1.1. Latar Belakang
Aceh Barat adalah salah satu daerah yang memiliki potensi Sumber Daya Alam (SDA) tambang batu bara. Menurut Dinas Pertambangan dan Energi Pemerintah Kabupaten Aceh Barat Provinsi Aceh. Batu bara deperkirakan mencapai 3 juta ton. Batu bara tersebut digunakan sebagai bahan bakar pada suatu perusahaan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) yang ada di Kabupaten Nagan Raya.
Disamping batu bara, Aceh Barat juga memiliki biomassa dari limbah kayu berupa serbuk gergaji kayu, sekam padi, ampas jagung, tempurung kelapa, dan lain – lain. Menurut data dari dinas kehutanan Aceh Barat pada tahun 2013. Luas areal hutan di Aceh Barat berdasarkan komposisi perencanaan penggunaan lahan, luas areal hutan 298,344 Ha (Dinas Kehutanan Aceh Barat 20 Juni 2013).
Kita ketahui bahwa bahan bakar minyak (BBM) dari tahun ke tahun semakin meningkat dan semakin langka mengingat bahan bakar fosil juga merupakan bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui. Oleh karena itu maka perlu dicarikan solusi alternatif lain sebagai pengganti bahan bakar minyak (BBM) salah satunya adalah dengan membuat briket batu bara campuran biomassa ( arang serbuk gergaji kayu). Briket yang berasal dari serbuk gergaji kayu dapat dimanfaatkan. Pemanfaatan limbah serbuk gergaji kayu menjadi briket sangat menguntungkan bagi industri dan masyarakat lain umumnya.
Penelitian ini telah dilakukan Samsul Bahri pada tahun 2007. Nilai kadar karbon terkait penelitian ini tertinggi di hasilkan pada perlakuan 10% arang serbuk gergaji kayu + 90% arang limbah potongan kayu BJ tinggi dengan rata-rata besar 84,13% dan perlakuan ini juga menghasilkan nilai kalor rata-rata tertinggi pula sebesar 73499,85kal/gr. Sedangkan Penelitian yang saya lakukan ini menunjukkan campuran antara batu bara dengan serbuk gergaji kayu yang semakin tinggi dalam briket batu bara maka semakin tinggi pula nilai kalor briket batu bara tersebut.
1.2. RumusanMasalah
Mengingat banyaknya potensi batu bara dan biomassa yang ada di Aceh Barat yang dapat dimanfaatkan menjadi bahan bakar alternatif, maka yang menjadi pertanyaannya adalah :
Apakah hasil dari proses pengujian nilai kalor briket campuran batu bara dengan bioarang Serbuk gergaji kayu ini dapat digunakan sebagai bahan bakar alternative.
1.3. Batasan Masalah
Pada penelitian dibatasi pada:
1. Batu bara yang digunakan berjenis sub-bituminous dengan komposisi percampuran 50,60,70%.
2. Serbuk gergaji kayu dengan komposisi percampuran 20,30,40%.
4. Tekanan yang diberikan setiap percetakan briket yaitu : 80, 100, dan 120 lb/in2
1.4. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
Untuk mengetahui nilai kalor briket batu bara campur bioarang serbuk gergaji kayu dan bahan perekat (tepung kanji).
1.5. Manfaat Penelitian
1. Mencari solusi dalam memanfaatkan limbah berupa serbuk kayu sebagai bahan bakar alternatif.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Energi
Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), Energi adalah tenaga atau
gaya untuk berbuat sesuatu. Defenisi ini merupakan perumusan yang lebih luas
dari pada pengertian-pengertian mengenai energi pada umumnya dianut di dunia
ilmu pengetahuan. Dalam pengertian sehari-hari energi dapat didefenisikan
sebagai kemampuan untuk melakukan sesuatu pekerjaan. (Kadir, 1995).
Energi merupakan sektor utama dalam perkonomian Indonesia dewasa ini
dan akan mengambil peranan yang lebih besar diwaktu yang akan datang baik
dalam rangka penyediaan devisa, penyerapan tenaga kerja, pelestarian sumber
daya energi, pembangunan nasional serta pembangunan daerah. Situasi energi di
indonesia tidak terlepas dari situasi energi dunia. Konsumsi energi dunia yang
makin meningkat menimbulkan kesempatan bagi Indonesia untuk mencari sumber
energi alternatif untuk memenuhi kebutuhannya sendiri. Untuk itu perlu untuk
mengidentifikasi sektor mana yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber daya
energi alternatif.(Abdullah, 1980).
2.1.1. Sumber energi
Energi konvensional adalah energi yang di ambil dari sumber yang hanya
tersedia dalam jumlah terbatas dibumi dan tidak dapat diregerasikan. Sumber
- sumber energi ini akan berakhir cepat atau lambat dan berbahaya bagi
lingkungan.
Energi terbarukan adalah energi yang dihasilkan dari sumber alam seperti
matahari, angin dan air. sumber energi ini akan selalu tersedia dan tak
merugikan lingkungan.
2.2. Bahan bakar
Bahan bakar adalah suatu materi apapun yang bisa diubah menjadi energi.
Biasanya bahan bakar mengandung energi panas yang dapat dilepaskan dan
dimanipulasi. Kebanyakan bahan bakar digunakan manusia melalui proses
pembakaran (reaksi redoks) dimana bahan bakar tersebut akan melepaskan panas
setelah direaksikan dengan oksigen di udara. Proses lain untuk melepaskan energi
dari bahan bakar adalah melalui reaksi eksotermal dan reaksi nuklir (seperti Fisi
nuklir atau Fusi nuklir). Hidrokarbon (termasuk di dalamnya bensin dan solar)
sejauh ini merupakan jenis bahan bakar yang paling sering digunakan manusia.
