Pengaruh Penambahan Gas Argon Dan Variasi Holding Time Pada Proses Pirolisis Batok Kelapa Muda Terhadap Nilai Kalor Bakar.

(1)

ISSN 2338

–

414X

Nomor 1/Volume 3/Juli 2015

P R O S I D I N G

KONFERENSI NASIONAL

ENGINEERING PERHOTELAN

“

INOVASI TEKNOLOGI UNTUK MENINGKATKAN

KUALITAS INDUSTRI PARIWISATA

”

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik

Universitas Udayana

ISSN 2338 - 414X

Fakultas Teknik, Universitas Udayana

Kampus Bukit Jimbaran, Bali 80362

Telp./Fax.: +62 361 703321

(2)

i

ISSN: 2338-414X

Prosiding Konferensi Nasional Engineering Perhotelan VI

–

2015

11

–

12 Juni, 2015

Ketua Editor

:

Dr. I Made Parwata, ST.,MT

Editor Pelaksana :

Ainul Ghurri, S.T., M.T., Ph.D.

Dr. Wayan Nata septiadi, ST, MT

I Ketut Adi Atmika, S.T., M.T.

IG Teddy Prananda Surya, S.T., M.T.

I.D.G Ary Subagia, S.T,M.T, Ph.D

Penyunting Ahli

:

Prof.Ir.Ngakan Putu Gede Suardana,MT.,Ph.D (UNUD)

Prof.I Nyoman Suprapta Winaya, ST., MASc, PhD (UNUD)

Prof.Dr. ING Antara M.Eng. (UNUD)

Prof.Dr. Tjok Gd. Tirta Nindhia (UNUD)

Dr. Ir. I Wayan Surata, MErg (UNUD)

Prof.Dr.Ing. Mulyadi Bur (Sekjen BKSTM)

Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST,MT. (UNS)

Prof Johny Wahyuadi M, DEA (UI)

Prof. Dr-Ing. Nandy Putra, (UI)

Prof. Dr. Ir. Satryo Soemantri Brodjonegoro (ITB)

Dr Caturwati (UNTIRTA)

Fauzun, ST.,MT. PhD.(UGM)

Hak Cipta @ 2014 oleh KNEP VI

–

2015

–

Universitas Udayana.

Dilarang mereproduksi dan mendistribusi

bagian dari publikasi ini dalam bentuk

maupun media apapun tanpa seijin Jurusan

Teknik Mesin

–

Universitas Udayana.

(3)

iii

DAFTAR ISI

Kata Pengantar

ii

Daftar Isi

iii

Makalah KNEP VI - 2015

Energi dan Tehrmofluid

ET 01

Analisa Pengaruh Variasi Kapasitas Uap Terhadap Efisiensi Ketel Uap di PT. Sinar Sosro Banyuasin-Sumatera Selatan - Aneka Firdaus, Erwin Sirait

1

ET 02

Kajian Kelayakan Sistem Kogenerasi Turbin Gas Bandara Udara- I Made Astina dan Arief Hariyanto

9

ET 03

Aplikasi PCM Bees Wax sebagai Teknologi Penyimpan Energi (thermal energy storage) pada Pemanas Air Domestik- Adi Winarta, Muhammad Amin, Nandy Putra

21

ET 04

Pengujian Performansi Model Sistem Pompa Tunggal yang Beroperasi pada Berbagai Temperatur Fluida Kerja- I Wayan Suma Wibawa

29

ET 05

Uji Performansi Gasifikasi Limbah Jerami Menggunakan Gasifier Kompor Biomass UB-03-

Ahmad Maulana, I Nyoman Suprapta Winaya, I Wayan Bandem Adnyana

39

ET 06

Investigasi Eksperimental Pengaruh Laju Aliran Massa Air pada Solar Termal Tipe CPC - Edi Marzuki, Mokhamad Hasan, Yogi Sirod Gaoz, Mulya Juarsa, Muhamad Yulianto

47

ET 07

Metode Konstruksi Kolektor Surya CPC Berselubung Kaca sebagai Media Evaporasi Sistem ORC-

Dwi Yuliaji, Yogi Sirod Gaoz, Tachli Supriyadi, Roy Waluyo, Mulya Juarsa, Muhamad Yulianto

57

ET 08

Pengaruh Saluran Pemasukan Udara terhadap Unjuk Kerja Kompor Teknologi Tepat Guna dengan Bahan Bakar Biomassa Ranting dan Limbah Potongan Kayu Kering- I Wayan Joniarta

