KAJIAN POTENSI PELET BIOMASSA DARI PEMANFAATAN
LIMBAH SERBUK KAYU DAN TANDAN KOSONG
KELAPA SAWIT MENJADI BAHAN BAKAR
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh :
ROYNALDO
NIM : 110401083
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
i
ABSTRAK
Bahan bakar fosil adalah energi tidak terbarukan yang jumlahnya semakin
menipis sehingga dibutuhkan energi alternatif. Potensi limbah serbuk kayu dan
limbah industri kelapa sawit cukup besar dapat digunakan sebagai bahan baku pelet
biomassa. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memanfaatkan limbah yang
berpotensi dapat didaur ulang menjadi bahan bakar, terutama kelapa sawit yang
tumbuh subur di Sumatera Utara. Metode yang digunakan adalah dengan
menghaluskan serbuk kayu dan tandan kosong kelapa sawit menggunakan blender
kemudian dicetak menggunakan mesin pencetak pelet. Dari hasil pengujian, pelet
dengan komposisi dari serbuk kayu 100% merupakan bahan bakar yang optimal
karena memiliki nilai kalor tertinggi (HHV) yaitu 20588,28 kJ/kg dan nilai kalor
terendah (LHV) yaitu 19150,95 kJ/kg, efisiensi bahan bakar yang tinggi yaitu 77%
dan menghasilkan gas asap yang terendah yaitu 6,00 kg/kgBB secara teoritis dan
7,00 kg/kgBB secara aktual.
Kata kunci : pelet biomasa, nilai kalor bahan bakar, efisiensi bahan bakar.
ii
ABSTRACT
Fossil fuels are not renewable energy that the numbers will be thinning so that
use as alternative energy . Potential of sawdust waste and waste palm oil industry is
large enough can be used as raw material for biomass pellets. The purpose of this
research was to use the potential of waste that can be recycled into fuel, especially
oil palm which thrives in North Sumatera. The method used to smooth the wood
powder and oil palm empty fruit bunches using a blender and then printed by the
printer engine pellets. From the test result, pellets with a composition of sawdust
100% is optimal fuel because it has highest calorific value (HHV) is 20588,28 kJ/kg
and a low combustion value (LHV) is 19150,95 kJ/kg, fuel efficiency is 77% and
produce as soon as possible the lowest gas that is 6,00 kg/kgBB theoretical , 7,00
kg/kgBB actually.
Keywords : biomass pellets , fuel calorific value , fuel efficiency
v
1.1 Latar Belakang ...1
1.2 Perumusan Masalah ...3
1.3 Batasan Masalah ...3
1.4 Tujuan Penelitian ...3
1.5 Manfaat Penelitian ...4
1.6 Sistematika Penulisan ...4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...6
2.1 Energi ...6
2.2 Bahan Bakar ...7
2.3 Biomassa ...8
2.3.1 Definisi Biomassa dan Pelet Biomassa ...8
2.3.2 Serbuk Kayu ...10
2.3.3 Tandan Kosong Kelapa Sawit ...11
2.3.4 Briket Arang ...12
2.4 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kualitas Pelet ...14
vi
2.4.1 Lama Penyalaan Pelet ...14
2.4.2 Kadar Air ...14
2.4.3 Nilai Kalor ...16
2.4.4 Kadar Bahan Mudah Terbakar dan Menguap...18
2.4.5 Kadar Abu ...19
2.4.6 Kadar Karbon Terikat ...20
2.4.7 Laju Pembakaran ...21
2.4.8 Efisiensi ...21
2.4.9 Konsumsi Bahan Bakar ...22
2.4.10 Kebutuhan Udara Pembakaran ...22
2.4.11 Gas Asap ...23
2.4.12 Volume Gas Asap ...24
2.5 Jenis Bahan Perekat ...24
2.6 Ketersediaan Biomassa di Indonesia ...26
2.7 Analisis Karakteristik Bahan Bakar Biomassa ...28
