penahanan yang dimulai dari (15, 30, 45 dan 60) menit, dimana temperatur pirolisis yang digunakan yaitu 523oK, sehingga dengan adanya variasi waktu penahanan dan penggunaan media gas argon tersebut didapatkan perfomansi briket bioarang yang baik.
Dari hasil penelitian diperoleh nilai kalor atas briket batok kelapa muda meningkat dari 16,33 MJ/Kg menjadi 19,84 MJ/Kg, nilai kalor bawahnya meningkat dari 15,14 MJ/Kg menjadi 19,36 MJ/Kg. Untuk uji proksimat analisisnya prosentase kandungan karbon tetapnya meningkat dari 2,46% menjadi 5,075%, kandungan moisturenya menurun dari 10,41% menjadi 4,73%, kandungan abunya meningkat dari 2,2% menjadi 4,83%, kandungan zat volatilenya berfluktuasi pada rentang 84,92% sampai 89,22%. Untuk uji ultimat analisisnya prosentase kandungan unsur karbon meningkat dari 43,84 % menjadi 51,53%, unsur lainya seperti Hidrogen, Oksigen, Nitrogen, Sulfur mengalami penurunan. Untuk uji gas mampu bakar, gas yang dihasilkan berfluktuasi mengikuti trend dari kandungan zat volatile yang terdapat pada bahan bakar tersebut.
Kata Kunci: pirolisis, fluidisasi bed, batok kelapa muda, performansi briket
ABSTRACT
THE PERFOMANCE OF BIOMASS BRIQUETTES YOUNG COCONUT SHELLS WITH DETENTION TIME VARIATION IN THE FLUIDIZED BED
PYROLYSIS PROCESS USING ARGON GAS MEDIA
An increase in energy consumption and a reduction in reserves of oil and coal is a fuel derived from fossil fuels, then conducted research to find the reserves of renewable energy sources, biomass has the potential to be developed into an alternative energy source. The biomass potential for development is young coconut shells because its availability is relatively abundant, young coconut shells is a byproduct of the processing of the drinks industry, both scale medium and small, especially those located in tourist destinations, when young coconut shells is not managed wisely, it will give unfavorable impact on the environment.
To process these young coconut shells into alternative energy, experiencing problems, such as high levels of water and smoke, low calorific value, is difficult in the compacting process, as well as the carbon content is low. So to overcome this, use pyrolysis technologies for pyrolysis technology offers a number of advantages, especially pyrolysis fluidized bed. During the process of pyrolysis fluidized bed is used an argon gas as a medium fluidized and was given treatment in the form of variations in the time of detention starting from (15, 30, 45 and 60) minutes, where the temperature pyrolysis used are 523oK, so that with the time variation of the detention and the use of media the argon gas obtained bio charcoal briquettes performance was good.
The results were obtained on the calorific value of coconut shell briquette increase of 16.33 MJ / Kg becomes 19.84 MJ / Kg, below it calorific value increased from 15.14 MJ / Kg be 19.36 MJ / Kg. For the test of proximate analysis of the percentage of fixed carbon content increased from 2.46% to 5.075%, the moisture content decreased from 10.41% to 4.73%, ash content increased from 2.2% to 4.83%, volatile matter content fluctuates in the range of 84.92% to 89.22%. For the ultimate test analysis of the percentage of carbon element content increased from 43.84% to 51.53%, other elements such as Hydrogen, Oxygen, Nitrogen, Sulfur decreased. For the test capable of fuel gas, produced gas fluctuates follow the trend of volatile substances contained in the fuel.
moisture content, which capable of fuel gas that is formed following the trend of the fluctuations in the volatile substances contained in the fuel.
Keywords: pyrolysis, fluidized bed, young coconut shell, performance briquettes
RINGKASAN
PERFOMANSI BRIKET BIOMASSA BATOK KELAPA MUDA DENGAN VARIASI WAKTU PENAHANAN PADA PROSES PIROLISIS FLUIDISASI
BED MENGGUNAKAN MEDIA GAS ARGON
Adanya peningkatan konsumsi pemakaian energi dan berkurangnya cadangan minyak bumi dan batu bara yang merupakan bahan bakar yang berasal dari fosil, maka dilakukan penelitian untuk menemukan cadangan sumber energi yang terbarukan, biomassa berpotensi dikembangkan menjadi sumber energi alternatif. Adapun biomasa yang potensial dikembangkan adalah batok kelapa muda karena ketersediaanya cukup melimpah, batok kelapa muda ini merupakan hasil sampingan dari pengolahan industri minuman, baik sekala menengah dan kecil, terutama yang berada di daerah tujuan wisata, apabila batok kelapa muda ini tidak dikelola bijak, justru akan memberikan dampak yang kurang baik terhadap lingkungan.
Untuk mengolah batok kelapa muda ini menjadi energi alternatif, mengalami kendala, antara lain kadar air dan asapnya tinggi, nilai kalor rendah, susah dalam proses kompaksi, serta kadar karbon masih rendah. Maka untuk mengatasi hal ini, digunakan teknologi pirolisis karena teknologi pirolisis ini menawarkan sejumlah keunggulan terutama pirolisis fluidisasi bed. Selama proses pirolisis fluidisasi bed ini digunakan gas argon sebagai media fluidisasi serta diberikan perlakuan berupa variasi waktu penahanan yang dimulai dari (15, 30, 45 dan 60) menit, dimana temperatur pirolisis yang digunakan yaitu 523oK, sehingga dengan adanya variasi waktu penahanan dan penggunaan media gas argon tersebut didapatkan perfomansi briket bioarang yang baik.
5,075%, kandungan moisturenya menurun dari 10,41% menjadi 4,73%, kandungan abunya meningkat dari 2,2% menjadi 4,83%, kandungan zat volatilenya berfluktuasi pada rentang 84,92% sampai 89,22%. Untuk uji ultimat analisisnya prosentase kandungan unsur karbon meningkat dari 43,84 % menjadi 51,53%, unsur lainya seperti Hidrogen, Oksigen, Nitrogen, Sulfur mengalami penurunan. Untuk uji gas mampu bakar, gas yang dihasilkan berfluktuasi mengikuti trend dari kandungan zat volatile yang terdapat pada bahan bakar tersebut.