67

ET 09

Perancangan Burner Berbahan Bakar Oli Bekas dengan Sistem Steam Atomizing Burner- Maramad Saputra Nara, I Gst. Bagus Wijaya Kusuma, I DGP Swastika

77

ET 10

Rancang Bangun Resirkulator Emisi Gas Buang Mesin Sepeda Motor Empat Langkah - I Ketut Adi, I Gusti Bagus Wijaya Kusuma, I Wyn Bandem Adnyana

85

ET 11

Penggunaan Kabut Air untuk Memadamkan Api Kebakaran- I G.N.Bagus Mahendra Putra, Ainul Ghurri

89

ET 12

Pengaruh Penambahan Gas Argon dan Variasi Holding Time pada Proses Pirolisis Batok Kelapa Muda Terhadap Nilai Kalor Bakar - I W Ambara Antara, I N Suprapta Winaya, I K G Wirawan

(4)

Konferensi Nasional Enginering Perhotelan VI, Universitas Udayana, 2015

97

Pengaruh Penambahan Gas Argon Dan Variasi Holding Time Pada

Proses Pirolisis Batok Kelapa Muda Terhadap Nilai Kalor Bakar

I W Ambara Antara

1

)

*

, I N Suprapta Winaya

2

)

*

, I K G Wirawan

2

)

1)_{Mahasiswa program pasca sarjana, Teknik Mesin Universitas Udayana}

UPT RPH Pemkot Denpasar, Jalan Raya Benoa No 133X, Pesanggaran Denpasar Email: ambara.antara@gmail.com

2)_{Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana}

Kampus Bukit Jimbaran, Bali 80362 Email: ins.winaya@me.unud.ac.id

Abstrak

Dengan menipisnya cadangan sumber energi yang berasal dari bahan bakar fosil maka, dilakukan beberapa usaha untuk menggunakan energi secara efisien dan berusaha menemukan sumber energi baru yang dapat diperbaharui sebagai bahan bakar alternatif. Salah satu bahan bakar alternatif yang mempunyai potensi paling besar adalah biomassa. Jenis biomassa yang potensial untuk dikembangkan adalah biomassa yang berasal dari batok kelapa muda yang merupakan hasil sampingan atau limbah dari buah kelapa muda yang banyak tersebar di daerah pariwisata, apabila limbah sampingan ini tidak dikelola secara baik justru akan menambah suatu permasalahan terhadap lingkungan disekitarnya. Pada penelitian ini teknologi yang dipergunakan untuk mengolah limbah kelapa muda tersebut adalah pirolisis fluidized bed dengan cara mengubah batok kelapa muda menjadi bioarang. Proses produksi dilakukan dengan penambahan gas inert argon pada tekanan (10 kg.f/cm2) disertai variasi holding time masing masing 15,30,45,60 menit saat proses pirolisis pada suhu 548oK sehingga diharapkan mendapatkan performasi briket yang terbaik. Dari hasil penelitian diperoleh nilai kalor bakar bahan bakar batok kelapa muda meningkat, yaitu nilai kalor sebelum penambahan gas argon dan holding time adalah 3748 cal/gr sedangkan setelah holding time

dan penambahan gas argon meningkat berturut turut menjadi 4022,4192,4345,4433 cal/gr.

Kata Kunci: pirolisis, fluidized bed, batok kelapa muda, nilai kalor bakar.

Abstract

With a depletion of energy resources are derived from fossil fuels, some effort have been made to use energy efficiently and trying to find new sources of renewable energy as an alternative fuel. One of the alternative fuels which has of the most potential is biomass. Types of biomass potential to be developed is biomass derived from the young coconut shells which is a byproduct or waste of young coconuts are widely spread in the area of tourism. In this study, the technology used to process biomass is pyrolysis fluidized bed by converting young coconut shells into bio-charcoal. In the process of the production of bio-charcoal we made additional inert argon gas at a pressure (10 kgf / cm2) with variations in holding time 15,30,45,60 minutes each during the pyrolysis process at a temperature 548oK so expect to get performance briquettes the best.From the research results calorific value of fuel combustion the young coconut shell increased, which shows that the fuel Calorific Value prior to the addition of argon gas and the holding time is 3748 cal / g while after the holding time and the addition of argon gas increased successively into 4022,4192,4345,4433 cal / g

Keywords: pyrolysis, biomass, young coconut shells, calorific value combustion.

1. PENDAHULUAN

(5)

Prosiding KNEP VI 2015  ISSN 2338-414X

98

penelitian ini teknologi yang dipergunakan dalam mengolah limbah tersebut menjadi bahan bakar alternatif adalah teknologi pirolisis fluidisasi bed dengan cara mengubah menjadi briket bioarang.