Bahan bakar lainnya yang bisa dipakai adalah logam radioaktif.
2.2.1. Jenis - jenis bahan bakar
Bahan bakar dibedakan menjadi tiga menurut wujudnya, yakni cair, padat:
1. Bahan bakar cair
Minyak (petroleum) berasal dari kata-kata: Petro = rock (batu) dan leaum =
oil (minyak) Minyak dan gas sebagian besar terdiri dari campuran molekul carbon
dan hydrogen yang disebut dengan hydrocarbons. Minyak dan gas terbentuk dari
siklus alami yang dimulai dari sedimentasi sisa-sisa tumbuhan dan binatang yang
terperangkap selama jutaan tahun. Pada umumnya terjadi jauh dibawah dasar
lautan. Material-material organik tersebut berubah menjadi minyak dan gas akibat
efek combinasi temperatur dan tekanan di dalam kerak bumi. Kumpulan dari
minyak dan gas tersebut membentuk reservoir-reservoir minyak dan gas.
BBM terdiri dari berbagai jenis hydrocarbons yang berasal dari minyak
bumi, dan sering pula terdiri dari campuran-campuran lain. Sifat mudah menguap
di dalam mesin menentukan jenis hydrocarbons dan campuran yang digunakan
pada BBM. Sifat mudah menguap tersebut disebut dengan volatility. Karena
minyak bumi mentah mempunyai kadar volatility yang lebih rendah dan tinggi
dari BBM, maka BBM harus dipisahkan dari minyak bumi mentah melalui proses
destilasi, namun karena dengan proses tersebut jumlah BBM yang diperoleh
sangat sedikit maka minyak bumi mentah harus melalui proses penyulingan yang
lebih komplek. Penyulingan minyak bumi mentah tersebut akan mengubah kadar
volatility hydrocarbons yang lebih rendah atau lebih tinggi dari BBM menjadi
sama dengan BBM.BBM yang dihasilkan merupakan campuran dari
2. Bahan bakar padat
Bahan bakar padat adalah suatu materi padat yang dapat diubah menjadi
energy. Bahan bakar padat adalah berupa batubara,dan kayu.
Batu bara merupakan salah satu bahan bakar fosil yang dapat terbakar dan berbentuk dari endapan organik yang tertimbun selama ratusan tahun. Batu bara terdiri dari unsu-unsur utamanya antara lain karbon hidrogen dan oksigen, batu bara juga merupakan batuan organik yang memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang komplek dapat ditemui dalam berbagai bentuk.
3. Bahan bakar gas
Bahan bakar gas ada dua jenis, yakni Compressed Natural Gas (CNG) dan Liquid Petroleum Gas (LPG). CNG pada dasarnya terdiri dari metana, sedangkan LPG adalah campuran dari propana, butane, dan bahan kimia lainnya. LPG yang digunakan untuk kompor rumah tangga, sama dengan bahan bakar gas yang biasa digunakan untuk sebagian kendaraan bermotor.
2.3. Batu bara
a. Tahap Diagenetik atau Biokimia, dimulai pada saat material tanaman terdeposisi hingga lignit terbentuk. Agen utama yang berperan dalam proses perubahan ini adalah kadar air, tingkat oksidasi dan gangguan biologis yang dapat menyebabkan proses pembusukan (dekomposisi) dan kompaksi material organik serta membentuk gambut.
b. Tahap Malihan atau Geokimia, meliputi proses perubahan dari lignit menjadi bituminus dan akhirnya antrasit
Batu bara juga adalah batuan organik yang memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang kompleks yang dapat ditemui dalam berbagai bentuk. Analisa unsur memberikan rumus formula empiris seperti C137H97O9NS untuk bituminus dan C240H90O4NS untuk antrasit. Jaman Karbon, kira-kira 340 juta tahun yang lalu (jtl), adalah masa pembentukan batu bara yang paling produktif dimana hampir seluruh deposit batu bara (black coal) yang ekonomis di belahan bumi bagian utara terbentuk.
Pada Jaman Permian, kira-kira 270 jtl, juga terbentuk endapan-endapan batu bara yang ekonomis di belahan bumi bagian selatan, seperti Australia, dan berlangsung terus hingga ke Zaman Tersier (70 - 13 jtl) di berbagai belahan bumi lain.
2.3.1. Kelas dan jenis batu bara
a. Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan (luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%.
b. Bituminus mengandung 68 - 86% unsur karbon (C) dan berkadar air 8-10% dari beratnya.
c. Sub-bituminus mengandung sedikit karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminus.
d. Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang mengandung air 35-75% dari beratnya.
e. Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang paling rendah.
Tabel. 2.1 Cadangan Batu bara Indonesia
Propinsi Cadangan(Juta ton) Sumber daya(Juta ton)
HasilTambang Terukur Terbukti Total % Aceh Total 5.368,18 11.568,73 27.306,13 38.874,86 100,0 Total produksi 1937-1999 440,02 0,0 0,0 0,0 0,0 Total keseluruhan 4.928888,16 11.568,73 27.306,13 38.874,86 100,0
Sumber. Pertambangan dan Energi, 1999
2.4. Biomassa
fosil (minyak bumi) karena beberapa sifatnya yang menguntungkan yaitu sumber energi ini dapat dimanfaatkan secara lestari karena sifatnya yang dapat diperbaharui (renewable resources), sumber energi ini relatif tidak mengandung unsur sulfur sehingga tidak menyebabkan polusi udara dan juga dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan sumber daya hutan dan pertanian. (Pari G. 2002).