Adanya variasi waktu penahanan yang diberikan pada briket batok kelapa muda pada proses pirolisis fluidisasi bed menggunakan media gas argon, mampu memperbaiki nilai kalor bakar, meningkatkan fixed carbon, dan unsur karbon serta menurunkan kandungan unsur oksigen, hydrogen, nitrogen, sulfur, dan moisture content, dimana gas mampu bakar yang terbentuk mengikuti trend dari fluktuasi kandungan zat volatile yang terdapatpada bahan bakar.
DAFTAR ISI
SAMPUL DALAM………. i
PRASYARAT GELAR……….. ii
LEMBAR PERSETUJUAN………... iii
PENETAPAN PANITIA PENGUJI……….. iv
UCAPAN TERIMAKASIH……… v
DAFTAR ARTI SIMBUL,SINGKTAN……… xii
DAFTAR LAMPIRAN…..………. xiii
2.2.1 Taksonomi Tanaman Kelapa……… 10
2.2.3 Ekologi Tanaman Kelapa………..…… 10
2.2.4 Pembuahan……….. 11
2.2.5 Buah Kelapa……… 11
2.2.6 Hasil Sampingan Buah Kelapa……… 12
2.2.7 Karakteristik Tempurung Kelapa……… 13
2.3 Definisi Pyrolysis………... 15
2.4 Faktor-Faktor Yang Berpengaruh Pada Proses Pirolisis……… 16
2.5 Tahapan Pirolisis……… 16
2.6 Keunggulan Pirolisis………. 17
2.7 Definisi Kabonisasi……… 18
2.13 Teknologi Fluidisasi Bed………. 31
2.14 Ringkasan Jurnal Penelitian………. 33
BAB III KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS PENELITIAN 3.1 Kerangka Berpikir……… 36
3.2 Konsep Penelitian……….……… 38
BAB IV METODELOGI PENELITIAN
4.1 Variabel Penelitian……….. 41
4.2 Waktu dan Lokasi Penelitian………... 41
4.3 Rancangan Alat dan Prosedur Penelitian……… 43
4.4 Alat Uji ……….……….. 45
4.5 Peralatan Pendukung……… 51
4.6 Bahan………..………... 52
4.7 Langkah Pengujian……… 53
4.8 Metode Pengumpulan Data………... 55
4.9 Analisis Data………. 56
BAB V HASIL PENELITIAN 5.1 Karakterisasi Biomassa Batok Kelapa Muda……….... 57
5.2 Serat Penyusun Batok Kelapa Muda………. 58
5.2.1 Selulosa……… 58
5.2.2 Hemiselulosa……… 59
5.2.3 Lignin……….. 59
5.3 Briket Hasil Pirolisis……….. 60
5.4 Nilai Kalor Bakar Briket Yang Dihasilkan……… 61
5.5 Proximate Analisis………. 64
5.5.1 Volatile Matter….……… 65
5.5.2 Karbon Tetap (Fix Karbon)………. 66
5.5.3 Moisture Content……… 67
5.5.4 Abu (Ash)……… 67
5.6 Analisis Ultimat……… 68
5.6.1 Kandungan Unsur Karbon……….. 69
5.6.2 Kandungan unsure Hidrogen……….. 69
5.6.3 Kandungan unsure Sulfur…..………. 70
5.6.4 Kandungan unsure Oksigen……… 71
5.6.5 Kandungan unsure Nitrogen……….. 72
5.7.1 Pengaruh variasi Waktu Penahanan
Terhadap Gas Mampu Bakar……….. 76 5.7.2 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap ProduksiGas CO2………. 77
BAB VI PEMBAHASAN
6.1 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
Nilai Kalor………. 78 6.2 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhada
Volatile matter………. 79 6.3 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
Karbon Tetap………. 80
6.4 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
Moisture ……….... 80 6.5 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
Abu………... 81
6.6 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan Terhadap
Ultimate Analisis……… 81
6.6.1 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan
Terhadap Karbon………..…….. 82 6.6.2 Pengaruh Variasi Waktu Penahanan
6.8 Perubahan Warna Fisik Briket Batok Kelapa
Muda………. 85
BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN……….……….. 87
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Halaman
2.1 Nilai RPR Tanaman……….. 12
2.2 Nilai Kalor Residu Kelapa……… 13
2.3 Kandungan Kimiawi Tempurung Kelapa………. 13
2.4 Pengaruh Daerah Asal Kelapa Tumbuh (Pegunungan dan Pantai) ……….. 14
2.5 Sifat briket arang buatan Jepang, Inggris, USA dan Amerika 23 2.6 Metode Standar Untuk Analisis Komposisi Biomassa…….... 28
2.7 Sifat gas argon……….... 31
2.8 State of The Art………... 35
5.1 Komposisi serat Batok Kelapa Muda ……….. 57
5.2 Data awal hasil pengujian bomb calorimeter………. 61
5.3 Nilai Kalor Briket……….. 63
5.4 Analisis Prokimat ………. 65
5.5 Analisis Ultimat ……… 68
5.6 Kandungan Gas Hasil pirolisis…….……… 74
5.7 Nilai abudance Gas CO dan N2……… 74
5.8 Kandungan gas briket hasil pirolisis……… 75
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1.1 Kulit kelapa muda………. 2
2.1 Definisi Energi Biomassa……….. 9
2.2 Perbandingan sistem biomassa dan fosil pada siklus karbon.. 9
2.3 Proses penguraian molekul hidrokarbon besar menjadi lebih kecil selama pirolisis……….……… 16
2.4 Pirolisis dalam partikel biomassa………...………... 17
2.5 Skema Broide –Shafizadeh termodifikasi……… 20
2.6 Klasifikasi bahan bakar padat ditinjau berdasarkan rasio hidrogen / karbon dan oksigen / karbon………...…… 27
2.7 Fluidisasi bed bergelembung……….. 32
3.1 Skematik Konsep Berpikir………... 37
4.1 Sketsa desain alat percobaan………..………. 43
4.2 Perangkat Alat Bomb Kalori Meter………. 46
4.3 Gambar Potongan Bomb Kalori Meter……….………… 47
4.5 Ultimate Analiser………. 48
4.6 Proxomate Analiser……….. 49
4.7 Peralatan Gas Kromatografi……….……… 50
4.8 Mesin penghancur batok kelapa muda……… 51
