ANALISIS KARATERISTIK PEMBAKARAN BRIKET ARANG LIMBAH INDUSTRI KELAPA SAWIT dengan VARIASI BAHAN PEREKAT
(BINDER) KANJI dan TAR MENGGUNAKAN METODE
TUGAS AKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Gelar Derajat Strata-1 Pada Prodi Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun oleh : EDY WAHYU UTOMO
(20100130065)
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
YOGYAKARTA 2014
THERMOGRAVIMETRI ANALYSIS (TGA)
BURNING CHARACTERISTIES ANALYSIS OF CHARCOAL BRIQUETH MADE FROM PALM INDUSTRY WASTE WITH STARCH AND TAR BINDER
VARIATION USING THERMOGRAVIMETRY ANALYSIS METHOD
TUGAS AKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Gelar Derajat Strata-1 Pada Prodi Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun oleh : EDY WAHYU UTOMO
(20100130065)
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
YOGYAKARTA 2014
TUGAS AKHIR
ANALISIS KARATERISTIK PEMBAKARAN BRIKET ARANG LIMBAH INDUSTRI KELAPA SAWIT dengan VARIASI BAHAN PEREKAT
(BINDER) KANJI dan TAR MENGGUNAKAN METODE THERMOGRAVIMETRI ANALYSIS (TGA)
Disusun Oleh : EDY WAHYU UTOMO
20100130065
Telah Dipertahankan Di Depan Tim Penguji Pada Tanggal 02 Januari 2015
Susunan Tim Penguji :
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Novi Caroko, S.T., M.Eng. Wahyudi, S.T., M.T.
NIP. 197911132005011001 NIK. 19700823199702 123 032 Penguji
Teddy Nur Cahyadi, S.T. NIK. 19790106200310 123 053
Tugas Akhir ini telah dinyatakan sah sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Tanggal Januari 2015 Mengesahkan
Ketua Program Studi Teknik Mesin
Novi Caroko, S.T., M.Eng. NIP. 197911132005011001
PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi ini adalah asli hasil karya saya dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, Januari 2015
MOTTO
“Kesabaran, Kegigihan, Kedisiplinan, Usaha Keras dan Do’a. Apapun itu akan menjadi mungkin”
“Kegagalan adalah bimbingan untuk mencapai kesuksesan, dimana disaat itu kita belajar untuk lebih baik dan terus mencoba tanpa menyerah dan putus asa”
“SEORANG PEMIMPIN ADALAH ORANG YANG MAMPU MEMIMPIN DIRINYA SENDIRI”
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Saya panjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya. Serta shalawat dan salam kepada junjungan Nabi Muhammad SAW sehingga Laporan Tugas Akhir dengan judul ‘Analisis Karateristik Pembakaran Briket Arang Limbah Industri Kelapa Sawit Dengan Variasi Bahan Perekat (Binder) Kanji Dan Tar Menggunakan Metode Thermogravimetri Analysis (TGA)’ ini telah selesai.
Kebutuhan energi dunia yang terus meningkat mengakibatkan harga minyak internasional melambung, sehingga timbul kebijakan pemerintah yang menaikkan harga bahan bakar minyak (BBM) dimana hal ini sangat membebani bagi masyarakat. Sumber energi alternatif merupakan salah satu jalan keluar untuk mengatasi masalah tersebut. Telah banyak ditemukan berbagai riset tentang energi alternatif ini, salah satunya adalah pemanfaatan limbah industri pertanian untuk pembuatan briket bioarang. Briket bioarang dari bahan organik juga dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan.