2.8 Energi Kalor ...29
BAB III METODOLOGI PENELITIAN...31
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ...31
3.1.1 Tempat Penelitian ...31
3.1.2 Waktu Penelitian ...31
3.2 Alat dan Bahan ...32
3.2.1 Alat ...32
3.2.2 Bahan ...38
3.3 Diagram Alir Penelitian ...40
3.4 Variabel Penelitian ...41
3.4.1 Variabel Bebas ...41
3.4.2 Variabel Terikat ...41
3.5 Prosedur Kerja ...41
vii
3.5.1 Tahap Penyiapan Bahan Baku ...42
3.5.2 Tahap Pencampuran ...42
3.5.3 Tahap Pembuatan Pelet ...43
3.5.4 Tahap Pengayakan ...44
3.5.5 Tahap Pengeringan ...44
3.5.6 Tahap Pengujian ...44
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ...46
4.1 Karakterisasi Biomassa ...46
4.1.1 Analisis Proksimat ...46
4.1.2 Analisis Ultimat ...46
4.2 Nilai Kalor Bahan Bakar ...47
4.2.1 Analisa Nilai Kalor Pelet Bahan Bakar Serbuk Kayu 100 % ....48
4.2.2 Analisa Nilai Kalor Pelet Bahan Bakar Tandan Kosong Kelapa Sawit 100 % ...52
4.2.3 Analisa Nilai Kalor Pelet Bahan Bakar Serbuk Kayu 50 % + Tandan Kosong Kelapa Sawit 50 % ...56
4.3 Laju Pembakaran ...61
4.4 Perhitungan Efisiensi ...62
4.5 Konsumsi Bahan Bakar ...65
4.6 Kebutuhan Udara Bahan Bakar ...67
4.7 Perhitungan Gas Asap ...69
4.8 Volume Gas Asap ...71
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...73
5.1 Kesimpulan ...73
5.2 Saran ...75
DAFTAR PUSTAKA ...76
LAMPIRAN ...xii
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kandungan proksimat cangkang kelapa sawit ... 12
Tabel 2.2 Kandungan proksimat briket dari tandan kelapa sawit dan cangkang kelapa sawit ... 14
Tabel 2.3 Daftar analisa bahan perekat ... 26
Tabel 2.4 Limbah Biomassa di Indonesia ... 27
Tabel 2.5 Kandungan proksimat serbuk kayu ... 28
Tabel 2.6 Kandungan proksimat tandan kosong kelapa sawit ... 28
Tebel 2.7 Kandungan ultimat serbuk kayu ... 29
Tabel 2.8 Kandungan ultimat tandan kosong kelapa sawit ... 29
Tabel 3.1 T1oC dan T2oC pada Serbuk Kayu 100 % ... 45
Tabel 3.2 T1oC dan T2oC pada Tandan Kosong Kelapa Sawit 100 % ... 45
Tabel 3.3 T1oC dan T2oC pada Serbuk Kayu 50 % + Tandan Kosong Kelapa Sawit 50 % ... 45
Tabel 4.1 Hasil analisa nilai kalor pelet bahan bakar serbuk kayu 100 % ... 51
Tabel 4.2 Hasil analisa nilai kalor pelet bahan bakar tandan kosong ... 55
Tabel 4.3 Hasil analisa nilai kalor pelet bahan bakar Serbuk Kayu 50 % + Tandan Kosong Kelapa Sawit 50 % ... 60
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pelet Biomassa ... 9
Gambar 2.2 Skema proses produksi pelet biomassa ... 10
Gambar 2.3 Serbuk kayu ... 11
Gambar 2.4 Tandan kosong kelapa sawit ... 12
Gambar 2.5 Briket arang ... 13
Gambar 3.1 Tata letak lokasi penelitian ... 31
Gambar 3.2 Termometer ... 32
Gambar 3.3 Bom kalorimeter ... 34
Gambar 3.4 Blender ... 34
Gambar 3.5 Timbangan digital ... 35
Gambar 3.6 Mesin pencetak pelet ... 36
Gambar 3.7 Kassa penyaring ... 36
Gambar 3.8 Stopwatch ... 37
Gambar 3.9 Kompor biomassa ... 38
Gambar 3.10 Serbuk kayu ... 38
Gambar 3.11 Tandan kosong kelapa sawit ... 39
Gambar 2.12 Tepung kanji ... 39
Gambar 3.13 Diagram alir penelitian ... 40
Gambar 3.14 Hasil campuran ... 43
Gambar 4.1 Grafik HHV dan LHV pada serbuk kayu 100 % ... 51
Gambar 4.2 Grafik HHV dan LHV pada tandan kosong kelapa sawit 100 % ... 56
x