4.9 Flow Chart Penelitian……….. 55
5.1 Briket Hasil Pirolisis ……… 60
5.2 Nilai kalor briket hasil pirolisis……..………. 64
5.3 Volatile Matter………. 65
5.4 Kandungan Fixed Karbon……… 66
5.5 Moisture Contents……… 67
5.6 Kandungan Abu ………... 67
5.7 Kandungan unsure Karbon………... 69
5.8 Kandungan unsure Hidrogen……….……... 69
5.10 Kandungan unsure Oksigen………... 71
5.11 Kandungan unsure Nitrogen………... 72
5.12 Kandungan Gas Briket Hasil Pyrolisis ………... 76
5.13 Prosentase Gas Mampu bakar………. 76
5.14 Prosentase Gas Karbon Dioksida……….... 77
DAFTAR ARTI SIMBUL CO2 = Karbon Dioksida
H = Hydrogen O2 = Oksigen
CO = Karbon Monooksida C = Karbon
N = Nitrogen S = Sulfur
mair = Massa air yang mengembun setelah proses pembakaran
mbb = Massa bahan bakar
DAFTAR SINGKATAN VM = Volatile Matter
FC = Fixed Carbon
M = Moisture
ASH = Abu
ASTM = American Society for Testing and Material SNI = Standar Nasional Indonesia
LHV = Lower Heating Value
HHV = Higher Heating Value
FB = Fluidisasi Bed
DAFTAR PUSTAKA
Agus Putrawan Made, 2013 Simulasi CFD perpindahan panas partikel padat perkotaan pada reaktor fluidized bed
Amin Badiaroh, 2013, Budidaya Tanaman Kelapa, Ditjenbun, Kementerian Pertanian Republik Indonesia
Bawa Susana, I Gede, Oktober 2009, Peningkatan Nilai Kalor Biomassa Kotoran Kuda dengan Metode Densifikasi dan Thermolisis, Universitas Mataram,Jurnal Teknik Mesin Vol. 11, No. 2, 103–107 Boyles, D.T. 1984, Bio-Energy, Technology Thermodynamics and Cost, 1
st ed, John Wiley and Sons,New York
Budiono, chayun, 2003.,”Tantangan dan Peluang Usaha Pengembangan
Energi Terbarukan di Indonesia, Konvensi Kelistrikan Indonesia, Jakarta
Channiwala, S.A., Parikh, P.P.,2002,‟ A Unified correlation for estimating HHV of solid, liquid and gaseous fuels:.” Journal of Fuel ,vol 81,
pp. 1051-1063
Clarke,S; F.Preto” 2011 Biomassa desinfication for energy production, Factsheet ministry of agriculture, Food and rural affairs, Ontario Daugherty, E.C. , 2001, Biomass Energy System Efficiency: Analyzed
through a Life Cycle Assessment, Lund University
tempurung kelapa muda dengan teknik pelunakan, ITB J. Vis. Art & Des, Vol. 5, No. 1, 2013, 74-91
Dwi Aries Himawanto, 2010, Pengaruh heating rate pada proses slow Pyrolisis sampah bamboo dan sampah daun pisang, Universitas Sebelas Maret, seminar rekayasa kimia dan prosess, ISSN 1411-4216
Fang, (2004) Experimental study on rice husk combustion in a CFB. Fuel Processing Technology, Vol 85, pp. 1273-1282
https://periodeketiga4us.wordpress.com/2010/10/01/argon-ar/(Monday; 31/08/2015; 22.35)
id.wikipedia.org/wiki/Pirolisis
Mahmud, Z. & Ferry, Y. 2005. Prospek Pengolahan Hasil Samping Buah Kelapa, Jurnal Pusat Penelitian dan Pengembangan Perkebunan, 4 (2), Bogor: Penelitian dan Pengembangan Perkebunan
Medic Dorde, 2012. Investigation of torrefaction process parameters and characterization of torerefied biomass, Iowa State university. M Tirono (1), Ali Sabit (2), April 2011 efek suhu pada proses pengarangan
terhadap nilai kalor arang tempurung kelapa, Jurnal Neutrino, Vol 3 No 2
Prabir Basu, 2010, Biomass Gasification And Pyrolysis, Practical Design And Theory. Elsevier
Prananta, J. 2007. Pemanfaatan Sabut dan Tempurung Kelapa Serta Cangkang Sawit untuk pembuatan Asap Cair Sebagai Pengawet Makanan Alami, Laporan Penelitian Making Applied Technology Work For Marginal People Direktur Eksekutif Jingki Institute), Lhoksumawe
Shinya Yokoyama, 2008, The Asian Biomass Handbook, The Japan Institute of Energy.
Speight, J. G. (2013). The Chemistry and Technology of Coal (3rd Edition ed.). Boca Raton, Florida: CRC Press.
Svetlana Landanai, Global Potential of Sustainable Biomass for Energy, SLU institution for energy och teknik Swedish university of
Agricultural Sciences, 2009
Triono A., 2006. Karakteristik Briket Arang Dari Campuran Serbuk Gergajian kayu Afrika dan Sengon dengan Penambahan Tempurung Kelapa. Departemen Hasil Hutan Fakultas Kehutanan, IPB (http://www.pengetahuanlengkap.com/). Nilai Kalor Bahan bakar Untoro Budi Surono, 2010, Peningkatan Kualitas Pembakaran Biomassa
DAFTAR LAMPIRAN
1
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang:
Untuk menunjang kehidupan manusia diperlukan sejumlah energi yang akan dipergunakan untuk melakukan aktifitas sehari-hari. Energi ini berasal dari dua sumber yaitu energi yang dapat diperbaharui dan energi yang tidak dapat diperbaharui. Adapun sumber energi yang tidak dapat diperbaharui ini seperti minyak bumi & batu bara jumlah persedianyanya semakin menipis dan terbatas. Dengan adanya kondisi seperti ini maka manusia untuk dapat tetap beraktifitas menggunakan energi tersebut dituntut untuk menggunakan energi secara efisien dan berusaha menemukan cadangan sumber energi baru yang dapat diperbaharui sebagai bahan bakar energi alternatif.