Oleh karena itu, maka dapat dikatakan bahwa energi biomassa ini berbeda dengan energi yang berasal dari fosil (batu bara, minyak bumi, dan gas alam), dimana terbentuk dalam jutaan tahun, sedangkan energi biomassa dapat dianggap merupakan sumber energi yang dapat diperbaharui, karena tumbuh-tumbuhannya dapat tumbuh kembali dan bertambah setiap tahun.
2.4.1. Keunggulan dan Kekurangan Biomassa
Keunggulan maupun kekurangan yang dimiliki biomassa adalah sebagai berikut :
a. Keunggulan
Selain karena ketersediaannya yang terjamin, keunggulan lain yang terdapat dalam pemanfaatan biomassa adalah :
mengurangi penggunaan energi fosil yang menyumbang gas-gas rumah kaca terbesar saat ini.
- Melindungi kebersihan air dan tanah. Pemanfaatan biomassa akan memanfaatkan sampah yang berbahaya bagi lingkungan karena akan mencemari lingkungan sekitar seperti air dan tanah. Sampah yang tertimbun akan mengeluarkan cairan yang berbahaya dan diserap oleh tanah dan mencemari air tanah, sedangkan air tanah ini digunakan oleh masyarakat untuk konsumsi dan kebutuhan lainnya. Sehingga dengan memanfaatkan biomassa sampah sebagai bahan bakar, kerusakan air dan tanah dapat diminimalisir.
- Mengurangi sampah organik. Sama halnya seperti melindungi kebersihan air dan tanah, pemanfaatan biomassa akan mengurangi limbah organik karena sampah hasil olahan pabrik dapat dimanfaatkan untuk bahanbakar.
- Mengurangi polusi udara. Biomassa merupakan bahan bakar yang ramah lingkungan sehingga polusi udara dapat diminimalisir.
- Meningkatkan pemanfaatan lahan. Penggunaan biomassa ini akan membuat semakin dimanfaatkannya lahan kosong untuk menanam tumbuh-tumbuhan penghasil biodiesel seperti kelapa sawit dan jarak pagar.
b. Kekurangan
Sedangkan, kekurangan yang dimiliki oleh biomassa dalam kaitannya sebagai sumber energi adalah :
terjadi pada proses fotosintesis, dimana pada hasil reaksinya terdapat air (H2O).
- Nilai kalor yang dikandung relatif cukup rendah. - Ketersediaan bahan baku musiman.
- Mempunyai densitas yang cukup rendah.
Biomassa mempunyai densitas yang cukup rendah. Untuk menghasilkan energi yang setara dengan bahan bakar fosil, contohnya batubara, dibutuhkan jumlah biomassa yang banyak. Selain itu, sulit untuk mendistribusikannya karena terdapat kesulitan dalam mengemasnya. Contohnya adalah biomassa dari Serbuk gergaji kayu yang sulit dikemas dalam bentuk briket dibandingkan dengan batu bara.
- Pembersihan atau penguraian. Dikarenakan biomassa juga berasal dari limbah, sulit untuk menguraikan bahan-bahan yang dibutuhkan sebagai sumber energi dengan bahan-bahan yang memang tidak diperlukan.
- Membutuhkan biaya yang cukup tinggi. Walaupun bahan biomassa cukup mudah untuk didapatkan, tetapi teknologi untuk mengolahnya masih cukup sulit didapatkan. Kalaupun ada, harga yang harus dikeluarkan cukup tinggi sehingga biaya operasional dari pengolahan biomassa ini masih tergolong mahal.
Karakteristik dari bahan bakar biasanya meliputi analisa proximate, analisa ultimate, dan nilai kalor, yang memberikan indikasi tentang kualitas dari suatu bahan bakar dan kelayakannya. Analisa proximate adalah analisa yang mengidentifikasi kandungan air (moisture), volatile matter, fixed carbon, dan abu yang dimiliki. Sedangkan analisa ultimate adalah analisa yang mengidentifikasi komposisi karbon, hydrogen, nitrogen, belerang, dan oksigen. Pada biomassa yang berasal dari limbah, terdapat kenaikan kandungan bahan lingkungan sekitar, sehingga analisa tentang kandungan konsentrasi logam juga semakin perlu untuk diperhatikan. Selain itu, massa jenis dari bahan bakar juga perlu diperhatikan (NurrahmanZeily, 2006).
2.4.3. Serbuk Gergaji Kayu
Serbuk gergaji kayu sebenarnya memiliki sifat yang sama dengan kayu,
hanya saja wujudnya yang berbeda. Kayu adalah sesuatu bahan yang diperoleh
dari hasil limbah industri perabotan.
Iriawan (1993) menjelaskan bahwa limbah kayu adalah sisa-sisa kayu atau bagian kayu yang dianggap tidak bernilai ekonomi lagi dalam proses tertentu, pada waktu tertentu dan tempat tertentu yang mungkin masih dimanfaatkan pada proses dan waktu yang berbeda.
DiIndonesia ada tiga macam industri kayu yang secara dominan
mengkonsumsi kayu dalam jumlah yang relatif besar, yaitu : penggergajian,
vinir atau kayu lapis, dan pulp atau kertas. Sejauh ini, limbah biomassa dari
industri tersebut telah dimanfaatkan kembali dalam proses pengolahannya sebagai
ada limbah penggergajian kayu yang ditimbun dan sebagian dibuang ke aliran
sungai (pencemaran air), atau dibakar secara langsung (ikut menambah emisi
karbon di atmosfir ). Produksi total kayu gergajian Indonesia mencapai 2,6
juta m3 per tahun, dengan asumsi bahwa jumlah limbah yang terbentuk 54,24
persen dari produksi total. Oleh karena itu, maka dihasilkan limbah
penggergajian kayu sebanyak 1,4 juta m3 per tahun dan angka ini cukup besar
karena mencapai sekitar separuh dari produksi kayu gergajian (Gustan Pari,
2002).