Gambar 4.3 Grafik HHV dan LHV pada serbuk kayu 50 % + tandan
kosong kelapa sawit 50 % ... 60
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Laju Pembakaran dengan Komposisi
Bahan ... 62
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Efisiensi dengan Komposisi Bahan ... 65
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Konsumsi Bahan Bakar dengan Komposisi
Bahan ... 67
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Kebutuhan Udara Pembakaran dengan
Komposisi Bahan ... 69
Gambar 4.8 Grafik Hubungan Perhitungan Gas Asap dengan Komposisi
Bahan ... 70
Gambar 4.9 Grafik Hubungan Volume Gas Asap dengan Komposisi
Bahan ... 72
xi
LP Laju Pembakaran (gram/detik)
Wf Konsumsi bahan bakar (gram)
Vg Volume gas asap (m3/kgBB)
α Faktor kelebihan udara (%)
Gt Berat gas asap teoritis (kg/kgBB)
Gs Berat gas asap sebenarnya (kg/kgBB)
Ut Kebutuhan udara teoritis (kg/kgBB)
Us Kebutuhan udara sebenarnya (kg/kgBB)
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas
segala rahmat dan karunia-Nya yang telah memberikan berkat, kesehatan dan
hikmat, sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Penelitian Tugas Akhir
ini.
Penelitian ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan
pendidikan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik
Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul
skripsi ini yaitu “Kajian Potensi Pelet Biomassa dari Pemanfaatan Limbah Serbuk Kayu dan Tandan Kosong Kelapa Sawit Menjadi Bahan Bakar”.
Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada semua
pihak yang telah membantu penulis selama pelaksanaan Penelitian Tugas Akhir
maupun dalam penyusunan laporan. Untuk itu, melalui pengantar ini penulis
menyampaikan terima kasih kepada :
1. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST.MT selaku Dosen Pembimbing
yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan kepada
penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Ibu Dr. Ir. Sari Farah Dina, ST.MT selaku pembimbing lapangan penulis
yang telah memberikan gambaran mengenai Pelet Biomassa dan
memberikan arahan tentang tahapan prosedur pembuatan pelet biomassa
yang penulis butuhkan dalam penelitian ini.
5. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas
Teknik USU.
6. Kedua orang tua penulis, Ayahanda J. Nainggolan dan Ibunda P. Br
Sitanggang, serta saudara penulis Hendrik Paulus Zetendara dan Beny
Irawan atas kasih sayang, doa dan dukungan yang tidak berkesudahan
kepada penulis.
iv 7. Seluruh teman-teman penulis, baik teman satu angkatan 2011 juga teman-
teman yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah
menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis ”Solidarity Forever”.
8. Sahabat penulis, Pratiwi Junike Banjarnahor, SS, yang telah menemani
dan memberikan semangat serta doa dan dukungan yang tidak
berkesudahan kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa laporan ini belum sempurna, baik segi teknik
maupun segi materi. Oleh sebab itu, penulis juga mengharapkan kritik dan saran
yang bersifat membangun dari pembaca demi terciptanya laporan yang lebih baik
di masa yang akan datang. Akhir kata, penulis berharap laporan ini dapat
memberikan manfaat bagi pembacanya.
Medan, Desember 2015
Roynaldo
NIM. 110401083