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 [2]. Dengan menggunakan sistem piroliss ini nilai kalor yang diperoleh dari briket batok kelapa muda akan lebih tinggi.

Jumlah kandungan air yang ada pada briket tempurung kelapa muda akan berkurang drastis, akan terbentuk arang yang memiliki lapisan film yang mencegah kembali terjadinya penyerapan air, sehingga arang yang yang terbentuk sangat bagus untuk briket. Selama ini ada beberapa penelitian tentang pirolisis, yang telah dilakukan untuk pembuatan briket salah satunya dengan sistem pirolisis/proses karbonisasi yang dilakukan dapat meningkatkan kandungan karbon dan nilai kalor briket dari tongkol jagung [3]. Pada proses pirolisis ini, biomassa dipanaskan pada temperatur

350oC – 500oC dan dengan sedikit atau tanpa adanya udara maupun oksigen. [4] Pirolisis umumnya

dilakukan pada rentang waktu 30 menit – 2 jam. Hasil yang didapat dari proses pirolisis adalah

sebuah padatan (arang) yang menyimpan 60% - 70% energi yang berasal dari biomassa tersebut [5]

Adanya gas inert (N2) mampu meningkatkan nilai kalor basah maupun kering dari briket bioarang [6]

waktu penahanan (holding time) memberikan efek penyempurnaan pirolisis. [7], menyebutkan bahwa

untuk meningkatkan nilai kalor dari biomassa harus dikonversi menjadi energi kimia bioarang terlebih dahulu. Menurut [8], proses dekomposisi kimia dengan menggunakan pemanasan tanpa kehadiran oksigen disebut proses pirolisis atau bisa disebut thermolisis, di mana pada proses ini menghasilkan produk berupa bahan bakar padat yaitu karbon. Diketahui bahwa karbon merupakan salah satu penyusun sumber energi terbesar di dalam briket bioarang. [9] Gas Pirolisis memiliki banyak CO2,

CO, H2, C1-5, Hidrokarbon sebagai gas yang mudah terbakar .

Briket batok kelapa muda yang di produksi oleh usaha industri kecil banyak mengalami permasalahan yaitu: briket yang di produksi banyak mengandung asap ketika dibakar, briket yang dibakar cepat habis, kadar air pada briket tersebut masih cukup tinggi, susah dalam proses

kompaksi. Pada penelitian ini bagaimanakah pengaruh variasi holding time dan penambahan gas inert

Argon pada saat proses karbonisasi briket tempurung kelapa muda terhadap perfomasi briket yang akan dihasilkan.

Analisis nilai kalor bahan bakar dapat dilakukan dengan pengujian pada alat adiabatic bomb calorimeter. Analisa nilai kalor dengan adiabatic bomb calorimeter dapat dirumuskan sepertii persamaan di bawah ini:

HHV

(1)

LHV = HHV – (Muap air *QLaten Uap Air) (2)

Dimana:

Nilai Std alat :1887,389 (cal/oc)

HHV :High Heating Value (nilai kalor atas bahan bakar) (cal/gr) LHV :Low Heating Value (nilai kalor bawah bahan bakar) (cal/gr)

Mb :Massa bahan Bakar (gr)

Muap air :Massa uap air dalam bomb calorimeter (gr)

QLaten Uap Air: :Panas laten uap Air (cal/gr

2. METODELOGI PENELITIAN 2.1 PERALATAN DAN BAHAN

Dalam melaksanakan penelitian ini, adapun peralalatan dan bahan yang digunakan adalah :

 Reaktor pyrolisis type fluidized bed. Peralatan ini berfungsi untuk mempirolisis briket kelapa

(6)

99

Gambar 1 Sketsa desain alat percobaan

 Pressure gauge, peralatan ini berfungsi untuk mengukur tekanan gas argon yang ada

dalam tabung

 Gelas ukur, digunakan untuk mengukur volume air yang akan digunakan pada saat

pengujian bomb kalori meter

 Thermocoupple tipe K yang mampu mendeteksi suhu sampai 1000C, termokopel ini berfungsi untuk mengukur suhu dalam reaktor pirolisis sebelum di koneksi dengan sistem pengaturan suhu elektronik untuk mendapatkan temperatur yang diinginkan.