2.4.3.1. Gambaran umum kualitas arang limbah kayu
persyaratan kualitas arang berbeda menurut kegunaanya, secara umum mengatakan bahwa arang kayu yang baik untuk bahan bakar mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: (iriawan, 1993)
a. Warna hitam dengan nyala kebiru-biruan. b. Mengkilap pada pecahannya
c. Tidak mengotori tangan
d. Terbakar dengan tidak banyak asap e. Dapat menyala terus tanpa dikipasi f. Tidak terlalu cepat terbakar
g. Berdeting seperti logam
Penilaian kualitas arang kayu dilakukan berdasarkan ukuran dan sifat fisik, warna, bunyi nyala, kekerasan, berat jenis, nilai kalor, analisa kadar air, kadar abu, karbon terikat dan kadar zat mudah menguap.
menurut holil (1980) pada kondisi pengarangan yang sama,kayu dengan berat jenis lebih tinggi akan menghasilkan arang kayu yang labih keras dan lebih berat pada setiap satuan volume dari pada kayu dengan berat jenis yang lebih rendah.
Disamping itu dalam kondisi pengarangan yang sama kemampuan memberi panas dari kayu bakar kering uap tiap satuan volume sebanding dengan berat jenisnya, semakin berat kayu semakin tinggi pula nilai kalor bakarnya.
Pada proses pembuatan arang kayu sebagai bahan baku untuk briket arang diperlukan kayu yang memenuhi persyaratan-persyaratan tertentu. Jenis kayu daun lebar yang mempunyai berat jenis, kepadatan dan kekerasan tinggi lebih di sukai karena akan menghasilkan arangkayu yang lebih baik.
Untuk proses pengarangan kayu biasa secara singkat Griffioen (1950) digambarkan sebagai berikut:
- 150 ᵒC sampai 200ᵒC :air di dalam bahan baku dilepaskan bersama dengan gas CO dan CO2 dalam jumlah kecil.bahan baku kayu baru mengandung 50% karbon.
- 200ᶜ sampai 300ᶜ: pembentukan gas CO dan CO2 serta penyulingan terhadap asam asetat,asam format,dan methanol dimulai. Arang mulai berwarna coklat tua dan kandungan karbon mencapai 70%.
yang berwarna coklat. Arang mulai keras dan berwarna hitam dengan kandungan karbon mencapai 80%.
- 400 ᵒC sampai 500 ᵒC : gas terbentuk dalam jumlah besar, terutama terdiri dari senyawa hidrokarbon dengan melokul CO dan CO2 juga terpisah suatu TER yang berwarna gelap destilat lain hampil tidak terbentuk lagi. Kandungan karbon mencapai 85% dan arang sudah mulai berwarna hitam pekat agak keras. - Diatas 500 ᵒC : pembentukan TER terus dilakukan. Gas hidrogen semakin
bertambah, terbentuknya kadar karbon mencapai 90%.
- Diatas 700 ᵒC : secara praktis hanyalah terbentuk gas hidrogen.
Disamping itu pula pengaruh berat jenis, kekeringan (kadar air bahan) dan suhu akhir pengarangan dapat menentukan hasil dan kualitas arang yang di peroleh.
Tabel.2.2Pengelompokan jenis kayu tersebut dapat dilihat dalam tabel berikut.
No Jenis Kayu Nama Botani Berat Jenis
1 Meranti batu (parashorea aptera V.SI) BJ>0,6
2 Kruing (Dipterocarpus convertus) BJ>0,6
3 Semantok (Dipterocarpus sp) BJ>0,6
4 Kapur (Dryobalanops sp V. SI) BJ>0,6
5 Terentang (Compnosperma macrophylla Hook.f) BJ>0,6 6 Rengas burung (melanorhoea wallichii hook.f) BJ>0,6 7 Pulai (Alstonia pneumatophora Back) BJ>0,6 8 Meranti kunyit (Shorea macroptera Dyer) BJ>0,6 Sumber : departemen kehutanan,1992
Menurut garis besarnya ada 4 cara pembuatan arang kayu yaitu: (sudrajat, 1983)
1. Proses karbonasi dengan memasukan udara dalam kayu
2. Proses karbonasi dengan sirkulasi gas api terhadap massa kayu
3. Proses karbonasi dengan permanasan diluar tempat pembakaran arang kayu
4. Proses karbonasi dalam tempat ter tutup rapat dan kayu dimasukkan secara teratur kedalam ruang pemanasan.
Pembuatan arang kayu dengan cara pertama dan kedua umumnya disebut cara klin yang menghasilkan arang kayu sebagai hasil utamanya, sedangkan cara ketiga dan keempat umumnya disebut retort atau oven yang hasil utamanya berupa ter, alkohol, asam dan senyawa-senyawa organik lainnya, sedangkan arang kayu sebagai hasil sampingan. Untuk memproduksi arang kayu biasanya dipergunakan suhu akhir diatas 500 ᵒC.
tergantung pada beberapa faktor yaitu: cara karbonasi,kadar air kayu, tujuan penggunaan dari arang kayu serta presentase kulit yang terdapat dalam kayu.