2
Maluku (badiaroh 2013). Daging buah kelapa muda ini biasanya digunakan untuk nata decoco, dan airnya dapat dikonsumsi langsung, sedangkan kulit buahnya yang berisi tempurung/cangkang keras banyak terbuang dan belum begitu banyak dimanfaatkan. Apalagi kelapa muda ini banyak dijadikan sebagai minuman yang dijajakan sebagai pelepas dahaga di beberapa tempat antara lain restoran, kafe, serta warung di tempat-tempat wisata. Jumlah biomassa batok kelapa muda ini sangat melimpah terutama di beberapa tempat destinasi wisata, sehingga apabila kita tidak bijak mengelola sampah batok kelapa muda ini maka justru akan menjadi masalah terhadap lingkungan.
3
Untuk mengolah batok kelapa muda ini menjadi energi alternatif diperlukan sejumlah teknologi dan pengetahuan dalam prosses konversi energi. Batok kelapa muda ini dapat dibuat menjadi briket bioarang sebagai pengganti minyak tanah, batu bara, dan gas alam, yang dipergunakan dalam kehidupan sehari-hari. Adapun teknologi yang dipergunakan dalam membuat biobriket ini adalah teknologi pirolisis. Pirolisis adalah dekomposisi kimia bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainnya, di mana material mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas (id.wikipedia.org/wiki/pirolisis). Dengan menggunakan sistem piroliss ini nilai kalor yang diperoleh dari briket batok kelapa muda akan tinggi, jumlah kandungan air yang ada pada briket tempurung kelapa muda akan berkurang drastis, dan akan terbentuk arang yang memiliki lapisan film yang mencegah kembali terjadinya penyerapan air, sehingga arang yang yang terbentuk sangat bagus untuk briket.
4
5
pirolisis fluidisasi bed dengan media gas argon, yang disertai dengan penambahan perlakuan variasi waktu penahanan sehingga dengan memakai teknologi tersebut diharapkan perfomansi briket yang dihasilkan menjadi lebih baik.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang ada pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimanakah pengaruh variasi waktu penahanan pada proses pirolisis fluidisasi bed menggunakan media gas argon untuk briket biomassa batok kelapa muda terhadap nilai kalor bakar briket bioarang yang dihasilkan. 2. Bagaimanakah pengaruh variasi waktu penahanan pada proses pirolisis
fluidisasi bed menggunakan media gas argon untuk briket biomassa batok kelapa muda terhadap analisis proksimatnya.
3. Bagaimanakah pengaruh variasi waktu penahanan pada proses pirolisis fluidisasi bed menggunakan media gas argon untuk briket biomassa batok kelapa muda terhadap analisis ultimatnya.
4. Bagaimanakah pengaruh variasi waktu penahanan pada proses pirolisis fluidisasi bed menggunakan media gas argon untuk briket biomassa batok kelapa muda terhadap komposisi gas mampu bakar pada briket yang dihasilkan .
1.3 Tujuan Penelitian:
Adapun yang menjadi tujuan dari penelitian ini adalah:
6
terhadap perfomasi briket ( nilai kalor bakar, analisis proksimat, analisis ultimat, analisis gas).
2. Mampu memperbaiki beberapa kekurangan sifat-sifat briket batok kelapa muda.
1.4 Batasan Masalah:
Pembatasan masalah dimaksudkan untuk mencegah tidak melebarnya permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini antara lain:
1. Proses karbonasi dilakukan pada temperatur 523oK.
2. Batok kelapa muda yang dipergunakan mengandung kadar air 10%. 3. Ukuran butiran batok kelapa muda untuk briket 40 mess (1-2) mm. 4. Gas inert yang digunakan adalah gas Argon.
5. Tidak membahas tentang proses pemasukan briket kedalam reaktor. 6. Tidak membahas tekanan kompaksi pada saat pencetakan briket. 7. Tidak membahas penggunaan binder/pengikat dalam proses kompaksi. 8. Tidak membahas fenomena perpindahan panas yang terjadi dalam reactor 9. Tekanan udara dalam reaktor diasumsikan sama dengan tekanan udara luar
sebesar 1 atmosfer.
1.5 Manfaat Penelitian
7
2. Dapat memberikan masukan kepada para pedagang buah kelapa muda untuk menjadikan batok kelapa muda sebagai bahan bakar alternatif ditengah kelangkaan sumber bahan bakar yang terjadi.
1
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Biomassa
Biomassa adalah suatu bahan atau material yang didapatkan dari tanaman baik secara langsung maupun tidak langsung dan dimanfaatkan sebagai energi atau bahan dalam jumlah yang besar. Biomassa disebut juga sebagai
2
Gambar 2.1 Definisi Energi Biomassa (yokoyama,2008).
Sumber daya biomassa dapat digunakan berulang kali dan bersifat tidak terbatas berdasarkan siklus dasar karbon melalui proses fotosintesis. Sebaliknya sumber daya fosil secara prinsip bersifat terbatas dan hanya untuk sementara. Selain itu
emisi CO2 yang tidak terbalikan dari pembakaran fosil akan memberikan efek yang serius terhadap iklim global
3
2.2 Kelapa
2.2.1 Taksonomi Tanaman Kelapa
Pohon Kelapa termasuk kedalam Kingdom Plantae, Divisi
Magnoliophyta, Kelas liliopsoda Orde arecales, Keluarga Arecaceae, dan
genus cocos.
2.2.2 Asal Tanaman Kelapa
Ada 2 pandangan yang berbeda mengenai asal kelapa. Salah satunya
adalah kelapa berasal dari amerika karena beberapa spesies di dalam
genus cocos hanya bisa ditemukan di amerika, dan kehadiran kelapa di
amerika telah dicatat dalam sejarah. Disisi lain ada juga orang lain yang
mengatakan bahwa kelapa berasal dari Asia seperti yang ditunjukan
melalui penemuan buah dari spesies cocos di dalam deposit Pleiocene di
Auckland utara selandia baru, keberadaan kelapa di asia tenggara lebih
beragam dibandingkan dengan di amerika serta alasan alasan lainya.