Laporan tugas akhir ini menjelaskan analisa karateristik pembakaran briket bioarang dengan memanfaatkan limbah industri Kelapa Sawit sebagai bahan baku utama dan menggunakan metode Thermogravimetri Analysis (TGA). Selain pembahasan tentang analisis karateristik pembakaran, laporan ini juga menjelaskan proses pirolisis dan pembuatan briket bioarang.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan mendukung kelancaran terselesainya laporan ini, untuk itu penulis tak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada yang terhormat diantaranya:
1. Kepada Bapak Novi Caroko, S.T., M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin dan dosen pembimbing 1 di Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
2. Kepada Bapak Wahyudi, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing 2 di Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
3. Kepada seluruh dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
4. Kepada Pak Kadar, Pak Parjito, Mbak Widy dan sluruh staf Prodi Teknik Mesin UMY.
5. Kepada Ibu dan Ayah dan Keluarga yang telah membantu secara moril maupun materil.
6. Kepada teman-teman seperjuangan yang telah memotivasi, semangat dan bersedia untuk bertukar pikiran.
7. Kepada pihak-pihak yang telah membantu dan tidak dapat disebutkan namanya satu-persatu, penyusun mengucapkan terima kasih.
Dalam penyusunan laporan ini masih jauh dari kata sempurna, banyak kekurangan karena keterbatasan pengetahuan dan kemampuan dari penyusun, oleh karena itu penyusun menerima dengan senang hati saran dan kritik yang bersifat membangun demi kesempurnaan laporan ini.
Akhir kata penyusun berharap semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi ilmu pengetahuan dan kemajuan bersama.
Wassalamu’alaikum Wr.Wb
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
HALAMAN PERNYATAAN ... iii
HALAMAN MOTTO ... iv
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR TABEL ... xiii
INTISARI ... xiv BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 3 1.3 Batasan Masalah ... 4 1.4 Tujuan Penelitian ... 4 1.5 Manfaat Penelitian ... 4 1.6 Metode Penyusunan ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ... 6
2.1 Tinjauan Pustaka ... 6
2.2 Dasar Teori ... 8
2.2.1 Biomassa ... 8
2.2.2 Limbah Kelapa Sawit ... 8
2.2.3 Pemanfaatan Energi Biomassa ... 9
2.2.4 Pirolisis ... 9
2.2.5 Bahan Perekat ... 11
2.2.6 Pembriketan Arang ... 13
2.2.7 Pembakaran ... 14
2.2.9 Pembakaran Bahan Bakar Padat ... 16
2.2.10 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pembakaran Bahan Bakar Padat ... 23
2.2.11 Thermogravimetri Analysis ... 24
2.2.12 Energi Aktivasi ... 27
2.2.13 Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar Padat ... 30
BAB III METODE PENELITIAN ... 33
3.1 Bahan Penelitian ... 33
3.2 Peralatan Penelitian ... 34
3.2.1 Alat Pirolisis (Pengarangan) ... 34
3.2.2 Alat Uji Pembakaran ... 37
3.2.3 Peralatan Pendukung ... 41
3.3 Prosedur Penelitian ... 43
3.3.1 Persiapan Bahan ... 44
3.3.2 Pirolisis ... 44
3.3.3 Pembriketan Arang ... 45
3.3.4 Uji Pembakaran Briket ... 46
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 47
4.1 Karakteristik Pembakaran Bahan Bakar Padat ... 47
4.1.1 Kadar Air ... 50
4.1.2 Kadar Volatile Matter ... 51
4.1.3 Kadar Fixed Carbon ... 53
4.1.4 Kadar Abu ... 54
4.2 Pengaruh Perekat Terhadap Lamanya Waktu Pembakaran ... 56
4.3 Pengaruh Variasi Perekat Terhadap Besarnya nilai ITVM ... 57