2.5. Bioarang
Arang adalah salah satu sumber energi biomassa yang memiliki sifat lebih baik dari pada kayu bakar. Arang sendiri merupakan suatu bahan padat berpori hasil pembakaran bahan yang mengandung unsur karbon. Sebagian besar pori-porinya masih tertutup senyawa hidrokarbon dan senyawa organik lainnya. Komponen arang terdiri dari karbon, abu, air, dan sulfur. Sedangkan bioarang merupakan arang (salah satu jenis bahan bakar) yang dibuat dari aneka macam bahan hayati atau biomassa, misalnya kayu, ranting, rumput, jerami, ataupun limbah pertanian lainnya yang dapat dikarbonisasi.
Proses pengarangan (pyrolisa) adalah penguraian biomassa (lysis) menjadi panas (pyro) pada suhu lebih dari 150° C. Pada proses pyrolisa terdapat berbagai tingkatan proses yaitu Pyrolisa primer adalah pyrolisa yang terjadi pada bahan baku (umpan), sedangkan pyrolisa sekunder adalah pyrolisa yang terjadi diatas partikel dan gas/uap hasil pyrolisa primer. (Abdullah, K., 1991).
Selama proses pengarangan dengan alur konveksi pyrolisa perlu diperhatikan asap yang ditimbulkan selama proses tersebut :
1. Jika terjadi asap tebal dan putih, berarti bahan sedang mengering. 2. Jika asap tebal dan kuning, berarti pengkarbonan sedang berlangsung. 3. Jika asap semakin menipis dan berwarna biru, berarti peng-arangan selesai.
Perekat adalah suatu zat atau bahan yang memiliki kemampuan untuk mengikat dua benda melalui ikatan permukaan. Bahan perekat dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu :
1. Perekat Anorganik
Perekat anorganik dapat menjaga ketahanan briket selama proses pembakaran sehingga dasar permeabilitas bahan tidak terganggu. Perekat anorganik ini mempunyai kelemahan yaitu adanya tambahan abu yang berasal dari bahan baku sehingga dapat menghambat pembakaran dan menurunkan nilai kalor. Contoh dari pengikat anorganik antara lain adalah semen, dan natrium silikat.
2. Perekat organik
Perekat organik menghasilkan abu yang relatif sedikit setelah pembakaran briket dan umumnya merupakan bahan perekat yang efektif. Bahan-bahan yang biasanya digunakan sebagai bahan baku perekat organik ini adalah :
2.6.1. Tepung Kanji
Bahan perakat yang di gunakan berupa tepung kanji atau biasa juga disebut
tepung tapioka, tepung aci atau dalam bahasa Inggrisnya disebut cassava flouratau
tapioca starch adalah tepung yang diperoleh dari sari patisingkong atau ketela
pohon yang nama latinnya adalah Manihot Utilissima.
Tabel 2.3 Analisa bahan perekat
Tepung kanji 9.84 0.36 1.50 2.21 0.69 85.20
Anonimous, 1989.
Keunggulan tepung kanji antara lain :
1. Tidak mengganggu kesehatan
2. Mempunyai kekuatan perekatan yang baik
3. Mudah didapat dipasaran dan harganya murah
Pembuatan briket dengan penggunaan bahan perekat akan lebih baik
hasilnya jika dibandingkan tanpa bahan perekat. Disamping meningkatkan nilai
bakar dari bioarang, kekuatan briket arang dari tekanan luar juga lebih baik (tidak
mudah pecah), (Sudrajat , R.,1983).
2.7. Pembriketan
Pembriketan adalah proses menggumpalkan partikel-partikel kecil dengan atau tanpa bahan pengikat kedalam bentuk dan ukuran tertentu dengan sifat-sifat kimia dan fisika tertentu pula yang bertujuan untuk meningkatkan mutu dan daya guna sebagai bahan bakar dan mudah dipakai. Karena jenis ikatan dalam briket adalah jenis ikatan kohesi antar molekul, maka peranan tekanan sangat penting. Karena untuk ikatan jenis ini kontak antar partikel sangat diperlukan supaya jumlah kontak maksimum.
Gambar 2.1 berikut ini adalah diagram proses pembuatan briket.
Gambar 2.1 Diagram alir proses pembuatan briket
Sumber: Hambali 2006
Peralatan dalam pembuatan briket berupa alat pencetak briket memanfaatkan kerja dari sistem hidraulik berupa tekanan. Dimana Prinsip dasar sistem hidrolik berasal dari hukum pascal, dimana tekanan dalam fluida statis harus mempunyai sifat-sifat sebagai berikut :
1. Tekanan bekerja tegak lurus pada permukaan bidang. 2. Tekanan disetiap titik sama untuk semua arah.
3. Tekanan yang diberikan kesebagian fluida dalam tempat tertutup, merambat secara seragam ke bagian lain fluida.
Biomassa
Pengeringan
Penggerusan
Bahanpengikat Pencampuran
Pembriketan Tekanan tinggi
Gambar 2.2 Prinsip kerja Sistem Hidraulik
Sumber: Triatmodjo, B, 1996
Tekanan diberikan untuk menciptakan kontak antara permukaan bahan yang direkat dengan bahan perekat. Setelah bahan perekat dicampurkan dan tekanan mulai diberikan maka perekat yang masih dalam keadaan cair akan mulai mengalir membagi diri kepermukaan bahan. Pada saat yang bersamaan dengan terjadinya aliran maka perekat juga mengalami perpindahan dari permukaan yang diberi perekat kepermukaan yang belum terkena perekat semakin tinggi tekanan yang diberikan akan menghasilkan briket arang dengan kerapatan dan keteguhan tekan yang semakin tinggi. (Agussalim, A.M., 2006).