2.2.3 Ekologi Tanaman Kelapa
Kelapa merupakan tumbuhan yang menyukai matahari dan membutuhkan
cahaya matahari yang cukup untuk proses fotosintesis dan menaikan suhu
udara. Ia dapat tumbuh paling baik pada suhu rata-rata 27oC dan bersifat
sensitive pada suhu yang rendah. Kelapa juga tumbuh dengan baik pada
distribusi hujan antara 1300 sampai 2300 mm per tahun. Kelapa mungkin
bahkan dapat tumbuh dengan baik pada curah hujan 3800 mm per tahun
atau lebih apabila tanah tempat tumbuhnya memiliki system drainase yang
4
adalah tanah yang matang dan dalam seperti berpasir, berlempung,
berdebu atau tanah liat dengan struktur bergranular.
2.2.4 Pembuahan
Varietas kelapa yang berbeda akan berbuah pada usia yang berbeda
pula varietas kerdil akan mulai berbuah pada usia 3-4 tahun
penanaman sedangkan varietas yang tinggi akan dimulai setelah usia
5-7 tahun, cahaya matahari, distribusi hujan dan suhu yang kompleks
mengakibatkan keberkalaan hasil buah dibulan bulan yang berbeda
dalam setahun. Hasil penelitian menunjukan bahwa hasil yang lebih
banyak adalah diperoleh antara bulan maret sampai juni.
2.2.5 Buah Kelapa
Buah Kelapa sebenarnya merupakan pelok yang berbiji satu. Diluarnya
ada kulit aslinya berwarna hijau tetapi akan berubah menjadi warna coklat
ketika dipetik dan dikeringkan. Di dalam bagian luar daripada buah ada
mesokrap yang terdiri atas pembuluh. Serat ini disebut dengan sabut, dan
digunakan untuk tikar dan tali. Tempurung dapat digunakan sebagai
wadah dan digunakan secara luas oleh para pengrajin untuk membuat
perhiasan dan dekorasi. Bagian berikutnya ada lapisan biji yang tipis
dan ada daging putih atau disebut sebagai kopra/santan. Baik kopra
maupun santan merupakan bagian endosperm dari biji kelapa. Kelapa
merupakan pohon yang unik diantara lainya karena mengandung
cairan endosperm yang membanjiri embrio yang muda itu. Awalnya
5
itu telah mulai matang cairan itu akan berubah menjadi padatan
endosperm yang kaya akan minyak ( trigliserida). Endosperm yang
keras itu di panen, dikeringkan kemudian diperas untuk menghasilakna
minyak yang secara luas.
2.2.6 Hasil Sampingan Buah Kelapa
Hasil sampingan utama dari kelapa adalah tempurung kelapa, sabut
kelapa dan pelapah kelapa. Tempurung kelapa bisa dirubah menjadi
karbon aktif sedangkan sabut kelapa dapat diolah untuk menghasilkan
arang tempurung kelapa, sabut kelapa dan serbuk sabut. Jumlah residu
yang dihasilkan selama setahun di dalam negeri adalah setara dengan
hasil dari nilai rasio atau residu dengan produk (RPR) untuk residu yang
tertentu dan produksi tahunanan tanaman atau produk. Nilai RPR Untuk
tanaman utama disajikan dalam table 1 berikut.
Residu Pertanian RPR Tempurung kelapa 0,15 sabut kelapa 0,33 Pelepah kelapa 0,33
Tabel 2.1. Nilai RPR Tanaman (yokoyama,2008).
Tabel 2 Menunjukan nilai kalor dari residu kelapa yang umum digunakan dalam
6
Jenis Residu Kelapa Nilai Kalor Kcal.Kg Tempurung kelapa 4436 ( I. Cruz) Arang Tempurung Kelapa 6540 ( Lozada) Arang Sabut Kelapa 6320ozada)
Tabel 2.2 Nilai Kalor Residu Kelapa (yokoyama,2008).
2.2.7 Karakteristik Tempurung Kelapa
Berat dan tebal tempurung sangat ditentukan oleh jenis tanaman kelapa. Berat tempurung sekitar 15-19% bobot total buah kelapa dengan ketebalan 3-5 mm (Ferry Y,2005). Tempurung kelapa termasuk golongan kayu keras (pranata J 2007) secara kimiawi memiliki komposisi kimiawi yang hampir mirip dengan kayu, seperti yang tercantum pada Tabel 2.3
Komponen Prosentase (%)
Cellulose 33,61
Hemicellulose 29,27
Lignin 36,51
Tabel 2. 3 Kandungan Kimiawi Tempurung Kelapa secara umum
7
di daerah pantai. Perbedaan tempat tumbuh pohon kelapa akan menghasilkan ketebalan dan kekerasan tempurung kelapa yang berbeda.
Tabel 2. 4. Pengaruh Daerah Asal Kelapa Tumbuh (Pegunungan dan Pantai) (pugersari, et al)
8
2.3 Definisi Pirolisis
Pirolisis adalah proses dekomposisi bahan kimia organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainya, dimana material mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas, pada tingkat tertentu untuk suhu maksimum, yang dikenal sebagai temperatur pirolisis, dan menahannya di sana untuk waktu yang ditentukan. Dalam proses pirolisis ini ada tiga produk dalam prosesnya yaitu: gas, pirolisis oil, dan arang, besarnya produk yang akan dihasilkan dipengaruhi oleh kondisi proses terutama temperature dan laju pemansan. Perbedaan utama proses pirolisis dengan gasifikasi dan insenerasi adalah dalam hal jumlah oksigen yang disupply ke raktor thermal. Adapun reaksi pembakaran selama proses pirolisis adalah sebagai berikut:
Heat ( 500~600 oC)
(C6H12O6)m ( H2+CO+CH4+…….+ C5H12) + (H2O+…+CH3OH +
(Biomassa) ( gas ) ( Liqiud ) CH3COOH+…) + C
9
Gambar.2.3 Proses penguraian molekul hidrokarbon besar menjadi lebih kecil selama pirolisis (prabir basu,2010)
2.4 Faktor-Faktor Yang Berpengaruh Pada Proses Pirolisis
1. Bahan baku disini meliputi komposisi kimia penyusus material dan kadar air yang ada pada material tersebut.
2. Type Reaktor, type reactor ini ada 2 jenis yaitu vertical shaft ( batch reactor dan rotataing turbular/fluidized bed reactor.