4.4 Pengaruh Variasi Perekat Terhadap Besarnya nilai ITFC ... 59
4.5. Pengaruh Variasi Perekat Terhadap Besarnya nilai PT ... 61
4.6 Pengaruh Variasi Perekat Terhadap Besarnya nilai BT ... 63
BAB V PENUTUP ... 68
5.1 Kesimpulan ... 68
5.2 Saran ... 70
DAFTAR PUSTAKA ... 71 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Perbedaan produk yang dihasilkan dari pirolisis , gasifikasi,
dan insinerasi ... 10
Gambar 2.2. Pembentukan dan konersi tar di dalam da di luar partikel ... 12
Gambar 2.3. Pembakaran sempurna, yang baik dan tidak sempurna (Bureau fo Energy Efficiency, 2004) ... 15
Gambar 2.4. Grafik profil pembakaran untuk batubara bituminous (Gruescu et al, 2000) ... 16
Gambar 2.5. Penampang melintang pembakaran bahan bakar bentuk batang (Borman dan Ragland, 1998) ... 19
Gambar 2.6. Skema thermobalance ... 25
Gambar 2.7. Profil grafik pembakaran : (a) grafik penurunan massa, (b) grafik laju penurunan massa, (c) grafik temperatur (Khawam dan Flanagan, 2006) ... 25
Gambar 2.8.(a) grafik TGA dan (b) keambiguan dalam penentuan Tonset (Practice Guide Section TGA) ... 26
Gambar 2.9. Keambiguan dalam TGA a) grafik yang berbalik pada absis b) kenaikan temperatur secara tajam akibat pembakaran (Practice Guide Section TGA) ... 27
Gambar 2.10.Hasil prediksi dan eksperimen dari (a) serbuk gergaji, (b) sekam padi, dan (c) serbuk bambu (Kalita et al, 2009) ... 29
Gambar 2.11.Tahapan proses pembakaran bahan bakar padat ... 31
Gambar 3.1. Limbah Industri Kelapa Sawit ... 33
Gambar 3.2. Tungku pirolisis ... 34
Gambar 3.3. Timbangan dan wadah sampel ... 35
Gambar 3.4. Tabung Destilasi ... 35
Gambar 3.5. Pompa Air ... 36
Gambar 3.7. Wadah Tar ... 37
Gambar 3.8. Tungku Pyrolyzer ... 37
Gambar 3.9. (a) Keramik Isolator, (b) Furnace ... 38
Gambar 3.10. Thermocontroller ... 38
Gambar 3.11. Rangka ... 39
Gambar 3.12. Wadah Sampel ... 39
Gambar 3.13. Timbangan digital ... 40
Gambar 3.14. Modul Data Logger ... 40
Gambar 3.15. Alat penumbuk ... 41
Gambar 3.16. saringan mesh ... 41
Gambar 3.17. Pengepres Briket ... 42
Gambar 3.18. Oven ... 42
Gambar 3.19. Diagram Alir ... 44
Gambar 3.20 .Skema instalasi peralatan pirolisis ... 45
Gambar 3.21. Skema instalasi peralatan uji pembakaran ... 46
Gambar 4.1 Grafik hasil pembakaran pengujian pertama pada briket arang Kelapa Sawit menggunakan perekat kanji ... 47
Gambar 4.2 Grafik linier nilai ITFC pengujian pertama pada briket arang Kelapa Sawit menggunakan perekat kanji ... 48
Gambar 4.3 Grafik persentase kadar air pada briket arang limbah Kelapa Sawit dengan variasi perekat dan bahan baku... 50
Gambar 4.4 Grafik persentase volatile matter pada briket arang limbah Kelapa Sawit dengan variasi perekat dan bahan baku ... 52
Gambar 4.5 Grafik persentase fixed carbon pada briket arang limbah Kelapa Sawit dengan variasi perekat dan bahan baku ... 53
Gambar 4.6 Grafik persentase kadar abu pada briket arang limbah Kelapa Sawit dengan variasi perekat dan bahan baku... 55
Gambar 4.7. Grafik waktu pembakaran pada briket arang limbah Kelapa Sawit dengan variasi perekat dan bahan baku... 56 Gambar 4.8. Grafik temperatur ITVM pada briket arang limbah Kelapa
Sawit dengan variasi perekat dan bahan baku ... 58 Gambar 4.9.Grafik temperatur ITFC pada briket arang limbah Kelapa
Sawit dengan variasi perekat dan bahan baku ... 60 Gambar 4.10. Grafik temperatur PT pada briket arang limbah Kelapa Sawit