 Bomb calorimeter digunakan untuk mengukur nilai kalor bahan bakar

 Gas inert argon, adalah gas yang tidak reaktif termasuk dalam golongan gas mulia yang

berfungsi sebagai gas carrier mencegah/meminimalisasi terjadinya flame dalam reaktor

pirolisis

 Timbangan digital, digunakan untuk mengukur massa bahan bakar

 Mesin atau alat press adalah mesin yang digunakan untuk proses kompaksi serbuk batok

kelapa muda menjadi bentuk pellet

 Mesin crusher berfungsi untuk menghancurkan batok kelapa muda menjadi serbuk/cocochip

 Oven, disini digunakan untuk mengeringkan briket serbuk batok kelapa muda sehingga di

dapatkan kadar air yang minimal

 Pasir silika digunakan sebagai hamparan/bed dalam reaktor fluidized bed karena pasir ini

membantu mensirkulasikan temperatur yang ada dalam reaktor agar merata

 Regulator digunakan untuk mengatur keluarnya gas dari tabung gas argon sebelum

dialirkan atau dihembuskan dalam reaktor pirolisis

 Ayakan, berfungsi untuk memisahkan butiran serbuk batok kelapa muda agar seragam

atau homogen

 Batok kelapa muda yang sudah dikeringkan, dengan kadar air kurang lebih 10 %,proses

pengeringan batok kelapa muda ini dilakukan dengan menjemur dalam terik matahari selama kurang lebih 1 minggu

 Isolator thermal yang digunakan dalam membungkus tabung reaktor adalah asbes belt

yang dikombinasikan dengan aluminium foil, isolator thermal ini berfungsi untuk mencegah terjadinya loses temperature reaktor, disamping itu juga menjaga kondisi temperatur dalam reactor konstan

(7)

100

Dia g ra m Alir P ro s e s Pe n e litia n

M u la i

Studi L itera t ur Persi a p a n Baha n ( batok kela p a mud a

)

Peng e ri n g a n Baha n

Peng g e r u sa n

H alus ± 1 mm A T ida k A Ya

Per ek a t a n

Persi a p a n alat penc e t a k a n

Komp a k s i

Peng e ri n g a n brike t

Penim b an g an B rik et

Kadar air 10%

T idak

B Ya

B

Persi a p a n Alat U ji piroli s a

Peni m b a n g a n bera t

brike t

Data Bera t Brike t

U ji Piroli s a disert a i Holdi n g

time dan Pena m b a h a n

gas ine rt

Peni m b a n g a n berat brike t

Data bera t brike t

C

U ji N ilai Kalor

Data N ilai Kalor

Peng ol a h a n data

Selesa i

Gambar.2 Diagram alir proses penelitian

Proses penelitian diawali dengan pemprosesan sampel limbah batok kelapa muda menjadi serbuk batok kelapa muda yang diolah dengan mesin crusher sampai ukuran kurang lebih 1 mm, selanjutnya sampel tersebut dibuat dalam bentuk pellet, kemudian dikeringkan sampai kadar air 10 %, bahan bakar yang sudah dalam bentuk pellet ini selanjutnya di pirolisis menggunakan combustor/reactor pirolisis system fluidized bed. Proses pirolisis diawali dengan memanaskan dinding baja SC 80 dengan L = 100 cm dan D = 2 inch) secara eksternal menggunakan heater

sepanjang Lh = 70 cm, setelah reaktor mencapai temperatur operasi (548

o

K) maka dihembuskanlah gas argon kedalam reaktor untuk menghilangkan/ mengurangi jumlah oksigen yang masih terperangkap dalam reaktor, selanjutnya bahan bakar dimasukan dalam cawan berlubang yang ada tangkainya kedalam reaktor, kemudian reaktor ditutup dan diberikan hembusan gas argon dengan tekanan 10kgf/cm2, berikutnya setelah bahan bakar masuk dalm reaktor barulah dilakukan proses holding time, sesuai dengan rencana awal dari percobaan ini. Dalam penelitian ini ada tiga macam variabel yang digunakan, yaitu variabel bebas (variasi waktu holding time 15 menit, 30 menit, 45 menit, 60 menit), variabel terikat (nilai kalor briket bioarang yang dihasilkan pada proses pyrolisis dan variabel kontrol (temperature 548oK) penambahan gas inert argon pada tekanan (10 kg.f/cm2))

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil penelitian analisa nilai kalor biobriket dan massa uap air yang dihasilkan setelah bahan bakar batok kelapa di pirolisis adalah ditampilkan seperti pada tabel 1 di bawah ini. Berdasarkan data dari table di bawah bahwa nilai kalor bakar meningkat seiring dengan adanya pertambahan waktu

holding time pada saat proses pirolisis, sedangkan massa uap air adalah berbading terbalik dengan adanya pertambahan dari waktu pirolisis.