3. Kondisi operasi meliputi suhu/temperatur pada saat proses pyrolisis serta waktu pirolisis (waktu tinggal).
2.5 Tahapan Pirolisis
Tahapan dalam proses pirolisis ini dapat dibagi menjadi dua tahap yaitu: 1. Proses primer
10
produk penguraian yang utama adalah karbon/arang, proses pembentukan arang ini terjadi karena adanya energi panas yang mendorong terjadinya oksidasi sehingga molekul karbon yang komplek teruarai sebagian besar menjadi karbon atau arang.
2. Pirolisis Sekunder
Pirolisis sekunder adalah pirolisis yang terjadi pada partikel dan gas atau uap hasil pirolisis primer, pirolisis sekunder terjadi padasuhu > 600oC berlangsung cepat dan produk penguraian yang dihasilkan adalah gas karbon monoksida(CO), Hydrogen(H2), senyawa-senyawa hydrocarbon berbentuk gas dan tar, pirolisis sekunder ini merupakan dasar proses yang digunakan pada system gasifikasi (gas producer) dimana biomassa diuraikan untuk memperoleh gas bahan bakar karbon monoksida (CO)
Gambar 2.4 Pirolisis dalam partikel biomassa (prabir basu,2010) 2.6 Keunggulan Pirolisis:
11
2. Kondisi operasi proses pirolisis bisa diatur sesuai keinginan tergantung kualitas produk yang dihasilkan
3. Pirolisis menyediakan kontrol suhu yang baik dan seragam di semua bagian unit reactor, terutama pirolisis fluidisasi bed.
4. Hasil produk dari proses pirolisis dapat dimanfaatkan lebih fleksibel dan mudah dalam penangananya .
1.7 Definisi Karbonisasi.
Karbonisasi adalah proses pemansan batubara/biomassa sampai suhu dan waktu tertentu berkisar antara 200oC sampai >1000oC pada kondisi sedikit oksigen untuk menghilangkan kandungan zat terbang (Volatile matter) sehingga dihasilkan padatan yang berupa arang batubara/biomassa dengan hasil sampingan berupa tar dan gas, fungsi utama karbonisasi adalah meningkatkan nilai kalor karena pelepasan kandungan air dan juga pembentukan tar yang bisa berfungsi sebagai coating film yang mencegah penyerapan kandungan air.
1.7.1 Karakteristik Karbonisasi
12
yang tinggi, nilai kalor rendah, PH rendah). Sebagai proses gasifikasi lebih inferior daripada proses saat ini dalam proses produksi komponen yang terbakar karena suhu operasi yang rendah. Dalam pemanfaatan produk gas untuk pembangkitan, sejumlah besar Tar harus dihilangkan. Namun demikian karbonisasi yang memiliki keunggulan industri yaitu peralatanya yang murah dan pengoperasianya yang mudah masih penting untuk memproduksi bahan bakar padat murah dengan nilai pemanasan yang tinggi. Ciri tersebut membuat proposi tertentu dari karbon organik secara stabil diikat dan ciri yang membuat volume limbah kota, sampah, lumpur limbah, kotoran sapi, secara efektif mengurangi kontribusi untuk pengendalian emisi CO2 dan berfungsi sebagai ukuran praktis untuk membuang berbagai limbah yang ada.
1.7.2 Reaksi Karbonisasi
13
berbobot molekul rendah yang dihasilkan dipecah menjadi produk cair dan gas, sedangkan fragmen berbobot molekul tinggi yang terbentuk melalui kondensasi diarangkan bersama dengan bagian yang tidak terdekomposisi. Walaupun kehilangan berat menjadi lebih kecil pada suhu diatas 500o C, karbon aromatic terpolikondensasi meningkat dengan evolusi dari H2 sampai berkisar 80% C diarang sampai 700o C. Dengan peningkatan suhu lebih lanjut struktur karbon terpolikondensasi berkembang untuk meningkatkan kandungan C tanpa memproduksi H2 lebih lanjut. Skema dari keseluruhan karbonisasi dutunjukan pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.5 Skema Broide – Shafizadeh termodifikasi (Prabir basu,2010) Hal ini menegaskan bahwa distribusi produk tergantung pada kedua langkah
yaitu dekomposisi dari “ meleleh” yang dihasilkan dari partikel kayu menjadi
gas, cairan dan fraksi padat (tahap pertama) dan dekomposisi lanjutan dari fraksi cair tahap kedua dan rasio dari laju konstan untuk tahap pertama ke tahap kedua. Distribusi dipengaruhi oleh kelembaban dan ukuran dari bahan, laju pemanasan,
Biomass active biomass
14
dan suhu operasi hasil produk cair atau tar meningkat seiring dengan penurunan ukuran atau peningkatan laju, suhu yang labih tinggi membuat arang yang dihasilkan lebih sedikit dan tar yang dihasilkan lebih tinggi dibawah suhu 500oC, tekanan juga penting, karena hasil dari tar menjadi lebih tinggi pada nilai tekanan yang rendah.
1.8 Pengertian Briket
Briket adalah sebuah blok bahan yang dapat dibakar yang digunakan sebagai bahan bakar untuk memulai dan mempertahankan nyala api. Briket yang paling umum digunakan adalah briket batu bara, briket arang, briket gambut, dan briket biomassa.