dengan variasi perekat dan bahan baku ... 62 Gambar 4.11.Grafik temperatur BT pada briket arang limbah Kelapa Sawit
dengan variasi perekat dan bahan baku ... 64 Gambar 4.12.Grafik nilai energi aktivasi pada briket arang limbah Kelapa
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Harga k0,pyr dan Epyr untuk beberapa bahan ... 20 Tabel 2.2. Konstanta laju oksidasi char batubara ... 22 Tabel 2.3. Ignition delay dan waktu burnout untuk beberapa ukuran partikel ... 23 Tabel 4.1. Persentase kadar air pada briket arang limbah Kelapa Sawit
dengan variasi perekat dan bahan baku ... 50 Tabel 4.2. Persentase kadar zat mudah menguap pada briket arang limbah
Kelapa Sawit dengan variasi perekat dan bahan baku ... 51 Tabel 4.3. Persentase fixed carbon pada briket arang limbah Kelapa Sawit
dengan variasi perekat dan bahan baku ... 53 Tabel 4.4. Persentase kadar abu pada briket arang limbah Kelapa Sawit
dengan variasi perekat dan bahan baku ... 54 Tabel 4.5. Waktu pembakaran briket arang limbah Kelapa Sawit dengan
variasi perekat dan bahan baku ... 56 Tabel 4.6. Nilai ITVM briket arang limbah Kelapa Sawit dengan
variasi perekat dan bahan baku ... 57 Tabel 4.7. Nilai ITFC briket arang limbah Kelapa Sawit dengan
variasi perekat dan bahan baku ... 59 Tabel 4.8. Nilai PT briket arang limbah Kelapa Sawit dengan
variasi perekat dan bahan baku ... 61 Tabel 4.9. Nilai BT briket arang limbah Kelapa Sawit dengan
variasi perekat dan bahan baku ... 63 Tabel 4.10. Nilai Energi aktivasi briket arang limbah Kelapa Sawit dengan
INTISARI
Kondisi cadangan energi di dunia khususnya energi fosil (minyak bumi dan batubara) semakin hari semakin menipis. Jalan keluar untuk mengatasi krisis permasalahan energi di Indonesia, salah satu yaitu dengan pengembangan energi alternatif yang bersifat renewable. Biomassa merupakan salah satu penemuan bahan bakar alternatif yang pontensial untuk dikembangkan. Salah satu contoh biomassa adalah cangkang, serat dan tandan kosong yang merupakan limbah industri Kelapa Sawit, dimana sebagian besar belum termanfaatkan sepenuhnya secara baik.
Dalam penelitian ini limbah industri Kelapa Sawit dilakukan pirolisis untuk mendapatkan arang/char dan tar sebagai bahan binder. Setelah itu arang dihancurkan terlebih dahulu hingga lolos ukuran 20 mesh. Serbuk arang dibriket pada tekanan 200 kg/cm2 dengan persentase binder 10%. Variasi jenis binder yaitu kanji, tar dan paduan antara kanji dan tar. Pengujian karakteristik pembakaran menggunakan metode termogravimetri analisys (TGA).
Berdasarkan percobaan dan parameter yang telah di uji, diperoleh kesimpulan bahwa briket arang Kelapa Sawit dengan persentase kadar air yang semakin tinggi maka persentase kadar fixed carbon akan semakin rendah. Hal ini akan menurunkan temperatur pembakaran yang meliputi ITVM (Initiation Temperature of Volatile Matter), ITFC (Initiation Temperature of Fixed Carbon), PT (Peak of weight loss Temperature), BT (Burning out Temperature) dan memperbesar nilai energi aktivasi (Ea) yang mengkibatkan waktu penyalaan semakin lama. Briket yang memiliki karakteristik pembakaran terbaik adalah briket arang Kelapa Sawit dengan binder kanji yang memiliki temperatur pembakaran diantara 327oC - 352oC dan memiliki waktu penyalaan yang cepat
Kata kunci : : Binder, Biomassa, Briket, BT, Energi aktivasi, ITFC, ITVM, Limbah padat Kelapa Sawit, PT, Thermogravimetri Analysis.