Tabel 2.3. Nilai Standar Mutu Briket Batu Bara
Sumber: (Hendra. 1999)
2.7.1. Pengukuran Tekanan
Perilaku suatu fluida biasanya didapat dideduksi dari pengukuran aliran
atau tekanan. Transduser atau transmitter aliran harus dipatri, berderet, dalam
sebuah pipa, sementara transmitter tekanan dapat ditambahkan tanpa paksa
sebagai cabang kesisi pipa. Maka, alat penemu kesalahan dasar pada sistem
pneumatik atau hidrolik adalah gauge tekanan. Kerapkali gauge tekanan ini
adalah alat ukur sederhana yang dapat dilekatkan pada berbagai bagian sistem,
lewat hubungan yang fleksibel.
Alat ukur tekanan uji ini secara tetap mengukur tekanan gauge dengan alat
ukur tekanan bourdon yang ditunjukkan digambar 2.3. alat ini terdiri dari tabung
berbentuk C yang dipipihkan dan di set permanen pada satu ujung, yang di
tunjukkan di gambar 2.3a. bila tekanan pada tabung, maka tekanan tersebut
cenderung menjadi lurus, dengan ujung bebas bergerak naik dan kekanan. Untuk
jangkauan tekanan yang rendah, sebuah tabung spiral digunakan untuk menaikkan
sensitivitas. (Andrew Parr, 1998).
2.8. Pembakaran bahan bakar padat
Pembakaran adalah suatu reaksi dimana suatu unsure atau senyawa bergabung dengan oksigen membentuk senyawa yang mengandung oksigen sederhana, misalnya : CO2, H2O, dan SO2(Suminar, 1996).
Mekanisme pembakaran bahan bakar padat tidak sama dan jauh lebih rumit dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar cair dan gas, karena jika bahan bakar padat dibakar, bahan bakar padat tidak langsung habis terbakar melainkan terbakar sedikit demi sedikit dalam waktu relatif lama. Ada banyak faktor yang berperan dalam pembakaran bahan bakar padat dan dari banyak faktor tersebut ada tiga proses yang mempunyai peranan penting dalam pembakaran bahan bakar padat yaitu :
1. Kenetika reaksi, yaitu laju perubahan reaktan dalam hal ini zat-zat yang dapat terbakar dalam bahan bakar dan oksigen dalam udara menjadi produk pembakaran .
2. Kondisi panas, untuk dapat terbakar maka bahan bakar harus mencapai titik nyala, pada bahan bakar pencapaian titik nyala ini tidak merata pada seluruh bagian yang terbakar dan yang belum terbakar, hal ini erat kaitannya dengan konduksi pada bagian-bagian bahan bakar tersebut.
gas-gas buang tidak dapat dengan bebas meninggalkan bahan bakar karena terhalang oleh oksigen dan abu serta nitrogen dari udara.
Dari tiga proses diatas dapat diketahui betapa kompleknya pembakaran bahan bakar padat.
2.9. Pembakaran Batu Bara
Pembakaran batu bara berlangsung dalam dua tahap (Djokosetyardjo, 1989). Tahapan pertama terdiri dari penguapan, oksidasi penyalaan kandungan zat mudah terbakar batu bara tersebut. Kemudian diajukan dengan tahap kedua yaitu penyalaan karbon padat yang sudah berkurang kadungan zat mudah terbakarnya atau sudah tidak mengandung zat mudah terbakar lagi (char/arang). Jumlah kandungan zat mudah terbakar berpengaruh terhadap stabilitas api temperatur penyalaan batu bara. Mekanisme tahap pertama cukup mudah untuk dipahami karena sama dengan pembakaran bahan bakar gas lainnya. Tapi mekanisme tahapan kedua rumit karena merupakan bahan bakar padat.
2.10. Pembakaran Serbuk Gergaji Kayu
memiliki nyala yang lebih kuat, laju pembakaranya tinggi dan efisiensi panasnya baik.
2.11. Reaksi Pembakaran
Pembakaran adalah oksidasi pada temperatur tinggi dari elemen-elemen yang mampu terbakar pada bahan bakar yang melepas panas. Elemen-elemen tersebut seperti : karbon, hydrogen, dan sulfur.
Mekanisme pembakaran bahan bakar padat tidak sama dibandingkan dengan bahan bakar cair atau gas, karena bahan bakar padat tidak langsung habis terbakar melainkan terbakar sedikit demi sedikit dalam waktu relatif lama. Media pemanas untuk proses pembakaran biobriket dapat juga dimnfaatkan dari udara. Dalam hal ini udara adalah campuran dari kira-kira 3,76 mol nitrogen untuk setiap mol oksigen. Dalam persamaan reaksinya nitrogen tidak bergabung secara kimia terhadap unsur lain (Warner, 1985). Persamaannya sebagai berikut :
C(g)+O2+3,76N2(g) CO2(g)+3,76N2(g) ………..(2.1)
2H(g)+1/2O2(g) H2O ………..(2.2)
S(g)+O2 SO2 ………..(2.3)
Sedangkan pada proses pirolisis media pemanas yang digunakan adalah gas nitrogen(N¿¿2)¿. Pada proses pemanasan pirolisis ini, seperti yang telah ditunjukkan pada persamaan reaksi diatas bahwa nitrogen tidak akan beraksi dengan unsur lain.