Bahan penyusun briket dapat mencakup:
Bahan bakar utama:
1. Arang kayu
2. Batu bara
3. Biomassa:
4. Gambut Bahan pendukung:
1. Batu kapur (pewarna)
2. Pati (pengikat)
3. Boraks (bahan pelepas, release agent) 4. Natrium nitrat (akselerator)
15
Briket dibuat dengan menekan dan mengeringkan campuran bahan menjadi blok
yang keras. Metode ini umum digunakan untuk batu bara yang memiliki nilai
kalori rendah atau serpihan batu bara agar memiliki tambahan nilai jual dan
manfaat. Briket digunakan di industri dan rumah tangga. Bahan yang digunakan
untuk pembuatan briket sebaiknya yang memiliki kadar air rendah untuk mencapai nilai kalor yang tinggi. Keberadaan bahan volatil juga mempengaruhi
seberapa cepat laju pembakaran briket; bahan yang memiliki bahan volatil tinggi
akan lebih cepat habis terbakar.
2.8.1 Standarisasi Mutu Briket
Mutu dari briket bioarang dapat ditentukan oleh sifat fisik dan sifat kimia
dari briket itu sendiri yang meliputi dari kadar air (moisture contents),
kadar abu (ash), kadar zat terbang (volatile matter), kadar karbon (fixed
carbon), karapatan/ massa jenis, nilai kalor. Standar kualitas baku untuk
briket arang di Indonesia mengacu pada standard SNI (Standar Nasional
Indonesia), serta mengacu pada standar sifat briket buatan Jepang, Amerika
16
Tabel 2.5 Sifat briket arang buatan Jepang, Inggris, USA dan Amerika
(Triono,2006)
1.9 Nilai Kalor Bakar
Nilai kalori adalah suatu angka yg menyatakan jumlah panas / kalori yg dihasilkan dari proses pembakaran sejumlah tertentu bahan bakar dengan udara / oksigen. Bahan bakar dapat diartikan sebagai bahan yang apabila dibakar dapat meneruskan proses pembakaran dengan sendirinya, disertai dengan pengeluaran kalor (Chaniwala, et al, 2002). Nilai kalor adalah jumlah kalor yang dihasilkan dari pembakaran sempurna per unit bahan bakar dibawah kondisi standard (yokoyama, 2008). Nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi dua golongan berdasarkan fasa salah satu produk pembakaran yaitu air (H2O), yaitu:
17
NKA = � � ∗∆ ………...……(2.1)
2. LHV (Lower Heating Value) Suatu besaran yang menyangkut bahan bakar yang mengandung hidrogen: di mana air yang terbentuk dalam produk pembakaran berbentuk fase uap
Hubungan antara HHV dan LHV adalah sebagai berikut:
LHV = HHV
–
∗ ………....( 2.2)Dimana: LHV : Lower Heating Value (kJ/kg bahan bakar) HHV : Higher Heating Value (kJ/kg bahan bakar)
Mair :Massa air yang mengembun setelah proses pembakaran (kg)
Mbb :Massa bahan bakar (kg)
hfg.air :Panas laten penguapan air (=2440 kJ/kg) (Bormab,G. L., 1998:29)
Beberapa peneliti telah melakukan penelitian tentang nilai kalor bahan bakar padat yang kebanyakan dengan bahan batubara. Estimasi nilai kalor berdasarkan komposisi dasar bahan bakar telah disampaikan oleh beberapa peneliti [19], seperti:
1. Dulong memberikan korelasi nilai kalor
18
2. Strache dan Lant (1924) memberikan korelasinya
HHV = 0,3406 C + 1,4324 H -0,1532 O + 0,1047 S……….(2.4) 3. Steuer menyempurnakan korelasi diatas pada tahun 1926 menjadi
HHV = 0,3391 (C - ((3/8) O)) + 0,2386 ((3/8) O) + 1,444 (H - ((1/16) O)
+ 0,1047 S ………..(2.5) 4. Vondrecek pada tahun 1927 memberikan korelasinya
HHV = (0,373 – 0,00026 C) C + 1,444 (H - (1/10) O) + 0,1047 S
……….(2.6) 5. D‟Huart (1930) mendapatkan korelasi
HHV = 0,3391 C + 1,4337 H + 0,0931 S – 0,127 O…………...(2.7) 6. Schuster pada tahun 1931 memberikan korelasi
HHV = (1,0632 – 1,486 x 10 - 3O)(C / 3 + H –(O-S)/ 8) MJ/kg
……….(2.8) Aplikasi untuk berbagai korelasi untuk cakupan bahan bakar yang lebih luas dilakukan oleh Van Krevelon.
7. Grummel dan Davis memberikan rumus korelasinya pada tahun1933 sebagai berikut: HHV = (0,0152 H + 0,9875) ((C/3) + H - ((O -
S)/8))……….... (2.9)
8. Beberapa analisa untuk biomassa dilakukan oleh Grabosky yang menyatakan bahwa korelasi IGT dinyatakan lebih valid untuk biomassa dan arang, dimana:
HHV = 0,31 C + 1,323 H + 0,0685 – 0,0153 A – 0,1194 (O+N) MJ/kg
19
9. Channiwala memberikan korelasinya
HHV = 0.349C+1.1783 H-0.1034 O-0.021 A + 0.1005 S - 0.0151 N
………...(2.11) 10.Estimasi nilai kalor biomassa telah dilakukan juga oleh Changdong (2005), dimana data bioamassa diperoleh dari literatur terbuka. Dari sini diperoleh korelasi baru yaitu: HHV = -1,3675 + 0,3137 C + 0,07009 H + 0,0318 O MJ/kg ………...(2.12) 2.10 Ultimat Analisis
Analisis ultimat adalah analisa laboratorium untuk menentukan kandungan abu, karbon, hydrogen, oksigen, nitrogen dan belerang dalam briket dengan metode tertentu. Kandungan itu dinyatakan dalam persen pada basis dan sampel dikeringkan pada suhu 105 oC dalam keadaan bebas kelembaban dan abu, anlisis ultimat dilakukan untuk menentukan kadar karbon ( C ) Hidrogen ( H ), oksigen ( O ), nitrogen ( N ) dan sulfus ( S ) dalam karbon. Di sini, komposisi bahan bakar hidrokarbon dinyatakan dalam hal elemen yang dasar kecuali kelembabannya, M, dan unsur anorganik. Analisis ultimat umum adalah:
20
dalam analisis akhir tidak termasuk hidrogen dan oksigen dalam air, tapi hanya hidrogen dan oksigen hadir di komponen organik dari bahan bakar.