Tabel.1

No

Nilai

standarisasi

(Cal/

o

C)

Sampel

(Waktu)

menit

massa

(gr)

T1 (

o

C)

T2 (

o

C)

m.H2O

(gr.H2O)

HHV

(cal/gr)

LHV

(cal/gr)

1

1887,389

0

0,998

30,909

32,891

0,478

3.748,302

3.489,034

2

1887,389

15

0,692

32,735

34,21

0,318

4.022,975

3.850,492

3

1887,389

30

0,668

33,475

34,959

0,316

4.192,942

4.021,544

4

1887,389

45

0,876

34,09

36,107

0,404

4.345,735

4.126,605

(8)

101

Gambar 3 Grafik Massa H2O

Pada gambar 3 grafik massa H2O diatas terlihat bahwa massa uap air dari bahan bakar batok kelapa

muda berbanding terbalik dengan pertambahan waktu holding time, hal ini disebabkan karena selama

proses holding time tersebut jumlah uap air yang menguap seiring dengan pertambahan waktu adalah semakin besar karena waktu tinggal bahan bakar dalam reactor semakin lama sehingga terjadi penyempurnaan proses pirolisis.

Gambar 4. Grafik Nilai Kalor Bahan Bakar

Pada gambar 4, grafik nilai kalor bakar diatas terlihat bahwa nilai kalor bakar dari batok kelapa

meningkat dan berbading lurus dengan waktu holding time, hal ini terjadi karena proses pirolisis

dapat meningkatkan kadar karbon dari briket itu sendiri, yang mana dengan adanya peningkatan nilai kadar karbon akan berbading lurus dengan nilai kalor bakar, selain itu gas inert argon yang digunakan selama proses pirolisis ikut membantu mencegah terjadinya flame,

karena gas argon membantu mencegah terjadinya proses oksidasi pembakaran sehingga proses y = -0.0028x + 0.4328

R² = 0.4796

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0 15 30 45 60 75 90

Massa H2O grm.H2O

Waktu (menit)

Massa.H2O (gr.H2O)

Linear (Massa.H2O (gr.H2O))

y = 11.288x + 3810.1 R² = 0.962

3700 3800 3900 4000 4100 4200 4300 4400 4500 4600

0 20 40 60 80

HHV (cal/grm)

Waktu (menit)

Grafik Nilai Kalor bakar (HHV (cal/gr))

HHV (cal/gr)

(9)

102

piroliisis dapat berlangsung dengan baik. Dalam hal ini gas argon bersifat tidak reaktif dan tidak bereaksi dengan gas lainya.

Gambar 3 Foto Briket

Dari foto diatas terlihat bahwa briket batok kelapa dengan perlakuan penambahan gas inert argon dan semakin lama proses waktu holding time tampak semakin hitam hal ini diduga karena kandungan karbon yang terjadi setelah mengalami proses pirolisis semakin meningkat.

(10)

103

Hasil penelitian menunjukan bahwa dengan adanya penambahan gas inert argon dan adanya variasi waktu holding time dapat meningkatkan nilai kalor bahan bakar dari batok kelapa itu sendiri, serta

adanya penurunan kadar air dari briket seiring dengan bertambahnya waktu holding time selama

proses pirolisis.

Saran:

Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut terhadap unsur C,H,O,N,S yang terkandung pada briket tersebut sehingga dapat memenuhi santard briket yang ada.

Daftar Pustaka:

[1]

Svetlana Landanai, Global Potential of Sustainable Biomass for Energy, SLU institution for

energy och teknik Swedish university of Agricultural Sciences, 2009

[2]

id.wikipedia.org/wiki/Pirolisis

[3]

Untoro Budi Surono, Peningkatan Kualitas Pembakaran Biomassa Limbah Tongkol Jagung

sebagai Bahan Bakar Alternatif dengan Proses Karbonisasi dan Pembriketan , Universitas

Janabadra Yogyakarta, 2010

[4]

Clarke, S; F.Preto” Biomassa desinfication for energy production, Factsheet ministry of

agriculture, Food and rural affairs, Ontario ( 2011)

[5]

Bawa Susana, I Gede ,Peningkatan Nilai Kalor Biomassa Kotoran Kuda dengan Metode

Densifikasi dan Thermolisis, Universitas Mataram

[6]

Dwi Aries Himawanto, Pengaruh heating rate pada proses slow Pyrolisis sampah bamboo dan

sampah daun pisang, Universitas Sebelas Maret, 2010

[7]

Boyles, D.T., Bio-Energy, Technology Thermodynamics and Cost, 1 st ed, John Wiley and

Sons,New York, 1984

[8]

Daugherty, E.C., Biomass Energy System Efficiency: Analyzed through a Life Cycle

Assessment, Lund University, 2001.