Pirolisis adalah proses memanaskan bahan bakar secara bebas udara (tanpa oksigen), sehingga tidak oksidasi, pemanasnya dilaksanakan dalam sebuah bejana tertutup dengan temperatur antara 500 °C dan 1000 °C. atau dengan kata lain pirolisis bertujuan untuk mengeluarkan zat-zat yang mudah terbakar dengan menggunakan gas atau unsur-unsur yang tidak bereaksi misalnya, gas nitrogen
(N¿¿2)¿ dan gas argon (Ar) pada suhu antara 700-1000 °C. (Lu et al, 1997).
Proses pirolisis dan pembakaran adalah sebuah pipa reaktor yang dialiri panas yang berasal dari elemen pemanas listrik dan media pembakar yang digunakan adalah gas nitrogen (N2) dan udara. Selengkapnya alat uji pirolisis dan pembakaran dapat di tunjukkan pada gambar 2.4 dibawah.
Gambar 2.4 Struktur alat Uji Pirolisis Tabel 2.5. Keterangan alat uji briket
KETERANGAN ALAT UJI BRIKET 1. Pipa reaktor 7.Kompresor
2. Timbangan digital 8.Trafo ( penaik tegangan ) 3. Stopwacth 9.Alat ukur termokopel 4. Tabung nitrogen ( N2 ) 10.Sekering
5. Sampel 11.Flow meter
Berdasarkan keterangan gambar dapat diuraikan pada masing-masing komponen yang terdapat pada alat eksperimen yaitu :
1. Pipa Reactor
Pipa reactor terbuat dari stainless berfungsi sebagai ruang bakar. Pipa reactor memiliki panjang satu meter dengan ujung pipa yang satu untuk memasukkan gas N₂ atau udara, dan ujung yang satunya lagi mempunyai tutup berfungsi untuk memasukkan sampel.
2. Timbangan Digital
Timbangan yang digunakan pada penelitian ini merupakan alat ukur digital bersatuan gram, mempunyai berat maksimum 2 kilogram.
3. Stopwatch
Stopwatch berfungsi untuk mengamati waktu setelah (t) menit selama pembakaran.
4. Tabung gas nitrogen (N₂)
Didalam tabung gas tersebut terdapat gas nitrogen N₂. 5. Sampel (pellet)
Sampel yang digunakan berupa batu bara, tempurung kelapa dan bahan perekat berupa tepung kanji.
6. Termokopel
7. Kompresor
Kompresor berfungsi untuk menghasilkan udara sebagai media pembakar pada proses pembakaran. Dimana udara ini adalah campuran dari kira-kira 3,78 mol nitrogen untuk setiap mol oksigen.
8. Trafo (penaik tegangan)
Untuk menyalurkan energi listrik ketegangan rendah maupun tegangan tinggi. 9. Alat ukur termokopel
Berfungsi untuk membaca suhu pada termokopel 10. Sekering
Untuk mencengah arus terlalu besar mengalir melalui suatu pengantar bila terjadi hubungan singkat.
11. Flow meter
Untuk mengukur aliran pada sebuah pipa yang terpasang.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat
3.2. Bahan dan Alat 3.2.1. Bahan
Bahan – bahan yang digunakan pada penelitian ini antara lain :
Batubara jenis Sub-bituminous yang diambil dari Desa Reudeup Kecamatan Meureubo Kabupaten Aceh Barat.
Serbuk gergaji kayu yang diambil dari salah satu perabot didesa meunasah gantung Kecamatan Kaway XVI Kabupaten Aceh Barat.
Bahan perekat berupa tepung kanji yang tersedia dipasaran. Air.
Sebelum melakukan proses kompresi, pada penelitian ini terlebih dahulu direncanakan komposisi campuran bahan baku dan tekanan yang berbeda-beda yaitu dapat dilihat pada tabel 3.1 dibawah ini :
Tabel 3.1. Komposisi campuran bahan baku No Batubara % Serbuk gergaji
kayu %
Perekat kanji % Tekanan Lb
/ in2
1 50 40 10 80, 100, 120
2 60 30 10 80, 100, 120
3 70 20 10 80, 100, 120
Sumber : Penelitian
3.2.1.1.Sampel Uji
Sampel uji berupa briket batubara dicampur dengan Serbuk gergaji kayu dan perekat kanji. Kompresi sampel uji briket dilakukan dengan menggunakan Mesin Press Hydraulik semimanual yang terdapat pada laboratarium Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar dengan tekanan kapasitas 2 ton
( 63,69 Mpa ) dan Definisi Sampel uji ini dapat ditunjukkan pada gambar 3.1 dibawah ini.
Gambar 3.1 Bahan uji Sumber : Hasil penelitian
3.2.1.2.Proses Pengolahan dan Pembuatan Bahan Baku
Setelah bahan baku tersedia proses selanjutnya adalah pengolahan dan pembuatan bahan baku dengan langkah-langkah sebagai berikut:
1. Pengolahan batu bara - Penghalusan batu bara
Pertama-tama batu bara dicacah kemudian ditumbuk menjadi serbuk dan selanjutnya diayak untuk memperoleh butiran dengan ukuran yang halus. - Pengeringan batu bara
Setelah batu bara halus dipeoleh selanjutnya dijemur secara manual diatas bawah sinar matahari dengan suhu berkisar 29 0C (BMKG), untuk mengurangi kadar air yang terkandung dalam batu bara.
2. Pengolahan Serbuk gergaji kayu - Pengolahan Serbuk gergaji kayu
2 cm
Serbuk gergaji kayu di sangrai selama 20 menit sampai berubah warna menjadi kecoklat - coklatan.
- Penghalusan arang Serbuk gergaji
Dalam proses penghalusan arang Serbuk gergaji kayu dilakukan dengan cara ditumbuk dan diayak untuk memperoleh butiran dengan ukuran yang halus.