Ingatlah bahwa Gambar dibawah adalah suatu plot dari rasio atom (H / C) dan (O / C) ditentukan dari analisis akhir dari bahan bakar yang berbeda. Ini menunjukkan bahwa biomassa, khususnya selulosa, memiliki jumlah oksigen dan hidrogen relatif sangat tinggi. Hal ini menyebabkan nilai-nilai pemanasan yang relatif rendah
Gambar 2.6 Klasifikasi bahan bakar padat ditinjau berdasarkan rasio hidrogen / karbon dan oksigen / karbon. (prabir basu,2010)
21
1. Carbon, hydrogen: E-777 for RDF 2. Nitrogen: E-778 for RDF
3. Sulfur: E-775 for RDF
4. Moisture: E-871 untuk bahan bakar kayu 5. Ash: D-1102 untuk bahan bakar kayu
Tabel 2.6 Metode Standar Untuk Analisis Komposisi Biomassa (prabir basu, 2010)
22
alat dan hasil analisis akan muncul kemudian pada layar computer. Anlisis ultimat untuk menentukan kadar karbon ( C ) Hidrogen ( H ), Oksigen ( O ), Nitrogen ( N ) dan sulfur ( S ) menggunakan alat LECO CHN 2000 dengan teknik inframerah. Metode ini digunakan berdasarkan ASTM (American Society for Testing and Material).
2.11 Proximat Analisis
Analisis proksimat bahan bakar padat bertujuan untuk menentukan kadar moisture (air dalam bahan bakar padat) kadar moisture ini mencakup pula nilai free moisture serta total moisture, ash (debu), volatile matters (zat terbang), dan fixed carbon (karbon tertambat).
Proximate:VM FC M ASH 100% ……….(2.14)
Dimana : VM adalah Volatile matter
FC adalah Fixed Carbon M adalah Moisture Ash adalah abu
23
analisis akhir. Namun, karbon tetap dalam analisis proksimat berbeda dari karbon dalam analisis akhir: Dalam analisis proksimat tidak termasuk karbon dalam hal mudah menguap dan sering disebut sebagai hasil arang setelah devolatilisasi.
2.12 Gas Mulia
Gas mulia adalah unsur-unsur golongan VIIIA dalam tabel periodik. Disebut mulia karena unsur-unsur ini sangat stabil (sangat sukar bereaksi). Unsur pertama gas mulia yang ditemukan adalah argon, yang ditemukan oleh seorang kimiawan inggris bernama Sir William Ramsey (http://periodeketiga4us). Tidak ditemukan satupun senyawa alami dari gas mulia. Menurut Lewis, kestabilan gas mulia tersebut disebabkan konfigurasi elektronnya yang terisi penuh, yaitu konfigurasi oktet (duplet untuk Helium). Kestabilan gas mulia dicerminkan oleh energi ionisasinya yang sangat besar, dan afinitas elektronnya yang sangat rendah (bertanda positif).
Gas mulia adalah gas yang mempunyai sifat lengai, tidak reaktif, dan susah bereaksi dengan bahan kimia lain. Gas mulia banyak digunakan dalam sektor perindustrian. Yang termasuk gas mulia adalah Helium, Neon, Argon, Kripton, Xenon, Radon.
2.12.1 Sifat – Sifat Gas Argon
24
argon. Kelarutan argon dalam air adalah 2,5 kali lipat dari kelarutan nitrogen dalam air, serta memiliki kelarutan yang sama dengan oksigen. Selain itu, argon juga tidak berwarna dan tidak berbau, baik dalam bentuk cair atau gas. Argon pun dikenal sebagai gas inert, serta diketahui tidak dapat membentuk campuran kimia sejati, seperti krypton, xenon dan radon. Secara alami, argon merupakan campuran dari 3 isotop Molekul argon hanya terdiri dari satu atom argon, yaitu Ar. Jangkauan gaya van der Waals antar atom-atomnya sangat terbatas, begitu pula titik leleh dan titik didih argon, lebih rendah lagi.
Massa atom 39,948(1) g/mol Konfigurasi elektron [Ne] 3s2 3p6 Jumlah elektron tiap Jari-jari Van der Waals 188
Tabel 2.7 Sifat gas argon
2.13 Teknologi Fluidisasi Bed
25
berkembang pesat pada industri kimia dan pembangkit listrik. Luas permukaan bidang kontak yang besar antara fluida ( air atau udara) dengan partikel padat (bahan bakar) memungkinkan terjadinya keadaan isothermal pada semua kondisi sehingga didapatkan efisiensi pembakaran yang tinggi (Pari, 2004).
Gambar 2.7 menunjukkan fluidized-bed pirolizer bergelembung. Bahan bakar biomassa dimasukkan ke dalam reactor hamparan pasir panas bergelembung. Hamparan fluidized bed dialiri oleh gas inert seperti gas buang daur ulang. Pencampuran intensif gas inert pada hamparan padatan (umumnya pasir digunakan) menawarkan kontrol suhu baik dan seragam. Ini juga menyediakan perpindahan panas tinggi pada padatan biomassa. Waktu tinggal padatan jauh lebih tinggi dari gas dalam pirolizer tersebut.(Fang, 2004)
Gambar 2.7 Fluidisasi bed bergelembung Biomassa
Fluidizing gas masuk
Distributor Plate
Arang, minyak, gas, uap
Ulir Pengumpan
Panas
Freeboard
26
2.14 Ringkasan Jurnal Penelitian
27
28
Untuk mengatasi permasalahan ini maka, digunakan teknologi pirolisis fluidisasi bed dengan media gas argon, yang disertai dengan penambahan variasi perlakuan waktu penahanan, sehingga dengan memakai teknologi tersebut diharapkan perfomansi briket yang dihasilkan menjadi lebih baik.
Bahan Karbonasi Pyrolisis Gas Inert Jenis Piroliser Holding
Time
research argon Fluidisasi bed
Variasi holding time