3. Pembuatan bahan perekat (lem)
Mencampurkan tepung kanji dengan air, lalu dididihkan diatas kompor. Selama pemanasan tepung diaduk terus-menerus agar tidak menggumpal. Warna tepung yang semula putih akan berubah menjadi transparan setelah beberapa menit dipanaskan dan terasa lengket di tangan.
4. Pembuatan briket batubara campur bioarang Serbuk gergaji kayu dan tepung kanji sebagai bahan perekat
Batubara yang telah dihaluskan dengan ukuran yang homogen dan telah dilakukan pengeringan, kemudian dicampur dengan bioarang Serbuk gergaji kayu dan bahan perekat dan diaduk hingga merata, Dengan komposisi dan tekanan yang divariasikan. Kemudian setelah percampuran selesai dengan ukuran yang ditentukan maka adonan tersebut dimasukkan kedalam cetakan barulah diberikan tekanan yang divariasikan.
3.2.2. Alat
Penelitian menggunakan alat berupa pencetak briket (perhatikan gambar 3.2), dengan spesifikasi alat sebagai berikut:
Gambar 3.2 Alat pencetak briket
Sumber : Hasil penelitian
Spesifikasi :
Kapasitas : 2,4 kg / jam
Dimensi rangka : 16x17,5x40 cm Dimensi cetakan : 5x6,5 cm
Bahan : besi profil U, plat Sistem kerja : semi manual
Daya tekan hidrolik : 2 ton
3.2.2.2.Alat Pengujian Nilai Kalori Briket
sekam padi sebanyak 9 (sembilan) buah sampel. Adapun alat uji yang digunakan adalah Bomb Calorimeter Parr 6200 ditunjukkan pada gambar 3.3 dibawah ini :
Gambar 3.3 Bomb Calorimeter Parr 6200 Spesifikasi Alat
Nomor Model : 6200
Tes Per Jam : 4 – 8
Operator Waktu Per Test : 6 menit
Presisi Classifcation : 0,05-0,1% Kelas Jacket Jenis : Isoperibol, Jacket Air
Oksigen Isi : Otomatis
Dimensi (cm) : 57w x 40d x 43h
3.3. Diagram Alir Penelitian
Rangkaian kegiatan yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 3.4 diagram alir dibawah ini:
Pengujian Hasil dan pembahasan
Pengolahan data (nilai kalori briket)
Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian Sumber : Penelitian
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Pembuatan Sampel Uji
Hasil pembuatan sampel uji batubara campur dengan bioarang Serbuk gergaji kayu bahan perekat berupa tepung kanji dapat dilihat pada gambar 4.1 dibawah ini.
Pembuatan sampel Studi Literatur
Bom kalorimeter
Gambar 4.1. Briket batubara bioarang Serbuk gergaji kayu
Sumber : Hasil penelitian
4.2. Hasil Pengujian
Hasil dari pengujian nilai kalori briket batubara campur bioarang Serbuk gergaji kayu dan bahan perekat berupa tepung kanji dengan komposisi dan tekanan yang divariasikan sangat berpengaruh terhadap nilai kalori briket yang dihasilkan dari masing-masing briket. Hasil pengujian nilai kalori briket berdasarkan tiga katagori percampuran bahan baku yaitu batubara 50,60,70 %, bioarang Serbuk gergaji kayu 20,30,40 %, perekat kanji 10 % dan tiga variasi tekanan yaitu 80, 100, 120 lb/in², dapat dilihat pada grafik pengujian berikut :
4.2.1. Hasil pengujian nilai kalori briket komposisi satu
Berdasarkan grafik 4.1 hasil pengujian nilai kalori briket komposisi satu dengan bahan baku batubara 50% arang Serbuk gergaji kayu 40% dan bahan perekat (tepung kanji) 10% dengan tekanan 80, 100 dan 120 Lb/in², maka nilai kalori terendah pada tekanan 80 Lb/in² diperoleh 5.327,25 kal/gr. Dan nilai kalori
tertinggi pada tekanan 120 Lb/in² diperoleh 5.369,31 kal/gr. Dan niali kalori rata-rata pada percampuran tersebut diperoleh adalah 5.347,60 kal/gr.
80 100 120 Grafik 4.1 Hasil pengujian nilai kalor briket komposisi satu
80 100 120 Grafik 4.2 Hasil pengujian kalori briket komposisi dua
80 100 120 Grafik 4.3 Hasil pengujian nilai kalor briket komposisi tiga
Tekanan (Lb/in²)
4.3. Pengaruh Tekanan dengan Komposisi Terhadap Nilai Kalori Briket
kalori dari ke sembilan briket berdasarkan 3 katagori percampuran bahan baku briket dan tekanan Dapat dilihat pada Grafik 4.4. dibawah ini.
80 100 120 Grafik 4.4 Perbandingan nilai kalor briket dari tiga komposisi
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengujian pembakaran briket batubara campuran bioarang serbuk gregaji kayu dan perekat kanji dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Dengan perbandingan komposisi batubara 70%, bioarang serbuk gergaji kayu 20% dan perekat kanji 10% dengan tekanan 120 Lb/in2 memiliki nilai kalori tertinggi yaitu 5.642,86 kal/gr.
2. Dengan perbandingan komposisi batubara 50%, bioarang serbuk gergaji kayu 40% dan perekat kanji 10% dengan tekanan 80 Lb/in2 memiliki nilai kalor terendah yaitu 5.327,25 kal/gr.
3. Perbandingan komposisi bahan baku dan tekanan dalam pembuatan briket memberi pengaruh yang berbeda terhadap nilai kalori dari masing-masing campuran.
5.2. Saran
